数字仿真技术范文

数字仿真技术范文第1篇

【关键词】 数字电路 EDA 教学改革 实验教学

“数字电路”是高等院校电类专业的一门重要的专业基础课，具有较强的应用性和实践性。因此数字电路的实验教学在课程中占有很重要的地位。传统的实验教学方法已经不能满足技术发展的需求。引入EDA仿真技术可以弥补传统方法的不足，加深学生对所学知识的理解，同时提高了学生的学习兴趣。

1 数字电路课程实验的现状

传统的数字电路实验多以验证性实验为主，配以少数的综合性设计实验，验证性实验如常用组合逻辑电路及常用时序电路等；综合性的设计实验往往以课程设计的形式进行。实验的方法是用面包板和导线进行搭接电路，配合试验箱进行调试，这就是实验的全过程。虽然传统的数字电路实验模式在培养学生实际动手能力等方面起到了一定的作用，但还存在一些不足。

（1）实验课时有限，学生往往只能在有限的时间内完成规定的简单实验，而加大实验难度重复验证则根本没有时间完成，达不到对所学知识举一反三的目的。

（2）实验经费短缺，实验的器件往往是重复利用，而且器件的种类也比较少，学生接触新产品、新器件的机会较少，难以适应当前电子技术的发展。

（3）数字电路课程设计内容相对复杂，需要大量器件来实现，设计过程中还要反复验证，因此设计周期长，效率低，器件的损耗也较多。

2 EDA仿真技术应用于实验教学的举例

2.1 Quartus II软件应用于数字电路的实验教学

以设计任意进制计数器为例来说明Quartus II仿真软件的应用。传统的实验教学是学生在实验室中先验证74160为十进制计数器；然后再利用74160自行设计任意进制计数器，并把结果利用LED数码管显示出来。这样做的结果是学生时间不够用，好多学生都没有时间去完成任意进制计数器的设计。即使完成，也是仅仅完成一个简单的设计。如果学生课下能利用Quartus II软件对要做的实验进行预习演练，并仿真看到结果，则实验课上就节省了大量时间，学生可以用节省的时间多做几组实验，加深了对所学知识的理解，提高了学生的动手能力。

以设计17进制计数器为例，学生如果课下利用Quartus II软件把原理图画出来（如图1所示），并且编译仿真后看到仿真结果，则会对所设计的电路充满信心，实验室开放时，把所设计的电路搭建出来即可，节省了大量时间，激发了学生的学习兴趣。

2.2 multisim软件应用于数字电路的实践教学

学生在做数字电路课程设计时，课程设计的内容相对于验证性实验要复杂的多，学生的设计量也较大。以数字钟课程设计为例，学生首先要构思，把简单的数字钟分为三个部分：小时、分、秒。学生要把每一部分设计完成，最后综合设计整体电路。如果只是在实验室进行，学生每次设计都要搭接实验电路，如果不理想则要拆掉重新再做，这个过程费时费力，器件的损耗也较多，可靠性差，效率低。因此如果学生能利用multisim软件在计算机中仿真验证自己的想法，则可解决上述问题。学生首先可以利用软件设计秒电路，设计好后仿真验证结果，如果不正确，则可以检查是否元件选择错误，如果元件没错则可以检查电路连接是否有问题，由于都是在软件中操作，所以省时省力，又因为是虚拟平台，元件也无损耗，当设计完秒电路后再设计分电路和小时电路，直至整个电路设计完毕，看是否满足设计要求。

因为软件提供了功能强大的元件库，学生可以在软件中任意选择元器件，器件来源不受控制，同时降低了器件的损耗率；因为是用软件仿真设计电路，学生可以反复验证自己的想法，查找原因及修改都很方便，省时省力，效率高；又因为是仿真结果正确后连接电路，所以硬件连接电路时很少出错，即使出错也不会是原理性错误，而其他错误如电路接触不良等则很好解决。

3 引入EDA仿真技术的好处

（1）提高了实验的可靠性及成功率。在一些复杂的电子技术实验中，经常会因操作不当或设备条件限制而观察不到实验结果，引入EDA仿真之后，实验操作就会变得相对简单，实验条件很容易改变，也方便查错纠错，同时也能够直观反映出电子设计可能存在的差错和时序竞争，并方便分析及解决这类问题，大大提高了实验的效率和质量。

（2）实验不再受课时和实验器材的限制。由于大部分工作是在软件平台上进行，加上计算机的普及，设计工作可以走出实验室，完全在这个虚拟的实验箱上实现；同时大大降低实验器材的消耗，减少了因操作不当造成的仪器设备损坏，节省了实验室的运行费用。

（3）提高了学生的学习兴趣。学会利用EDA仿真工具，大大提高了学生的学习信心，而且EDA技术是现代电子技术发展的反向，学生掌握这门技术就与现代电子技术发展同步，适应l市场需要，进一步激发了学生的学习兴趣。

4 结语

将EDA仿真技术引入到数字电路实验教学中，它将使专业基础课教学内容与世界电子技术发展同步，并使原有实验教学模式和教学内容产生飞跃，提高教学效率，摆脱传统的设计方法的思维模式。同时也培养学生的创新意识和创新能力，提高学生的竞争能力，适应市场需要。

参考文献：

[1]袁小平.应用EDA技术改革电子系列课程实验教学[J].实验科学与技术，2011.

数字仿真技术范文第2篇

1系统结构

变电站数字物理混合仿真培训系统的总体结构如图1所示。其中数字仿真系统实现变电站及相关局部电网的实时仿真数据量的模拟。原有的变电站测控系统实现对全站工况的的监控与报警。数字仿真系统产生的数字信号通过高速总线发送给接口及模拟部分。从而实现与真实变电站一致的培训环境。数字仿真系统基本功能简介如下：（1）实时电网及全电网仿真服务器。实时电网服务器负责运行教学变电站相关的电磁暂态仿真程序，由双CPU构成，一个CPU用于仿真计算，另一个运行通信及协调软件，为信号输入输出接口提供准确、可靠的数字信号源。（2）调度员学员台。该子系统为学员提供真实的控制中心环境和SCADA软件功能。实时电网仿真程序模拟前置机向SCADA系统发送仿真电网的遥信遥测数据。调度员学员台可仿真数据采集和更新、派生数据计算和数据处理、越限和变位监视、拓扑着色、报警处理和人机界面等SCADA软件功能。

2关键技术及其实现

数字物理混合仿真接口技术数字物理混合仿真接口保证了实时地将数字量转换为模拟量。系统采用PCI总线技术将各功能模块紧密集成。数字模拟转换器精度为16位，具有多路同步D/A转换输出的能力。实时操作系统通过软件信号驱动数字模拟转换器、开关量输入输出器，电网实时仿真数字信号经数模转换、电流和电压功率放大器处理后转换为足以驱动变电站实际二次设备的电流、电压模拟量。实际设备的位置辅助触点连接至开关量输入器，当位置发生变化时，辅助触点的电位发生变化，开关量输入器根据采集端子的电位可以判断出状态变化并将其转换为0或1的数字量。同时，中断服务例程定时通过PCI总线读取开关数字量，从而实现开关或刀闸状态的采集。

