实用电工电子基本能力训练与实践活动讲座(参考资料2模gbma.docx
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1、模拟电路路仿真实实验信息时代代的来临临,知识识经济时时代的来来临,以以计算机机技术的的发展为为主导,使使信息的的存贮、传传播利用用的科学学技术产产生了革革命性的的变革,这这就带来来了两点点要求:一是培培养的人人才必须须适应信信息时代代的发展展,必须须教会学学生掌握握信息技技术,例例如计算算机辅助助设计、虚虚拟现实实等先进进技术手手段;二二是教学学过程涉涉及信息息的存贮贮、传播播和利用用,所以以信息技技术的发发展就为为教学提提供了更更加先进进的手段段,例如如计算机机辅助教教学、虚虚拟实验验、电子子教材等等,利用用这些手手段可以以使得教教学工作作的效率率和效益益进一步步提高。无无论是第第一个要要求
2、还是是第二个个要求,都都需要根根据信息息技术的的发展更更新教学学设备,改改革教学学方式方方法,改改善教学学手段和和教学设设备严重重落后的的状况。第一节 电子子工作平平台概述述 从事电电子产品品设计、开开发等工工作的人人员,经经常要求求对所设设计的电电路进行行实物模模拟和调调试。其其目的,一一方面是是为了验验证所设设计的电电路是否否能达到到设计要要求的技技术指标标,另一一方面,通通过改变变电路中中元器件件的参数数,使整整个电路路性能达达到最佳佳值。以以往的电电路设计计模拟,常常常是制制作一块块模拟试试验板,在在这块板板上用实实际元器器件进行行试验和和调试。取取得数据据后,再再来修正正原设计计的电
3、路路参数,直直至达到到设计提提出的要要求。但但由于受受工作场场地、仪仪器设备备和元器器件品种种。数量量的限制制,有些些试验往往往无法法及时完完成。这这样既影影响工作作的顺利利进行,又又束缚了了设计人人员的手手脚。为为了克服服上述困困难,加加拿大 Intteraactiive Image Tecchnoloogiees公司司于 220世纪纪 800年代末末、900年代初初推出了了专门用用于电子子线路仿仿真的“虚拟电电子工作作台”(Ellecttronnicss Woorkbbencch)软软件,它它可以将将上述不不同类型型的电路路组合成成混合电电路进行行仿真。 与其他他的电路路仿真软软件相比比较
4、,EElecctrooniccs WWorkkbennch具具有界面面直观操操作方便便等优点点,它改改变了有有些电路路仿真软软件输人人电路采采用文本本方式的的不便之之处,创创建电路路、选用用元器件件和测试试仪器等等均可以以直接从从屏幕图图形中选选取,而而且测试试仪器的的图形与与实物外外形基本本相似。实实验证明明,具有有一般电电子技术术基础知知识的人人员,只只要几个个小时就就可学会会Eleectrroniics Worrkbeenchh的基本本操作,从从而大大大提高了了电子设设计工作作的效率率。 Eleectrroniics Worrkbeenchh还是一一种非常常优秀的的电子技技术实训训工具,
5、因因为掌握握电子技技术,不不仅需要要理论知知识,而而且更重重要的是是通过实实际操作作来加深深对内容容的理解解。作为为电子类类相关课课程的辅辅助教学学和实训训手段,它它不仅可可以弥补补实验仪仪器、元元器件缺缺乏带来来的不足足,而且且排除了了原材料料消耗和和仪器损损坏等因因素,可可以帮助助学生更更快、更更好地掌掌握课堂堂讲述的的内容,加加深对概概念、原原理的理理解,弥弥补课堂堂理论教教学的不不足,而而且通过过电路仿仿真,可可以熟悉悉常用电电子仪器器的测量量方法,进进一步培培养学生生的综合合分析能能力、排排除故障障能力和和开发、创创新能力力。Elecctrooniccs WWorkkbennch最最
6、明显的的特点是是仿真的的手段切切合实际际。选用用元器件件和仪器器与实际际情形非非常相近近。绘制制电路图图需要的的元器件件、电路路仿真需需要的测测试仪器器均可直直接从屏屏幕上选选取,而而且仪器器的操作作开关、按按键同实实际仪器器的极为为相似,因因此特别别容易学学习和使使用。而而且通过过电路仿仿真,既既掌握了了电路的的性能,又又熟悉了了仪器的的使用方方法。Elecctrooniccs WWorkkbennch的的元器件件库不仅仅提供了了数千种种电路元元器件选选用,而而且还提提供了各各种元器器件的理理想值,因因此仿真真的结果果就是该该电路的的理论值值。这对对于验证证电路的的原理和和电子类类课程的的教
