EWB软件在电子技术实验教学中的优劣浅析

当今电子技术的飞速发展以及相关行业与领域的跟进, 需要大量的高素质的专业人才, 这些人才必须既精通电子技术理论, 又要掌握电子电路设计、实验研究和调试技术, 还应具专业领域内的终身学习能力。高等学校是培养人才的地方, 实验是教学活动中不可或缺的环节。基于EWB仿真软件的虚拟电子实验技术和虚拟仪器技术以为电子技术实验教学广泛采用。它主要是进行原理电路设计, 电路功能测试的虚拟仿真技术, 其充分利用计算机存贮、运算功能, 并通过VI程序对输入信号进行分析和处理, 其功能比以微处理器为核心的智能仪器更为强大。传统实验法指的是用物理硬件实验仪器进行的实际操作。两种教法比较, 在实验教学中各有各的长处与短处, 各有各的特点。正确处理这两种技术在实验教学中的关系, 恰当确定EWB仿真软件在实践教学中的位置, 对于实验教学效果影响较大。

1 EWB仿真软件在电子技术实验教学中的必要性

现代电子系统的设计与分析己越来越依赖于应用EDA技术。应当在分布式网络环境下, 在EDA平台上进行设计、综合、仿真, 然后在实际条件下进行测试, 否则很难说得上设计与分析。电测技术是应用极为普遍的基本测量技术。在现代检测系统中, 不但要求实时性、自动化和功能强, 而且要使用像频谱分析仪, 传递函数测试仪、相关仪、数字滤波器等“贵族仪器”。可见:高校要在现代电子设计与分析, 现代检测技术方面进行实践教学, 若只采用硬件技术 (或以硬件为主) , 其昂贵的费用是难以承受的。应用仿真软件可以从根本上解决这一问题。

仿真实验与传统实验相比, 有它独特的优点。

(1) 功能全, 由于仪器及功能全, 元器件全, 因而可实现传统方式无法达到的功能;

(2) 实验成本低, 不消耗器材, 实验所需器材不受限制, 大大降低了教学成本;

(3) 实验速度快, 效率高;

(4) 便于开设综合性和设计性实验;

(5) 能充分利用计算机现有资源;

(6) 技术更新周期短;

(7) 开放灵活, 与计算机同步发展;

(8) 可以实现自动化、智能化等。

从上述优点可见:为了使学生掌握现代先进技术, 培养学生较强的动手能力, 积累工程经验, 提高教学质量, 解决资金困难、仿真实验在实践教学中的应用是必不可少的。

2 EWB仿真软件在实验教学中的局限性

由于仿真实验是基于某种软件开发平台的技术, 它们所仿真的元器件、仪表仪器和系统功能是“虚拟”的——由软件确定的, 与物理硬件系统必然存在差异, 所以仿真软件存在下列局限性。

2.1 缺少“实物感”

不管是以EWB为基础的虚拟电子实验技术, 还是以VI为基础的虚拟检测技术, 都缺少“实物感”。例如:常用的电子测量仪表仪器、元件、集成芯片, 多种多样的传感器等, 在虚拟实践教学中, 学生见到的都是一些特定符号。

2.2 虚拟技术很难仿真实际元器件参数的离散性

实际元器件参数的离散性是很普遍的:标称值与实际值的误差;同一类型元器件参数的不一致性;元器件在系统中工作条件不同参数的差异性;元器件老化后参数的离散性等等, 这些在虚拟技术中是反映不出来的, 学生就不会有这方面的知识和积累。

2.3 系统中各种实际干扰信号的影响在虚拟技术中难以仿真

尽管在虚拟技术中可以人为地加一些干扰信号 (或参数) 进行系统仿真, 但必竟离实际系统中各种干扰信号对系统的影响程度相差甚远;有些干扰信号无法仿真;对不同的干扰信号采用不同的排除干扰的方法等, 在虚拟技术中是无能为力的。学生就不会得到这方面的工程知识和体会。