3小河教学基地实施方案

在原有的小河教学变电站二次回路中，接入仿真系统，模拟现场CT、PT二次侧电压电流，采集相关开关量状态，将变电站二次设备驱动起来。其他一、二次设备均采用原有综合自动化设备不做改动。3.1 硬件系统配置3.1.1仿真服务器为了满足系统性能要求，实时仿真计算机的具体配置为CPU：2颗2.13GHzIntelXeon四核4MBCache，4GB内存，146GBSAS硬盘，15KRPM，网络适配器：100/1000MBAdapter2块3.1.2教员机教员机主要用于教案编制、运行方式的整定、一二次故障设置、系统维护管理、数据组织和对学员的监管等功能。采用DELLOPTILEX960MT，具体配置为：英特尔(R)酷睿(TM)4核处理器Q94002.9GHZ，2G内存，250GB硬盘，PCI1000M网卡，显卡：ATIRadeonHD4870512M独立显卡，键盘、鼠标、电源线，19寸宽屏液晶显示器，操作系统软件为windowsXPprofessionaledition操作系统。3.1.3信号输入输出接口装置信号输入输出接口装置是I/O信号扩展转换箱，高速、高精度同步输出数字模拟转换器，高速通信及开关量输入输出系统，电流、电压功率放大器构成。3.2 软件配置操作平台采用Linux实时操作系统，应用软件根据小河教学变实现功能的情况配备：仿真软件支撑平台软件，交互式、全过程电磁暂态仿真软件，I/O接口软件。

4现场应用情况

110kV小河教学变采用数字物理混合技术进行仿真，其主接线如图2所示，小河教学变及相关电网一次设备仿真采用数字仿真进行模拟，通过信号输入输出接口装置驱动小河教学变的二次设备。图3是母线发生CA相永久接地故障的仿真结果，其中从图3可以看出：在t=100ms时发生设定的故障，110kV#1母线的C和A相电压降低为0，110kV#1进线中A和C相由额定电流增大至1.63kA（有效值），在t=200ms时，110kV#1进线的母线侧开关三相跳闸后切断故障电流，110kV#1进线电流和110kV#1母线电压均降低为0。表明该培训仿真系统可以达到严格的实时性要求。

5结论

本文介绍数字物理混合仿真技术在小河教学变电站的运用。解决了目前现有仿真系统与实际脱离、培训效果不佳的缺点，成功实现了变电站综合自动化系统与仿真系统的联合一体化仿真。从而使的培训人员，在一个真实的环境中得到锻炼，提高自身的技能水平。

数字仿真技术范文第3篇

关键词：3D数字仿真技术；城市服务；应用

1 概述

3D数字仿真技术主要是通过计算机技术，为用户创造一个逼真的虚拟环境，既可以是对现实环境的虚拟，也可以是对一些想象的物体的虚拟。目前在城市建设以及工业产品等领域中的发展比较广泛。本文主要通过分析3D数字仿真技术的发展情况，探讨其在当前的城市服务中的应用情况。

2 3D数字仿真技术概述

2.1 3D数字仿真技术概念及特点

3D（三维）数字仿真，一般也称虚拟仿真，主要是通过计算机技术生成一个无限逼近现实的虚拟环境，该环境中存在视、听、触、味等多种感知，用户则通过各种传感器设备接收自身自然反应的行为、活动，从而实现与虚拟世界中的个体产生联系的一种技术。

3D数字仿真技术一般具备三个特点：（1）沉浸感。由于3D数字仿真技术创造出了一个虚拟的现实世界，单从视觉效果上来看，用户很容易产生一种置身于这种虚拟环境的感受。（2）多感知性。虽然目前的3D数字仿真技术能够实现的感知只有视觉、听觉发展的比较成熟。但是理想状态下，3D数字仿真技术还应该具备味觉、嗅觉以及触觉等在现实生活中存在的多种人类感知行为，为人类营造一个真正逼近现实的虚拟环境。（3）交互性。所谓交互性是指用户可与虚拟环境中的实体进行交流、操作等行为，而且通过这些行为可以得到实时的反馈。

2.2 3D数字仿真技术发展

进入21世纪以来，随着计算机技术的大量普及，3D数字仿真技术也随之进入了快速的发展时期。而美国作为该技术的发源地，目前在该技术领域依然处于世界领先地位，于2007年率先提出六方沉浸体验虚拟现实系统，并期望达到1亿像素的显示效果。然而目前最大的虚拟现实系统中能够提供的像素仅为4300万，且只有五方沉浸体验效果。因此，这项技术被美国业界认为是下一世纪重要竞争技术，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有对应的大型研发中心。我国虽然起步较晚，但是许多高校、企业也都在积极研制3D数字仿真技术，目前也都取得了十分显著的进步。

3 3D数字仿真技术提供的城市服务探究

3.1 城市建设领域

随着房地产行业的竞争越来越激烈，房地产厂商主要宣传的要点包括：地理位置、社区规划、户型设计等。然而目前对于户型的空间设计等方面发展已经很难再有革命性的突破，一些厂商的宣传手段还仅限于条幅、实物模型等。但是随着社会的发展，人们希望能够更加直观、快捷、方便地看到整个楼盘的详细信息。传统的手段是无法满足这些需求的，而3D数字仿真技术，这一专注于营造仿真环境的技术就得到了广泛的应用。房地产厂商通过制作一些建筑动画，直观地展现小区虚拟场景、楼盘样式、以及三维虚拟样板房等。通过使用这些3D动画作为宣传手段，能够让居民非常直观的体验、感受到住房的样子，因此取得了非常好的宣传效果。

3.2 工业领域

现如今，随着经济的快速发展，人们的生活也因为各种工业产品的快速发展而变得非常方便。像汽车、医疗器械等一些与人们生活息息相关的工业产品，一般在最终上市之前都会进行严格的检验。之前由于技术水平有限，只有等到产品研发出来之后才能进行相关的检验，一旦产品出现问题势必造成大量资源的浪费。

随着3D数字仿真技术的产生，技术人员可将设计出来的产品进行虚拟实验，既可以将设计出来的产品整体、空间构造都非常详细地展现出来，而且还可以通过虚拟现实技术，在虚拟的环境中对，对这些产品进行安全、事故模拟实验。像汽车行业，一般会利用3D数字仿真技术进行车辆撞击事故模拟；在煤矿产业，一般利用3D数字仿真技术进行安全生产实验，确定最终的安全挖掘方案等。

3.3 事故模拟

传统的事故分析都是通过事故现场照片或者是现场遗留下来痕迹等来进行相P的判断，但是这种缺乏动态模拟过程的分析方式缺乏直观性。而事故一旦发生，通常会伴随着赔偿、处罚等后续事件，如果能够完全还原当时的情景，有助于相关负责人十分方便、快捷、准确的处理相关事故。目前已经开展的研究内容包括：桥梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤矿事故分析等。其中交通事故分析发展相对的较为成熟，而且现在已经有很多交通管理部门引进这些技术，对交通事故进行模拟还原，从而对发生当事人进行相关责任判断。