7、学与与实验极极为方便便。同时时也可以以新建或或扩充已已有的元元器件库库,而且且建库所所需的元元器件参参数可从从生产厂厂商的产产品使用用手册中中查到,因因此大大大方便了了使用人人员。电子设计计自动化化(Ellecttronnic Dessignn Auutommatiion,简简称EDDA)即即是以 CAAA,CAAD为基基础的电电子电路路设计技技术。随随着集成成电路和和计受机机的迅速速发展,EEDA技技术已渗渗透到电电了系统统和专用用集成电电路设计计的各个个环节。一一个能完完成复杂杂的超大大规模集集成电路路(VLLSI)设设计的EEDA系系统,需需要更加加丰富的的CAAA和CAAD软件件。从高
8、高层次的的数字电电路的自自动综合合,数字字系统的的仿真,模模拟电路路仿真,直直到不同同层次版版图级设设计和校校验,各各种设计计软件完完成自顶顶向下的的VLSSI设计计的全过过程。计计算机的的发展促促进了大大规模、超超大规模模集成电电路的发发展,大大规模集集成电路路的发展展反过来来又促进进计算机机的发展展,相应应的 EEDA开开发工具具更是应应运而生生。利用用现场可可编程逻逻辑器件件(FPPGA,CCPLDD等)开开发工具具在实验验室里就就可以设设计出专专用集成成电路,以以硬件描描述语言言(VHHDL)为为输出方方式的高高层次数数字系统统综合工工具已广广泛用于于VLSSI的设设计中,使使电了设设
9、计的自自动化程程度越来来越高。对对于从事事电路设设计及相相关领域域的工作作人员来来说,掌掌握并应应用EDDA工具具,是非非常必要要的。EWB窗窗口功能能简介一、Ellecttronnicss Woorkbbencch 软软件界面面启动EWWB,可可以看到到其主窗窗口,如如图121所示。从图中可可以看出出,EWWB模仿仿了一个个实际的的电子实实验台。主主窗口中中最大的的区域是是电路工工作区,在在这里可可以进行行电路的的连接和和测试。在在电路工工作区的的下方是是阐述区区,可用用来对电电路进行行注释和和说明。工工作区的的上面是是菜单栏栏、工具具栏和元元器件库库栏。从从菜单栏栏可以选选择电路路连接、实
10、实验所需需的各种种命令。工工具栏包包含了常常用的操操作命令令按钮。元元器件库库栏包含含了电路路实验所所需的各各种元器器件与测测试仪器器。通过过鼠标器器操作即即可方便便地使用用各种命命令和实实验设备备。按下下“启动停止”开关或或“暂停恢复”按钮可可以方便便地控制制实验的的进程。图121 Eleectrroniics Worrkbeenchh 软件件界面二、元件件库栏EWB零零部件箱箱(Paartss Biin)提提供了非非常丰富富的元器器件库及及各种常常用测试试仪器,给给电路仿仿真实验验带来了了极大的的方便。如如图1222所所示。在在工作区区上面,按按元器件件的类别别,共有有10个个部件箱箱,如
11、下下图所示示。从左左至右有有子电路路箱、电电源箱、无无源元件件箱、二二极管及及整流电电路、晶晶体管箱箱、模拟拟IC、44个数字字逻辑部部件箱,还还有显示示元件箱箱、函数数元件箱箱及机电电元件箱箱这100个零部部件箱。每每个零部部件箱里里都有常常用的同同类型元元器件,使使用某个个元器件件时,只只要打开开相应的的零部件件箱,就就有各种种型号的的元器件件IC等等供选择择。一般般打开的的部件箱箱位于工工作区的的左侧,可可以滚动动、缩放放。需要要某个元元件时,用用鼠标单单击选择择,并拖拖至工作作区;若若删除这这个元件件,可单单击它变变成高亮亮,然后后在Eddit菜菜单中选选择Deelette或按按Del
