电子网络虚拟实验室系统之构建

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  【摘 要】本文从高校电子实验室的实验内容和存在的问题出发,论述利用Proteus仿真软件,开发设计电子虚拟实验平台,以实现高校各种电子实验仿真。
  【关键词】网络;虚拟实验室;数字仿真
  一、EDA技术的应用
  电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)技术是电子设计技术的核心。EDA主要能辅助进行三方面的设计工作,即IC设计、电子电路设计和PCB设计。目前,EDA技术使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。广大电子工程人员掌握这一先进技术,这不仅是提高设计效率的需要,更是我国电子工业在世界市场上生存、竞争与发展的需要。
  二、电子虚拟实验室设计软件选择
  现在的高校电子实验室普遍存在“软件少,硬件多”的问题,所有实验还是以基础训练型为主,比如:电路测试与电工基础实验,模拟电子技术实验,数字电路实验,单片机与接口技术实验等,大部分都是简单容易实现的。综合型和设计型实验很少,比如单片机开发实验等。学生在已安装好实验电路的实验台上来完成操作,从而完成验证定律、定理和结论,缺乏主体意识,没有带着问题去学、去做实验,不利于学生创新能力的培养。为了解决这方面的问题,我们以电子基础课为突破口,引入计算机虚拟仿真技术,创建电子虚拟仿真实验教学平台,不但可以完成各种基本实验,更可以进行设计性、综合性实验。通过虚拟仿真实验,可以观察和分析电路的结构、功能及工作原理,加强对实验原理、规则和实物实验操作要领的认识,使学生感悟和应用最先进的技术,并能引导他们积极主动地去探索新知识。学生可以自行设计电路进行仿真,并能通过观察分析模拟实验结果,及时地验证设计是否正确、合理。目前,众多院校在电路实践教学改革中引入了EDA技术,并建立了EDA实验室。配备了EWB、Pspice、Multisim、Protel、Max PluslI、System View等电路级仿真的主流软件及配套硬件。本文采用一款能仿真单片机的EDA软件-Proteus,在电子虚拟实验室的设计领域得到广泛推广和应用。
  三、Proteus软件应用
  Proteus软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的
  EDA工具软件。该软件集成了高级原理布图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。它是一种混合电路仿真工具,包括模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的仿真等。Proteus6.7是目前最好的模拟单片机外围器件的工具,可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外围电路。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是,它不仅能仿真单片机CPU的工作情况,也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时,关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验,从某种意义上讲,是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。(1)proteus的工作过程。运行proteus的ISIS程序后,进入该仿真软件的主界面。在工作前,要设置view菜单下的捕捉对齐和sys
  tem下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p(从库中选择元件命令)命令,在pickdevices窗口中选择电路所需的元件,放置元件并调整其相对位置,元件参数设置,元器件间连线,编写程序;在source菜单的Defineco degeneration tools菜单命令下,选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目;在source菜单的Add/remove source files命令下,加入单片机硬件电路的对应程序;通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。(2)Proteus软件所提供的元件资源。Proteus软件所提供了30多个元件库,数千种元件。元件涉及到数字和模拟、交流和直流等。(3)Proteus软件所提供的仪表资源。对于一个仿真软件或实验室,测试的仪器仪表的数量、类型和质量,是衡量实验室是否合格的一个关键因素。在Proteus软件包中,不存在同类仪表使用数量的问题。Proteus还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来,其作用与示波器相似但功能更多。
  四、电路设计流程
  电路级设计工作流程如图所示,设计者首先确定设计方案,同时选择合适的元器件,然后设计电路原理图。接着进行第一次仿真,包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析、瞬态分析。系统在进行仿真时,必须要有元件模型库的支持,计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。
  参 考 文 献
  [1]樊雷,孙健波,马文杰.基于移动云计算的高校实验教学平台设计[J].福建电脑.2012(8)
  [2]熊欢.思科仿真软件在网络实训教学中的应用[J].宁波职业技术学院学报.2012(5)
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