3.4 施工演示

目前国家各项基础设施建设正在如火如荼的进行中，面对这些大型的工程项目，以前只能通过工程图纸或简单的模型等形式进行展示。对于缺乏足够的空间想象能力或者项目新手来说，很难去想象到整个工程中每个实物的具体样式，而3D数字仿真技术大到整体效果，小到部件的构造等，可以非常逼真的展示工程项目实景。不仅方便进行施工演示，而且在进行工程汇报时，也可以非常具体的展示当前的具体施工状况，以及与完整项目之间的差距等。

4 结束语

3D数字仿真技术，随着计算机技术的快速发展，正处在高速发展的阶段，而且正在以其独特的方式改善人们的生活、学习和工作方式。除上述提到的一些应用领域之外，3D数字仿真技术还有许多其它的应用领域，而且随着5D时代的到来，还会产生更多的现在还无法想象的应用领域。但同时还应该意识到，由于一些技术难点，比如说在虚拟空间中实现嗅觉、味觉等技术，目前还没有攻克，3D数字仿真技术未来的发展道路还有很长。

参考文献

[1]张晶.浅谈三维动画的应用领域[J].山东工业技术，2013（11）：151.

[2]周飞，孙超.论三维动画在产品设计中的运用和价值[J].艺术科技，2013（05）：179.

[3]段志浩.浅谈计算机三维动画技术在房地产领域中的应用及前景[J].广西土木建筑，2002（03）：192-193+142.

数字仿真技术范文第4篇

【关键词】数字化 工艺设计 装配仿真

数字化装配仿真技术在产品的设计阶段，实现虚拟产品的预装配，验证和改进产品的装配工艺过程，生动直观地展示产品的可装配性，从而提高产品的装配效率，减少装配时间和费用。数字化技术的应用从根本上改变了传统的飞机设计和制造方式，大大地提高了设计水平，最大限度地避免了设计漏洞和缺陷，减少了返修率。近年来，国外飞机数字化装配技术的研究主要集中在装配分析与仿真、装配数据管理、装配工装夹具设计制造以及自动化装配等方面。装配过程仿真与优化技术的使用使波音、 空客取得了显著的效益，比如空客典型部件的装配周期缩短了60%，装配工艺的设计周期缩短了30%～50%，装配成本却减少了近20%～30%。

一、传统装配设计存在的问题

（一）装配工艺设计仍然停留在二维方式

传统的工艺设计是由设计人员在头脑中想象出三维装配空间，以及设计装配顺序，然后再用二维的方式描述出来。传统的工艺设计质量主要取决于工艺设计人员的高超的技术水平和丰富的设计经验，操作人员则要根据设计人员的设计文件以及二维工程图纸，在大脑中还原设计人员构建的三维装配空间，进而理解装配顺序及需求，如此设计非常容易在设计人员与操作人员之间产生偏差，造成严重的装配错误，因此，二维模式的装配工艺设计严重阻碍了制造业的快速发展。

（二）缺少科学的工艺设计优化方法

传统工艺设计主要以二维的设计为主要模式，工艺设计的修改和优化周期较长，方案的优劣主要取决于设计人员的工作经验，缺乏科学的研究方法，没有定性定量的分析，制造工艺水平因人而异，会增加制造周期和制造成本。传统工艺设计中制造资源的二维描述可能导致设计过程中对细节设计的淡化，不能充分利用三维CAD数据，不能完全消除工艺设计转换造成与产品设计数据的不一致性，难以实现工艺设计的继承性、规范化、标准化。

（三）无法进行一些三维工艺设计

工艺设计环境不具备三维工艺验证能力，不能用三维的方式准确的检测工艺设计过程中存在的错误，还可能会导致装配中装配顺序是否合理、工艺设备是否满足需求、操作空间是否要开敞等一系列的问题，直到在生产试制阶段才会发现。任何一个环节出现了问题，都会影响飞机制造的进度和质量，进而造成巨大的损失。

二、数字化装配设计和仿真

（一）ARJ21中央翼组件特点

ARJ21中央翼组件式飞机上机身与外翼对接部位，是全机对接基准件。该组件有一些特点，比如定位精度要求高，协调部位多，工人操作困难，工装定位器多等，使得工艺设计过程更细致，也更复杂。如果按照传统工艺设计模式，不仅不能在规定时间内完成中央翼工艺准备，而且可能因为考虑不周、经验不足等原因造成试制过程停工，甚至返修等严重问题。

（二）工艺规划设计

我们采用DELMIA软件来进行设计，在DELMIA的数字化工艺设计模块支持下，将产品数据导入到数字化工艺设计环境，直接使用产品数字化数据进行工艺设计，能够有效提高设计效率，保证产品数据的准确性和唯一性。工艺规划设计方法有两种：

方法一：1在数字化工艺设计模块，以设计树为基础来构建工艺树；2在数字化工艺仿真模块浏览三维装配顺序；3根据三维模拟效果，在数字化工艺仿真模块下修改工艺组件定义及装配顺序；4根据三维显示，在数字化工艺设计模块直接修改工艺组件定义。重复123步骤，直到获得满意的规划设计并记录下装配工艺设计模型。

方法二：1在数字化工艺设计模块命名工艺装配件；2在数字化仿真模块，拆分设计装配模型获得装配顺序；3在数字化工艺仿真模块，浏览三维动态装配顺序，修改并完善工艺组件定义，直到获得满意的规划设计并记录下装配工艺设计模型。

（三） 装配过程仿真及结果输出

在数字化工艺设计模块对装配过程进行实时仿真与分析，然后优化飞机零部件的装配顺序以及装配路径、装配操作姿态、工具使用方案等，检验装配工具的可达性、装配操作空间的开敞性，为产品设计、工装设计、工艺设计提供可靠的依据。数字化的装配工艺设计输出结果十分丰富，可以实现我们想象的大部分形式。可输出AVI文件，比如详细装配操作AVI文件等。还可以输出各种形式的报表，比如输出包含零件三维信息的文件等。

三、数字化工艺装配技术特点

（一）工艺设计特点

首先，数字化装配工艺设计以产品设计数据为源，在工艺设计数据的基础上，通过增加和补充工艺设计内容的方式来建立符合要求的工艺装配模型，使得工艺效率得到大大的提高，同时也保证了产品数据的前后一致性。其次，数字化装配工艺设计的工艺人员很容易能够获得相关的制造资源的详细数据，这不仅为工艺设计提供了坚强有力的支持，在很大程度上使工艺设计更加标准，更加规范，而且使工艺设计的效率大大提高，质量也得到了保证，同时也降低了制造成本。然后，二维设计与三维设计相互结合，汲取各个的优势，使工艺人员可以以多种方式完成并完善工艺设计，工艺优化简单而且有效。此外，数字化装配工艺设计有各种各样的输出形式，工艺人员不需要接受培训就可以方便地使用相关的设计数据，这将在很大程度上提高产品数据利用率，保证工作效率。