12、l键。图122 EWBB的元件件库栏三、信号号源库图123 信号源源库分布布栏四、基本本元件库库图124 基本元元件库分分布栏五、二极极管库图125 二极管管库分布布栏六、模拟拟集成电电路库图126 模拟集集成电路路库分布布栏七、指示示器件库库在各类指指示器中中,包括括了各类类输出监监测显示示器、电电压表、电电流表、逻逻辑探针针、七段段数码管管、蜂鸣鸣器及条条码显示示器,以以供选择择。 图127 指示器器件库分分布栏八、模拟拟IC、数数模混合合、ICC数字IIC EWWB提供供模拟IIC主要要是各种种运算放放大器、比比较器及及锁相环环电路等等。而EEWB提提供的数数字ICC主要是是74系系列和
13、44系列的的数字集集成电路路。数模模混合IIC部件件包括AA/D、DD/A变变换器、单单稳压触触发器及及5555定时电电路等。图128 模拟IIC、数数模混合合、ICC数字IIC分布布栏九、基本本数字门门和数字字逻辑电电路EWB提提供了各各类数字字门、各各种触发发器、多多路开关关、移位位寄存器器、计数数器及算算术处理理单元等等。图129 基本数数字门和和数字逻逻辑电路路十、单元元电路EWB提提供了各各类内建建电压、电电流信号号处理单单元电路路,如积积分器、微微分器、乘乘法器、除除法器及及其它功功能单元元电路等等。图1210 单元元电路分分布栏十一、其其它元件件EWB除除了提供供以上所所各类元元
14、件外,按按实际电电路系统统设计和和测试的的需要,还还提供了了其它的的一些辅辅助性元元件,如如保险丝丝、传输输线、直直流马达达等,放放在其它它元件库库中。图1211 其它它元件分分布栏十二、测测试仪表表在零部件件箱的右右侧是测测试仪表表(Innstrrumeent)区区,如图图1212所所示。在在它里面面存放有有 7种种测试仪仪表可供供使用,它它们是万万用表(MMulttimaaterr)、函函数发生生器(FFuncctioon GGeneerattor)、示示波器(OOsciillooscoope)、频频率特性性测试仪仪(Boode Plootteer)、字字发生器器(Woord Genner
15、aatorr)、逻逻辑分析析仪(LLogiic AAnallyzeer)和和逻辑转转换器(lloglle CConvvertter)。另外,显显示器零零部件箱箱中还有有两种测测试仪表表,电压压表(VVolttmetter)和和电表(AAmmeeterr)。当当需要使使用某种种仪表时时,图112112测试试仪表分分布栏只只要从测测试仪表表区中把把需要的的测试仪仪表拖放放到工作作区并连连接到电电路上,再再根据测测试情况况调整仪仪器状态态,打开开电源开开关,电电路开始始仿真,测测试仪表表即可显显示测量量结果。(一) 数字字多用表表的使用用() 电压表和和电流表表从指示器器件库中中,选定定电压表表或电
16、流流表,用用鼠标拖拖拽到电电路工作作区中,通通过旋转转操作可可以改变变其引出出线的方方向。双双击电压压表或电电流表可可以在弹弹出对话话框中设设置工作作参数。电电压表和和电流表表可以多多次选用用。数字字多用表表的量程程可以自自动调整整。下图图是其图图标和面面板。其电压、电电流档的的内阻,电电阻档的的电流和和分贝档档的标准准电压值值都可以以任意设设置。从从打开的的面板上上选Seettiing 按钮可可以设置置其参数数。图1213 数字字万用表表示意图图 这是是一种自自动调整整量程的的数字多多用表。其其电压档档、电流流档的内内阻、电电阻档的的电流值值和分贝贝档标准准电压值值都可任任意进行行设备。1、
17、 万万用表的的调节万用表的的选择项项:l 测试类型型(Meeterr Tyype):A(电电流)、VV(电流流)、W(电电阻)、ddB(分分贝)。l 信号方式式(Siignaal):AC(交交流)、DDC(直直流)l 设置(SSetttingg):用用于设置置内阻等等。2、使用用万用测测量电流流(A)选择A,将将万用表表作安培培表使用用,并将将安培表表串联到到测量电电路中。仿仿真后,万万用表显显示为被被测电流流值。若若要测量量另一支支路电流流,需重重新连接接万用表表并再次次仿真。安培表的的内阻预预设为llmW,如如果需要要,可以以单击SSetttinggs按钮钮重新设设置。3用万万用表测测量电
