EWB仿真軟件在電子技術教學中的應用

楊啟堯

(浙江水利水電?？茖W校，浙江 杭州 310018)

電子技術是電氣類專業(yè)學生必修的課程，隨著計算機仿真技術的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)有越來越多的仿真軟件應用在《電子技術》的教學當中，比如Pispice，EWB，Orcad，Proteus等，這些軟件既可以提高教學的效率，又能幫助學生更好地理解教學的重點和難點.對于高職高專學生而言，利用仿真軟件可以給學生提供直觀的形象思維，并能設計許多現(xiàn)有設備無法實現(xiàn)的實驗.對于高校教師而言，利用仿真軟件進行備課，教學，可以更好地拓寬教學思路，使上課更加淺顯易懂.

1 EWB軟件簡介

電子工作平臺Electronics Workbench(EWB)(現(xiàn)有的升級版稱為MultiSim)軟件是加拿大Interactive Image Technologies公司于20世紀末推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件，它具有以下優(yōu)點［1］:

(1)EWB安裝方便，所占的空間小，提供豐富的圖形界面，不需要用戶進行編程，只要根據(jù)需要選取繪制電路圖需要的元器件及測試儀器即可，特別適用于高職高專的學生;

(2)軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結果;

(3)EWB軟件帶有豐富的電子元件庫，可以根據(jù)用戶需要靈活設計各種不同的仿真電路;

(4)EWB還是一個優(yōu)秀的電子技術訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進行電子線路方面實驗，適合于模擬電子技術和數(shù)字電子技術中的各種實用電路;

(5)該軟件的分析功能十分強大，可以進行直流工作點、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)、傅立葉變換、噪聲及失真度、參數(shù)掃描溫度掃描、直流和交流靈敏度、零極點和蒙特卡羅等14項分析.在仿真的同時，它還可以儲存測試點的所有數(shù)據(jù)、測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等［2］.

2 EWB在教學中的應用

對于高職高專的學生，目前高中物理基礎相對比較薄弱，如果僅僅是理論授課，而實驗和實訓又受場地和實驗設備的限制，結合程度較差，有時上課和實驗相隔時間較長，學生也是比較被動參與教學，效果較差.有了EWB仿真軟件，可以很好地解決這個問題，首先EWB的軟件容量下，安裝非常方便，每位同學都可以在自己的電腦上安裝.課前可以布置相應的設計題目，并給以一定的提示，到上課的時候就可以實現(xiàn)師生的互動，加深學生對所學知識點的理解.

如果能夠采用課前設計——仿真調試——課上修改——最后完善這樣一個流程，對于學生的理解和教師的教學必然有更好的效果［3］.

從圖1中可以看出，整個教學的流程，既開發(fā)了學生的主動思維，又有利于學生在課外的小組討論，促進共同提高，在遇到問題也會預習教科書上的知識點，如果遇到問題在課內通過老師的講解和示范可以提供意見，而且設計的結果也往往不只一種，可以豐富的教學的內容，這樣對老師而言也可以有更好的提高，同時了解學生對知識點的掌握程度.

圖1 EWB教學思路流程

3 EWB在電子技術教學中的具體實例

3.1 方波和三角波信號發(fā)生器

在模擬電子技術的信號產生電路的教學中，會講到RC正弦波振蕩電路的產生，還有非正弦波信號的產生，如方波和三角波的產生電路.由于教學學時的有限，一般只做RC振蕩電路產生的實驗，知道正弦信號產生的過程.但是方波和三角波不做實驗，光是課堂上理論講一下，效果是比較差的，因為原理比較復雜.通過采用EWB的仿真，在一個電路中同時觀察方波和三角波的產生，學生有很好的直觀印象，對于知識點的理解也就能取得較好的效果.

圖2所示電路是由一個遲滯比較器加一個積分電路構成的，紅色線為第一級的輸出，產生的是方波，而藍色線是最后的輸出，通過對方波進行反相積分，輸出三角波.仿真示波器采用雙蹤的顯示方式，具體輸出的波形見圖3.