（二）过程仿真特点

装配过程仿真是当前先进产品设计的验证、优化手段。DELMIA的数字化工艺仿真系统具有优秀的特性，可以使工艺人员更直观、定性、定量的分析每个工艺设计细节，可以将以前大量的再试制过程中验证、优化的设计结果提前在计算机网络环境中模拟，这种方式不但可以提前发现问题，而且可以通过科学测量和分析手段，设计比较合理的改进方案。

比如在装配仿真过程中发现的部分工艺设计问题：1中央翼下壁板距型架地板约1350mm，操作人员很难把工具钻进中央翼里进行相关工作，为此可以在工装对称两侧分别增加一个高约800mm的活动梯，方便操作人员的进出。2操作人员需要拿着工具进入中央翼里工作，我们在仿真分析中分析得到右腿与上部躯体夹角106.53度，接近极限113度，工作环境极其恶劣，可以根据仿真结构，更改连接方式，尽最大程度的改善操作人员的工作姿态。

四、结束语

数字化装配技术在制造业中起着举足轻重的作用，是产品制造过程中的关键工序。数字化装配仿真技术有着强大的优势，可以大大缩短产品的开发时间，提高产品的生产质量，还可以降低产品生产成本，可以检验装配顺序。

近年来，科学技术与信息技术迅猛发展，传统的设计方法逐渐地被现代的科学的设计方法所取代，国内投入大量的人力物力财力进行新的设计方法的探索与研究，在机械系统中，数字化装备仿真技术的得到了广泛的应用。产品数字化制造的基本前提是数字化的工艺设计，产品设计是制造业的灵魂，只有高质量的产品设计方案，才能进行高质量、高标准的数字化制造。在我国，大力推广仿真技术应用能力建设已经成为贯彻科学发展观、建设创新型国家的迫切需要。

参考文献：

[1] 刘江省，姚英学. 数字化装配技术[J]. 兵工自动化. 2004年

[2] 周炜. 单元化装配规划关键技术研究[D]. 华东理工大学. 2011年

[3] 李云，朱理. 虚拟装配系统的技术与实现[J]. 微计算机信息. 2006年

[4] 董兴辉，童秉枢. 装配仿真关键技术的研究和实现[J]. 计算机应用. 2000年

[5] 杨东梅. 基于智能计算的虚拟装配工艺规划及相关技术研究[D]. 哈尔滨工程大学. 2010年

数字仿真技术范文第5篇

关键词：： 数字电路；实时连续仿真； 时间片分割

引言：

电路虚拟实验作为虚拟实验的组成部分，正在由以仪器仪表为测量工具的传统分析方法逐步向以计算机为工作平台的虚拟分析方法过渡，同时由于社会对网络教育的强烈需求和相关技术的快速发展，使得虚拟电路实验和远程教育日益结合，成为网络虚拟现实研究的新热点。通过对相关技术进行了可行性分析，结合多年的教学实践经验，开发了虚拟电路实验平台，系统分为客户端的用户界面层、服务器仿真引擎的数据处理层、仿真层以及客户端和仿真引擎之间的传输层。其中实时连续仿真则是在开发的过程中遇到的一个技术难点。由于实时性和多用户同时仿真的需求，系统在后台采用了分割时间片的技术，并根据电路状态的连续性，在时间片的结束点保存电路状态，在开始点重置电路状态，从而支持实时连续的远程电路实验。

一 虚拟实验的研究现状

虚拟实验分为有实验室支撑的实验模式和没有实验室支撑的实验模式。前者是一种"虚拟仪器版面一硬件设备"操作的模式。后者没有真实的实验室作为支撑，全部使用仿真技术、虚拟现实技术以及网络技术等高科技手段创造虚拟实验环境，实验者像在真实的环境中完成实验的各个环节，比前者更经济，更容易建立实验系统，也更方便实验者，是目前乃至今后的主要发展方向。电子电路虚拟实验作为虚拟实验的组成部分，也得到了快速的发展。而针对远程教学的仿真软件，或者着重于多媒体演示，功能简单，交互性差，或者没有强大的后台支持。远程教学仿真软件不能利用单机版的仿真软件，建立功能强大，交互性强，能够实时连续仿真的远程虚拟实验平台，使得远程实验教育难以得到有效发展。

二 虚拟电路实验平台的系统构架设计

要设计的"虚拟电路实验平台"系统，硬件构架采用B/S结构，用户通过装有Flash插件的浏览器与实验平台交互，搭建电路，并观察输出结果。用户信息和实验信息保存在MySql数据库中，后台的核心XSPICE仿真软件，进行仿真计算。系统的软件构架设计如下：1）界面层采用多媒体技术构造实验板及各种元器件，用来与用户交互并显示仿真结果。2）传输层通过socket传输XML格式的实验数据，实现客户端与仿真引擎的数据交换。3）数据处理层解析XML格式的用户实验操作的数据，并转换为.Cir文件所需的语法格式；构造XSPICE所需的仿真输入文件（.Cir）；分析XSPICE仿真后的输出文件（.Out），提取实验所需数据； 以XML格式封装仿真数据，准备发送。4）仿真层调用XSPICE进行仿真计算。XSPICE是一个优秀的电路仿真软件，它把Cir文件作为仿真参数文件输入，由仿真程序运算后得到仿真结果，输出到Out文件。

三 实时连续仿真技术的实现

在基于仿真的远程电路虚拟实验系统中，往往需要使用电路仿真软件，如SPICE、XSPICE等，通过它们的瞬态仿真功能获得电路输出数据，先仿真电路状态变化的全过程，再输出全部仿真结果。在电路实验中，模拟电路虚拟实验往往瞬间就可以达到稳定状态的，之后电路状态就不再变化。像这样的电路，在进行仿真的时候可以只显示电路达到稳定之后的状态，也就是只显示一次。正好符合SPICE、XSPICE等仿真软件的要求。类似的还有自动脉冲输入的数字电路。下面以接有自动脉冲输入的时序逻辑电路为例，讨论实时连续仿真技术。

1.分段仿真原理。真实情况下的实时连续仿真，实验者只要按下仿真开关，电路就会源源不断地把数据显示在界面上。但是仿真引擎使用的XSPICE并不是一个实时连续仿真软件，在使用XSPICE进行电路瞬态仿真计算的时候，必须等到XSPICE仿真结束才能得到仿真结果，进而分析显示。而XSPICE的这种功能特性与虚拟实验中所要求的连续不断地计算并显示电路输出数据，并能根据用户的交互实时作出响应是有矛盾的。为此，可以采用分段仿真的方法，即设定一仿真时间段tb，仿真引擎让XSPICE每次瞬态仿真只计算tb 时间长度的电路输出数据，然后将数据发送到客户端，客户端则按照结果数据中的时间戳在相应的时间点上改变显示输出。等到tb时间之后，客户端得到的数据显示完毕.仿真引擎再计算下一个tb 时长度的电路数据并发送给客户端。