18、压压(V)选择V,将将万用表表作为电电压表使使用。将将电压表表并接在在电路中中需要测测量的两两个节点点上,电电路仿真真,万用用表显示示电路中中两节点点之间的的电压。电压表的的内阻设设为很高高的值(1MW),如果需要改变,可以单击Settings按钮重新设置。电路仿真真被激活活后,可可以将电电压表接接到其他他节点去去测量电电压。4用万万用表测测量电阻阻(W)选择W,将将万用表表作为欧欧姆表使使用。此此时要将将万用表表设置成成DC,而而且须保保证被测测元件或或网络和和信号源源断开,并并且不和和其他元元件或网网络并联联。将万万用表连连接到被被测元件件或网络络两端,万万用表显显示电阻阻值。5用万万用表
19、测测量分贝贝损失(ddB)选择 ddB,用用于测量量电路中中两点之之间的分分贝损失失。 dB=20llg(V1-V2)分贝贝标准其中 VV1为接接到“十”端的电电位。VV2为接接到“一”端的电电位,分分贝基准准(零分分贝)预预设为11V,如如果需要要,可以以单击SSetttinggs按钮钮重新设设置。6万用用表的交交流模式式(ACC)选择正弦弦波符号号“”,万用用表处于于交流模模式。测测量值为为交流信信号电压压或电流流的有效效值,此此时信号号中的直直流成分分被去掉掉。7万用用表的直直流模式式(DCC)选择直流流符号“一,万用用表处于于直流模模式。测测量电路路中直流流信号电电压或电电流,交交流成
20、分分被去掉掉。8万用用表的设设置(SSetttinggs)万用表的的Setttinngs按按钮,用用于万用用表内部部参数设设置,如如电压表表和电流流表的内内阻、欧欧姆表的的内部电电流以及及分贝基基准。这这些值的的预设与与实际万万用表相相近。这这些参数数接近理理想值,故故对电路路的影响响可以忽忽略。注意:在在低阻电电路中应应避免使使用非常常高内阻阻的电压压表,在在高阻电电路中应应避免使使用非常常低内阻阻的电流流表,否否则在仿仿真过程程中将引引入较大大的截断断误差。 (二) 函函数发生生器函数发生生器(FFuncctioon GGeneerattor)是是一个多多波形电电压源,它它能产生生正弦波波
21、、方波波、三角角波三种种电压信信号。其其图标和和面板如如图122-144所示。可可调节方方波和三三角波的的占空比比。使用用时可以以调节信信号Frrequuenccy(频频率)、DDutyy cyyclee(占空空比)、AAmpllituude(幅度)、Offfseet(直直流偏置置)等。图1214 函数数发生器器示意图图Elecctrooniccs WWorkkbennch提提供很宽宽的频率率调节范范围,可可覆盖音音频至雷雷达信号号频率范围。函数发生生器有三三个外接接端子:“十”、“一”和coommoon。1调节节函数发发生器(1)波波形选择择将函数发发生器放放大显示示,单击击上面二二种波形形
22、(正弦弦、三角角、方波波)的一一种即可可。对三三角波和和方波可可以调节节占空比比改变波波形得到到锯齿波波和脉冲冲。(2)频频率调节节函数发生生器的频频率调节节范围为为 1HHz9999 MHzz。调节节函数发发生器的的输出信信号频率率,首先先放大显显示函数数发生器器,然后后单击频频率调节节按钮改改变输出出频率;也可以以单击频频率数值值框直接接输入所所需要频频率的数数值。(3)占占空比调调节 调节占占空比只只影响三三角波和和方波。占占空比的的调节范范围为ll999。调调节时单单击占空空比,调调节按钮钮改变占占空比。(4)直直流偏置置调节信号直流流偏置表表示在输输出信号号上叠加加的直流流分量。调调
23、节范围围为一99999999 kVV。(5)信信号幅度度调节信号幅度度表示输输出信号号从直流流电平(偏偏置)到到其峰值值的电压压。如果果在coommoon和“”或“一”之间输输出,则则信号的的峰一峰峰值为信信号幅度度的2倍倍;如果果在“十”和“一”之间输输出,则则信号的的峰一峰峰值为信信号幅度度的4倍倍。2函数数发生器器的连接接端(l)“”端(正正端)从“”端又上上公共端端,coommoon输出出信号是是以选定定的幅度度、占空空比、偏偏置方向向向输出出信号。(2)ccommmon端端(公共共端) commmonn端提供供参考电电平,一一般应为为“地”电平。(3)“一”端(负负端)从“一”端对公
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