2.4 实际系统中各性能指标的精度在仿真软件中是很难控制的

实际系统各种参数的精度控制, 虚拟技术很难办得到;在工程中的测量误差及引起误差的因数, 在虚拟技术中也很难反映出来;实际元件和系统的各种故障现象在虚拟技术中也很难体现出来。

2.5 仿真软件在实时控制, 在线控制方面存在局限性

EWB在仿真电工电子实验中, 在仿真电子设计和分析中, 不存在实时控制和在线控制的功能。VI通过外接数据采集卡, 通过VI程序进行信号处理后, 再由计算机的I/O接口把信号送出去控制系统某些参数, 在这种方式下, 可以进行一些系统的实时和在线控制。但在复杂控制系统和高精度高可靠度系统中, 由于上述 (3) (4) 的缺点, 仿真软件也是无能为力的。

3 传统实验法的优点

电子技术是一门实验科学, 从培养人才的角度出发, 加强传统的硬件实验内容是必不可少的, 只有这样才能培养学生以确凿的事实为依据, 认真仔细, 一丝不苟的工作作风;严密观察, 勤于思考, 寻求规律的探索精神。传统实验法能给学生“真实感”, 消除学生在理论学习与虚拟实验中的“不踏实”感觉, 大量的实验结果也只有通过硬件实验才能得到。

4 认真处理好实验教学中“虚”与“实”的关系

EWB仿真软件的局限性恰恰又是传统实验法的优点, 发挥二者各自的优势, 精心组织实践教学, 会收到更好的效果。经过几年的实践教学经验和体会, 我们在处理二者的关系的基本原则是:

基本电量测量仪表仪器的使用, 常见元器件, 基本测量技术和工艺必须用传统实验法来进行实践教学, 使学生掌握工程设计、调试、测量及仪表仪器元器件的使用方法, 提高实际动手能力。

根据课程和专业的特点和性质, 在实践教学中使用两种技术的比例要有区别。

对于现代一些先进技术, 或要用“贵族仪器”, 元器件费用较高的实践教学内容一般均采用EWB仿真软件来实施实验教学。

根据上述三原则, 电子类专业在实验教学中仿真软件实验与传统实验的比例分别为:《电工技术》 (共8个实验项目) 3:7;《模拟电子技术》 (共12个实验项目) 4:6;《数字电子技术》 (共10个实验项目) 5:5;《单片机技术》 (共8个实验项目) 4:6。

这样就恰当定位仿真技术在实验教学中的位置了并收到了很好的教学效果, 我系学生在近几年的省市各类技能设计竞赛中, 共获得一等奖一个;二等奖三个;三等奖五个的好成绩。

5 结语

在电子技术实验教学中, 将EWB仿真软件与传统实验法有机地结合起来, 充分发挥虚拟技术和硬件技术的各自优势, 正确处理虚拟技术在实践教学中的地位, 既要加强学生的基本功的训练, 培养实际动手能力, 又要让学生掌握新的现代科学技术知识。只有这样, 才能使培养出来的学生既有扎实的基础, 又有全面新颖的技术。为在今后的工作中立于不败之地, 成为社会的有用人才创造条件。

摘要：通过总结应用EWB仿真软件与传统实验法在电子技术实验教学中的效果, 论述两种教学方法的关系, 明确在电子技术实验教学中采用两种教法恰当相结合的方法能达到较好的实践教学效果。

关键词：EWB仿真软件,传统实验法,实验教学

参考文献

[1] 潘洪福.电子测量技术与仪表[M].重庆:科学技术文献出版社重庆分社, 1997.

[2] 彭华林.虚拟电子实验平台应用技术[M].长沙:湖南科学出版社, 1999.

[3] 谢自美.电子线路设计、实验、测试 (第二版) [M].武汉:华中理工大学出版社, 2000.