在电路实验教学中，多数电路并不复杂，输入时钟信号的频率也不太高，因此基本可以满足这一要求。仿真引擎每次仿真一个时间片的数据，并把它传送给客户端，客户端以仿真结果中的时间戳为序，把数据保存在一个FIFO队列中，然后根据时间戳依次从队列中取出数据进行显示。当客户端发现队列中的仿真数据即将被显示完时，就发送一个队列空的请求到仿真引擎。考虑到网络传输时间和仿真程序的运行时间的消耗，客户端发送继续仿真的请求需要有一个时间上的提前量，尽量避免出现冒泡FIFO队列已空，而客户端还未收到仿真引擎的下个时间片的仿真结果，导致显示出现停顿的情况。

2.电路状态重置。由于时序电路的输出是由电路的输入和当前状态决定的，因此在进行分段仿真时，必须保存每个时间片结束时的电路状态，并在下一个时间片的仿真开始时用它来设置电路的初始状态，从而可以保持在整个仿真过程中电路状态的连续。可以把第i个时间片的t时刻的电路状态表示为：

Sit=[αφ]，i∈[i，+∞]，t=[0，tb]其中 α=[α1，α2，…，αn]T 为各触发器状态，n为电路中的触发器数，φ= [φ1，φ2，…，φm ] 为各输入时钟脉冲源的相位，m为电路中的输入源数。那么时间片i中，t时刻的电路状态与0时刻电路状态的关系是：Sit=F（Si0，t），其中F是由实验电路决定的状态变换函数。

3.用户交互。上述仿真算法中，整个仿真过程被分割成一个个时间片来分段仿真，每一个时间片的仿真结果是在认为这个时间片内没有用户交互，实验电路的结构和参数没有发生变化的情况下得到的。然而，用户有可能在一个时间片的任何时刻对实验电路进行操作，例如调整了信号发生器的信号输出频率或者幅度、按下了电路板上的按钮等。在发生了用户交互的情况下，由于电路已经发生了变化，有可能导致电路的输出也发生变化，因此这个时间片中剩余的还没有显示的数据就将成为无效数据。所以当发生用户交互时，客户端需要清空未显示的数据队列，向仿真引擎发送交互请求，并传送交互时间t1，仿真引擎根据发生交互的时间点，可以根据当前时间片的输出数据计算出t1时刻的电路状态St1i，其中i是发生交互的时间片编号。

四 结束语

由于目前流行的电路仿真软件或是不支持连续仿真和实时交互，或是不支持远程虚拟实验，为此设计并实现了实时连续仿真平台，该技术从功能上和效率上都能基本满足广大学生用户的需求，但是还存在可以改进的空间。由于该系统是网络应用软件，提高后台效率是项目下一步的工作重点。

数字仿真技术范文第6篇

关键词：模拟信号；提高；分析

1 引言

随着通信技术的发展，数字通信成为主流技术。那模拟信源提供的模拟信号如何在数字通信系统中传输呢？模拟信号要想在数字通信系统进行传输，首先需要在发送端把模拟信号数字化，即进行模数转换，然后在数字通信系统进行传输；在接收端需把数字信号还原成模拟信号，即进行数模变换。一般模数转换常采用脉冲编码调制（pcm）、差分脉冲编码调制等。

1.1 脉冲编码调制

脉冲编码调制（pulse code modulation——pcm）是典型的编码方式，通常把从模拟信号抽样、量化、直到变为二进制符号的基本过程称为pcm。

1.2 差分脉冲编码调制

pcm体制需要用64kb的速率传输1路数字信号，而传输一路模拟电话仅占用4khz带宽。相比之下，采用pcm，则数码率太高，传输pcm信号占用更大带宽。例如，对于频带为1mhz的可视电话信号进行编码，根据采样定理，采样速率 ，若每样值采用8位编码，则数码率为16mbit/s。对于电视信号，图像信号宽带为6mhz，若也采用8位编码，则数码率将达100mbit/s。为了降低数字电话信号的比特率，改进方法之一是采用预测编码方法。预测编码方法有多种，差分脉冲编码调制，简称差分脉码调制dpcm，是其中广泛应用的一种基本预测方法。

2 dpcm的simulink仿真

simulink模块库中提供了dpcm编码模块“dpcm encoder”、解码模块“dpcm decoder”等，利用这些模块构建dpcm串行传输仿真模型，如图1所示。

信号源输出200hz正弦波，经放大、dpcm编码输出，再经过并串转换得到二进制码流送入二进制对称信道。解码端信道输出经串并转换送入dpcm解码，之后输出解码结果并显示波形。改变信道错误比特率，以观察信道误码对dpcm传输的影响。当信道错误比特率为0.02时仿真结果和波形如图2所示。

由图2可知，对应于信道产生误码的位置，解码输出波形中出现的干扰脉冲，干扰脉冲的大小取决于信道中错误比特位于一个dpcm编码字串中的位置，位于高位时将导致解码值极性错误，这时引起的干扰最大，而位于低位的误码引起的干扰最轻微。

3 信道误码对语音质量影响的仿真分析

以一语音文件gdgvoice8000.wav为信号源，基于前面最佳预测器的理论来进行仿真分析。先计算一段采样率为8000hz的语音信号（文件名cdgvoice8000.wav）的最佳预测器抽头系数。给定预测器的阶数p=5。首先估计出语音信号的归一化自相关函数值rj，j=1，…，5，常用的估计方法是： 代入归一化自相关函数然后列出方程并求解即可。

3.1 构建测试模型及仿真

基于上面的原理构建一个dpcm编解码仿真系统。其中预测器为5阶fir滤波器，抽头系数设置为实例1的计算结果，被编码信号为语音文件“gdgvoice8000.wav”，量化器采用均匀量化方式，将[-1，1]上的归一化信号样值量化为n=4比特编码序列。

simulink通信库中提供了dpcm编码解码模块“dpcm encoder”和“dpcm decoder”。 dpcm解码模块的设置参数要和编码模块相对应。其输出为解码恢复信号以及量化预测误差。

dpcm编码模块的输入为被编码的样值序列，输出为量化电平序号以及相应的量化信号值，设置参数如下：预测器滤波分子分母系数响亮，一般采用fir滤波器，分母系数设置为1，分子系数可由实例所示的有话方法进行确定；量化分割电平集合；量化输出电平集合；当给定被量化的样本信号时，可以通过函数dpcmopt来计算最优化的预测器抽头系数，最佳量化分割电平以及最佳量化输出电平。

dpcm解码模块的设置参数要和编码模块相对应。其输出为解码恢复信号以及量化预测误差。dpcm编解码模块的构成细节可以通过选中模块以鼠标右键打开内部子系统来观察，其 dpcm传输误码与解码话音质量仿真模型。

设置bsc信道的误码率分别为0.1、0.01、0.001、0.0001等，执行仿真，从听到的输出音质中，发现将误码率设置在0.1，话音基本可懂，但解码输出信

中“咯咯”的噪声很严重；误码率在0.01数量级上解码噪声仍比较明显，但音质已经大为改善；误码率在0.001数量级上，解码噪声就不明显了。在dpcm电话系统中，对话音解码通常要求误码率在10-3或10-4以下，本仿真验证了该指标的合理性。但对于数据通信，对误码率要求更加严格，如果信道误码率不能满足要求，可采用纠错编码来进一步降低传输误码率。