同時可以對整個參數(shù)進行修改獲得不同幅值和頻率的三角波，讓學生有更深刻的印象.該輸出波形的周期可以通過式(1)得出，改變積分常數(shù)R4C即可改變三角波的周期，通過改變比較器的輸出電壓uo1、電阻R1、R2即可改變三角波的幅值，而通過這個仿真實驗，既可以了解運放的線性和非線性應用，又能對這些電路在實際中的應用有更深刻的了解，而且可以通過修改參數(shù)明白理論與實際之間的聯(lián)系，教學效果比原來好很多.

3.2 模擬數(shù)字鐘(一位)電路的仿真

在數(shù)字電子技術課程中，數(shù)字鐘是一個很好的實例，結合了數(shù)字電子技術最重要的知識點，包括了組合邏輯電路中的譯碼器，七段顯示數(shù)碼管，時序邏輯電路中的計數(shù)器，以及脈沖信號的產生與整形中的555定時器構成多諧振蕩器.往往實驗沒有足夠的學時來搭這樣一個復雜的電路，而實習往往是課程結束之后才進行，間隔很長一段時間.而采用EWB仿真就可以輕松對整個電路進行觀察分析，看到最后的輸出結果.

圖4所示，該電路有如下部分構成:

圖4 模擬數(shù)字鐘的仿真電路

(1)脈沖產生電路，由一個集成555定時器組成一個多諧振蕩器，用于產生脈沖時鐘信號，輸出的脈沖周期可以R1、R2、C這三個參數(shù)決定，T=0.7(R1+2R2)C——式2，圖中設定周期約為1 s.見圖5，可以用示波器的雙蹤觀察555定時器的2腳(電容正極)和3腳(輸出端)的波形，其中2腳為電容C為充電的過程時，對應3腳為高電平;當2腳為電容C的放電過程時，輸出為低電平.可以看示波器的輸出波形，其中藍色為2腳電容C的充放電波形，紅色為3 腳的脈沖波形［4－5］.

圖5 555構成多諧振蕩器輸出波形

(2)計數(shù)器，脈沖送到74LS290十進制計數(shù)器的CLKA時鐘輸入端遞增計數(shù)，從0到9循環(huán)計數(shù).

(3)譯碼器，計數(shù)器的輸出依照高位到低位依次和7447譯碼器的DCBA相連，將8421碼翻譯成七段數(shù)碼管顯示的段碼.

(4)顯示器，七段顯示器，可以顯示計數(shù)器從0～9這10個循環(huán)計數(shù)的結果.

通過這個仿真實驗，學生可以對數(shù)字電子技術的許多重點內容可以掌握得更好，而且非常直觀方便.

4 結論

上述案例是模擬和數(shù)字中的典型.除此之外，還有其他許多的數(shù)字電路的芯片功能介紹，模擬電子的基本放大電路及運算放大電路等，都可以通過EWB搭建，對學生更深刻地理解所學的內容，以及作為實驗教學的輔助，拓寬了學生思維，對于學生創(chuàng)造性能力培養(yǎng)也有較大的好處.同時電子技術是一門專業(yè)基礎課，這些軟件的應用能力培養(yǎng)，為學習后續(xù)的專業(yè)課程也打下良好的基礎，是高職高專電子技術教學改革的一個重要的手段.

［1］文 娟.《電工基礎》教學中嵌入EWB分析電路初探［J］.職業(yè)時空，2011，7(5):96 －97.

［2］張 英，朱立華，馬承先.基于EWB的有源濾波器優(yōu)化技術及仿真分析［J］.電氣傳動，2009，39(2):41 －43，60.

［3］付 楊.Multisim仿真在電工電子實驗中的應用［J］.實驗室研究與探索，2011，30(4):120 －122，126.

［4］于松亭.EWB仿真軟件在數(shù)字電路教學中的應用探討［J］.數(shù)字技術與應用，2011(6):17－173.

［5］袁占生，秦德興，鄭文杰.EWB8.0軟件在數(shù)字邏輯教學中的應用［J］.電氣電子教學學報，2009，31(4):34 －35，46.