3.2 与pcm话音解码对比分析

使用simulink中的dsp模块库的音频输入输出模块可以对真实的音频信号（文件名“gdgvoice8000.wav”）进行处理，并基于pcm编解码模块构建pcm传输误码与解码话音质量仿真模型。同样，设置bsc信道的误码率分别为0.1、0.01、0.001、0.0001等，执行仿真，从听到的输出音质中，发现将误码率设置在0.1，输出为纯噪声，相当于通信中断。若将误码率设置在0.01，解码输出信号中“咯咯”的噪声虽很严重但话音基本可懂，误码率在0.001数量级上解码噪声仍比较明显，但音质已经大为改善；误码率在0.0001数量级上，解码噪声就不明显了。

通过与前面dpcm话音进行对比，说明dpcm的抗噪声能力比pcm强。所以，尽管在无误码传输中dpcm的解码音质不如pcm强，但dpcm的抗噪声能力比pcm强，因此得到广泛应用。

4 结论

数字仿真技术范文第7篇

关键词：数字电子技术；Multisim；仿真；实践教学；理论教学

中图分类号：G431文献标识码：A文章编号文章编号：1672-7800（2013）012-0200-02

作者简介：孙利华（1979-），女，硕士，中国地质大学江城学院讲师，研究方向为电子和EDA技术。

0引言

数字电子技术是高等院校电子信息、通信、自动化类专业的一门学科基础课，实用性很强[1]。该课程的教学目标是让学生理解数字电路的工作原理与逻辑功能，掌握数字电路的分析与设计方法，最终能根据要求设计出较合理的电路。所以，该课程既包含了逻辑性强的理论又包含了很多具体实践应用环节。在讲授数字电子技术时要特别注意理论与实践教学结合，但实际教学中受实验硬件条件的限制，实验课课时安排较少或时间安排不合理，无法做到老师讲的同时让学生操作，使学生缺乏对基本原理和概念的直观认识。Multisim 软件为数字电子技术课程教学提供了一个很好的平台，可作为传统教学手段的有力补充。借助Multisim 软件对数字电路工作进行仿真演示，使理论和实践教学内容更加紧密地结合起来，既可以提高学生的学习兴趣，又能帮助学生更好地掌握数字电子技术的基本理论，为后续课程打下坚实的基础。

1Multisim10概述

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim向用户提供一个全方位功能强大的电子虚拟实验平台[2]。软件自带了型号丰富的元件库和功能齐全外形逼真的各类主流虚拟仪器，可完成对模拟电路、数字电路、单片机电路的设计与仿真调试，用户只需轻点鼠标即可观看到逼真的电路运行。该软件简单易学，利于激发学生的学习兴趣，目前已被广泛应用到各高校电子类课程的教学中，取得了良好的教学效果。

2Multisim10 在数字电子技术理论教学环节中的应用

数字电子技术理论教学目的是帮助学生掌握数字电子技术的基本概念和理论。传统教学方式采用多媒体课件加板书，学生缺乏对数字电路的直观认识，教学效果欠佳。特别是在讲授编码器、竞争与冒险、触发器等难以理解的内容时，学生会因为不理解，要么死记硬背，要么丧失学习兴趣。若引入Multisim软件进行仿真，可以帮助学生更好地理解概念。

基本RS触发器是进入时序电路学习的第一个内容，是学好时序电路的关键，但学生往往难以理解基本RS触发器的工作过程，特别是触发器“不定”的工作状态。教师可以在Multisim软件中搭建如图1所示电路，由两个与非门构成基本RS触发器[3]，借助小灯泡的亮与灭来演示RS触发器的“置1态”、“置0态”、“不变”和“不定”四种状态。其中，当R、S均置0时，触发器的输出都为1，两个灯泡都等于1，当R、S都回到1时，两只灯泡则不停地交错闪烁，可以告诉学生这就是“不定”的状态，让学生对该状态有了直观认识，帮助他们理解和记忆触发器的工作原理。

3Multisim10在数字电子技术实践教学环节中的应用

把Multisim10应用到实践教学环节中可以开展一些学校实验室因为实验设备、经费等方面原因无法开展的实验；可以避免真实实验操作可能带来的未知风险；可以提高实践环节中实物搭建电路的成功率，降低仪器和元件的损坏率。

3.1验证性实验

验证性实验一般是让学生在试验箱上验证数字电路的工作原理，以加深对基本概念的理解。试验箱上已集成好所有元器件，学生要做的工作就是根据实验指导书用导线把器件连接起来，往往是电路接了一遍，仍然不了解工作原理。若能在使用试验箱前先在Multisim

中对电路进行仿真，有助于学生理解电路的原理，不仅了解应该怎么接电路，还能知道为什么这么接。以集成计数器74LS190逻辑功能验证实验为例，可以在实验前让学生在仿真软件中搭建如图2所示电路。当把开关E置为0，F置为1时，电路实现十进制的加法计数器的功能。通过电路仿真可以帮助学生了解74LS90芯片各引脚的功能，知道每个引脚应该如何接进电路，以及共阳极和共阴极数码管的区别，还可借助如图3所示逻辑分析仪仿真结果理解74LS90的QA、QB、QC和QC与时钟信号的对应关系。教师可以把仿真软件中的电路、虚拟仪器和试验箱上的元器件、仪器结合起来讲解，可提高学生在试验箱上搭建电路的成功率，降低元件的损坏率。

3.2设计性实验

在理论教学和验证性实验之后会安排设计性实验教学环节，也就是课程设计。一般要求学生根据设计要求，利用所学过的数字电路的设计与分析方法，选择合适的芯片，搭建电路并制作出实物。例如，设计一个汽车尾灯控制电路，要求：①假设汽车尾灯部左右两侧各3个指示灯（用发光二极管模拟）；② 汽车正常运行时指示灯全灭；③右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；④左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；⑤临时刹车时，所有指示灯同时点亮。学生拿到设计题目后，可查阅资料，首先在软件中搭建出电路，如图4所示，进行仿真以检验设计是否满足题目要求，仿真结果达到要求后再利用实物焊接在实验板上。该方式既能提高学生的电路设计能力，又可激发学生的创新精神，真正达到设计性实验的目标。

4结语

教学实践证明， 将仿真软件引进数字电子技术的理论和实践教学中， 可以把抽象的理论通过软件搭建的电路形象化，许多普通高校实验室中不易接触到的仪器设备可以方便地从软件中选用， 从而增强课堂教学的直观性和生动性， 加深学生对基本概念、原理的理解[3]，提升学生学习数字电子技术的兴趣和积极性， 培养创新精神，为后续专业课学习打下坚实的基础。

参考文献参考文献：

[1]郭映.Multisim仿真软件在数字电路教学中的应用[J].计算机与现代化，2010（7）.

[2]张新喜.Multisim 10电路仿真及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[4]李若琼.Multisim在 “电工技术”教学中的应用[J].电子科技，2011，24（2）.

Application of Multisim in the Teaching of Digital Electronic Technology

英文摘要Abstract：According to the teaching characteristics that the basic theory of digital electronic technology course is boring，but has strong practicality，the Multisim simulation technology is applied to the teaching， make up for the shortcomings of the traditional teaching methods.By the application of specific circuit in the teaching the theory of digital electronic technology，validation and design experiments， elaborated the major role Multisim simulation technology plays in all aspects of digital electronic technology teaching.

数字仿真技术范文第8篇

【关键词】虚拟仿真;数字电路;课程改革;教学方法

【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)07―0147―04

一 前言

数字电子技术是计算机及通信类专业的重要的专业基础课,其中关键的环节就是培养学生的实践能力和解决问题的能力,因此,生动形象的课堂教学和全面的实验体系对教学效果和知识的应用能力有着非常重要的作用。然而,由于实验仪器的的老旧,数量有限,使得实验的开出率以及实验内容的扩展都受到限制。为顺应现代教育的发展,实施的现代化远程开放教育,将计算机虚拟仿真技术应用于数字电路教学中。其中理论教学结合多种教学方法和现代化的教育技术,将基础知识和理论形象地表现出来,有助于学生理解。课堂教学和实验教学都利用计算机虚拟仿真软件将所学理论联系实际,并加以应用,在此研究基础上提出了基于虚拟仿真技术的所有电子技术课程教学的新模式。

二 计算机虚拟仿真技术

虚拟现实(Virtual Reality)技术,简称VR,涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等多个领域。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境,可以逼真地模拟现实世界(甚至是不存在的)的事物和环境,人投入到这种环境中,立即有“亲临其境”的感觉,并可亲自操作,与虚拟环境进行交互[1]。

计算机虚拟仿真技术,是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上,利用计算机技术将仿真技术与虚拟现实技术相结合,是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器,也可以是其他的虚拟仿真系统,更多的是计算机。实体在虚拟仿真软件所提供构建的环境中相互作用,以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征,可以满足现代教育的发展需求[1]。

三 课程教学的若干问题及改革研究

对于理论教学环节,首先是教学内容陈旧。当前大中专院校所用的教材内容都是十几年前的,即便是近几年出版的教材,也只是内容的深浅不同,体系结构基本相同。比如教材中主要说明的74LS系列的芯片在目前实际应用中已经被淘汰,真正是学的没用,用的没学。现在的学生在学习中,非常关注所学知识的实用性,如果不能学以致用,就影响到学习兴趣和学习积极性。因而在课程教学中要及时更新教学内容,讲解传统芯片的同时多介绍一些现在普遍使用的芯片,当然也要根据学生学习程度,最大可能激发学生的兴趣[3]。

其次是教学方法。常用的教学方法无非就是这几种:讲授法、讨论法、谈话法、阅读指导法。根据课程的特点和教学要求,不能一成不变的套用传统的教学方法。这些方法对有些课程很有效,但是对计算机课程不一定全部适合,因此需要探索适合本课程需求的新的教学方法。笔者在教学中通常有如下几种方法:讲授法,这是传统的教学方法,教师口述基本事实、原理和推理过程。部分定理,原理及产品采用讲授法。例举法,就是以典型例题说明某个定理或元件的应用,这是本课程用的最多的一种方法。在数字电路课程中有很多芯片的实际应用,有些是针对某部分内容的很典型的例子,这些例子对于学生理解和掌握此部分知识非常有用。任务驱动法,就是教师布置一些运用某个知识点的题目,要求学生在课堂上有限的时间里做出来,并检查完成情况。这样学生对该节课所学知识从理论到应用有了一个全方位的认识,而且对每个知识点掌握得都比较透彻,这是近年来比较流行的一种教学方法,也是计算机专业课程特有的一种教学方法,对提升教学效果有显著作用。

再次是教学手段,不是单纯的使用多媒体课件,而是结合计算机专业特点引入现代化教育技术和手段,很多典型例题用计算机仿真软件在课堂验证,让学生直观形象地了解电路的工作情况,从而掌握电路或芯片的应用。

对于实验教学环节,首先是实验设备简陋。很多高校数字电路实验设备包括我校仍然使用老式实验箱,即由固定数字电路芯片搭建的实验,学生只能按实验教材设计的实验按步骤做固定的实验,实验内容都是以芯片讲解为主,目的是对芯片功能进行验证。因此学生把实验课当完成任务,实验环节没有促进教学,相反影响了教学效果。很多新的芯片不能认识和实践,使得实验教学方法与实际应用的要求严重脱节。其次在实验教学过程中,由于实验设备老化,个别元件被损坏或接触不良,导致学生实验中,出现一些问题,电路连接完全正确,但是就是得不到正确结果,结果费了很多时间去排除故障,这样做实验当然激发不了学生的兴趣,相反还会阻碍他们进一步探索。再次,由于实验条件的限制,实验项目只能停留在验证性实验层次,学生的设计能力和综合应用能力都得不到提高,利用电子电路的计算机虚拟仿真软件multisilm10就可以解决这个问题,利用这个软件可以自行设计集成电路,综合应用各种芯片,完成所有的数字电路实验[4]。在教学实施中,根据学生情况分验证性实验、设计性实验和综合性实验三个层次完成实验教学目标。

四 计算机虚拟仿真技术在课程教学中的应用

1 课堂教学中的应用

在课堂讲到门电路的工作原理或集成电路的应用时,可以现场用计算机仿真软件演示电路的工作过程,使学生更好地理解门电路的工作原理和芯片的工作情况。从而掌握电路的应用。这样,教学过程是由原理到应用,由简单到复杂,由抽象到现实,循序渐进地完成理论知识的学习。数字电路的基本单元是门电路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分对于大部分同学来说都是难点,如何突破这个难点呢?利用软件建立仿真电路,真实地展现输出电压随输入电压的变化情况,就会获得很好的效果。下面是利用仿真软件说明TTL与非门工作原理的课堂实例:

(1) Vi=0V,输入接低电平。那么Q1导通,Vb1=0.8V,Ib5

(2) Vi=3.6V,输入高电平。那么Q1的发射极电流从发射极(0.852mA)流入,从集电极流出,Q1的发射极和集电极倒置状态。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,导致Q2、Q5导通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。输出Vo=0.018V。其电路仿真如图2:

2 实验教学中的应用

大学生需要有独立的设计能力和对电子器件的综合应用能力,这就决定了本课程的实验体系应该是三个层次,在简单的验证性实验的基础上必须开设有创造性的设计性实验和综合性实验。然而实验室有限的数字电路实验箱只能做几个简单的验证性实验,无法满足设计性实验和综合性实验的设备要求。但是,利用电子电路的计算机仿真软件就可以扩展实验室,提供所需要的一切电子元件和芯片,搭建任意难度,任意复杂的电路,并验证其正确性。同时利用仿真软件的可配置性,配合适当的电路可做出多种不同的应用。在实验课程中,提前给出了三种实验的一些题目和内容,要求验证性实验必须都完成,设计性实验可选做一至两个,综合性实验选做一个。下面简要说明学生利用仿真软件选做的数字电子钟逻辑电路的设计实例。

要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟,选用器材主要有:安装有仿真软件的计算机若干台,集成电路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、电阻、电容若干,数码显示管,三极管、开关若干。

提示设计方案,包括数字电子钟的电路框图和四个主要模块的实现细节,学生依据电路框图和提示信息设计逻辑电路图,并将其在虚拟实验环境中用仿真电路实现。下面给出数字电子钟的电路框图。

篇幅所限,参考电路就不给出,但是通过这个实例可以看出虚拟仿真技术在课程实验中的重要作用。不但节省很多设备购置费用,不受地点和环境的限制,而且和真实实验具有相同的效果。既然如此,为什么不广泛应用呢?

五 总结

论文对数字电子技术课程教学提出很多问题,在实际的教学实践中对这些问题进行了探索,将计算机虚拟仿真技术引入教学中,采用现代化教育手段进行课程改革。课堂教学提出了很多适合本课程并行之有效的教学方法,重要电路工作情况的计算机仿真演示,部分例题的计算机仿真验证,增强其直观性和真实性,加强学生的理解。实验教学也利用计算机仿真软件,采用虚拟实验和真实实验相结合的方式,扩充建立了虚拟实验室,扩展了实验内容,在无需花费很大代价的情况下,满足了设计性实验和综合性实验的条件,从而完成三个层次实验体系的建设。在本文的研究基础上,可将虚拟仿真技术推广应用到所有电子技术课程教学中,引发电子技术课程改革的新局面。

参考文献

[1] 吕,邓春健等.利用EDA技术全面改进数字电路课程教学[J].福建电脑,2008,(6).

[2] 刘静,边晓娜等.基于EDA平台的虚拟电子实验研究与实践[J].计算机教育,2007,(7).

[3] 黄培根等著.multisim 10 计算机虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社,2008.

[4] 黄荻.融入EDA技术,深入数字电路课程改革[J].中国现代教育装备,2008,(2).

[5] 江晓安等编著.数字电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.

[6] 房建东,李巴津等.关于改进电子技术相关课程教学的思考[J].内蒙古工业大学学报(社会科学版),2004,(1).

[7] 张丹,安向明等.EDA技术在数字电路实验教学中的应用[J].电脑学习,2009,(6).

数字仿真技术范文第9篇

【关键词】 Multisim11 虚拟仿真 数字电子技术 电子设计 辅助教学

1 引言

数字电子技术是高等职业院校电类相关专业的一门应用性较强的专业基础课，该课程主要是培养学生数字电子技术方面的基本知识和基本技能，培养学生分析、解决数字电子技术相关的问题的能力。在以往的教学过程中，理论抽象不够直观，学生难以理解掌握，影响了自主学习积极性。而一般的多媒体教学也难以从本质上改变这种状态。随着计算机虚拟仿真技术的发展，在课堂和实践教学中充分利用计算机仿真平台将数字电子技术中枯燥抽象的理论教学以仿真动画、波形、指示灯等形式直观、生动的表现出来，使“数字电子技术”的教学内容形象化。课堂教学不再局限与理论讲解，而是与仿真实践紧密结合在一起，既丰富了教学内容，又帮助学生更好的掌握所学的知识点，激发学生的学习兴趣和自主学习积极性，进一步提高了课堂教学效果。

2 Multisim简介

Multisim是美国NI（国家仪器）公司开发的Electronics Workbench EDA（简称EWB）仿真软件，是早期EWB等版本的升级换代产品。该软件基于PC平台采用图形操作界面虚拟仿真了一个与实际情况及其相似的电子电路实验工作台，它几乎可以完成在实验室进行的所有的电子电路实验，已被广泛地应用于电子电路分析、设计、仿真等工作中，是目前世界上最为流行的EDA软件之一，已被广泛应用于国内外的教育界和电子技术界。

3 Multisim虚拟仿真在数字电子技术教学中的应用

3.1 数字电子技术课程教学现状

3.1.1 理论教学过程中“理论联系实践”有待加强

在以往的理论教学中，老师在黑板上一味灌输知识那种填鸭式的教学，在教学过程中教师往往很难充分调动学生的学习主动性，按照传统的教法，往往大半学期过去了，不少学生只知道各种数字器件的名称和内部电路原理，但不清楚学了有什么用，更不知道如何将这些器件组成所需的数字电子系统；又或者碰到非常抽象知识点，课堂教学总是难以直观讲解，学生对此类问题总是难以理解和掌握。这是因为教学中缺乏一个“展示”的平台， 这里的“学”也仅仅是学会老师所教的知识， 而更重要的学习的方法、自主学习的能力的培养却存在一定程度的缺失。

而在数字电子技术实践教学中，传统的教学方法是要求学生完成某些验证性实验，其内容、步骤等都是安排好的， 学生只要按照教师安排的顺序就能顺利完成实验。也许有学生有新颖的思路，但因受实验设备器件等限制也无法将想法实现。这样更进一步的限制了学生的设计性思维和创新精神的培养，学生分析问题、解决问题的能力难以提高。

3.1.2 课程设计时学生的设计思想很难达成

在传统数字电子技术设计时，要耗费大部份时间来分析和构建电路，然后用相应的仪器进行测量，这样设计耗时较长、效率较低，而且一旦出错，往往要重新更换元器件，参数修改也不方便，不利于设计者设计思路的延伸。因此数字电子技术课程改革以课堂和教师为中心的传统教学组织形式， 根据高职数字电子技术教学的特点，在教学过程中引入Multisim软件，把学生的理论学习、实践能力培养和综合素质提高紧密结合起来。

3.2 模型搭建及电路仿真

在组合逻辑电路中，由于输入信号传输到输出端路径和时间的不同，存在竞争，在输出端可能会出现不应有的干扰窄脉冲，产生冒险。该知识点相对抽象，学生往往难以领会。下面我们通过在课程教学中引入Multisim进行仿真分析：

3.2.1 竞争冒险现象分析

在Multisim11仿真平台中，搭建如图1（a）所示仿真电路，观测示波器测试该电路是否存在竞争冒险现象。首先用代数法写出该电路的逻辑表达式：。

由表达式可以看出，变量A具有竞争能力，当B=1时，，电路会产生负干扰脉冲，存在冒险。用示波器观测输出波形，输出信号确实存在明显的竞争冒险现象的输出信号波形，如图1（b）所示。

3.2.2 消除冒险

（1）修改逻辑设计，增加冗余项。理论分析：修改逻辑设计，增加一个冗余项B，使，则即没有改变原逻辑关系，又消除了竞争？冒险现象。根据理论分析结果在仿真平台中修改电路，如图2（a）所示。用示波器观测，经过改进后的电路输出信号消除了竞争冒险现象的输出信号波形，如图2（b）所示。

（2）输出端接入滤波电容。根据理论分析，由于竞争？冒险所产生的毛刺脉冲宽度很窄，因此在对输出信号波形边沿要求不高的情况下，可以在逻辑电路的输出端（或级间）接入一个不大的滤波电容，以滤除产生冒险的窄干扰脉冲。我们在如图1（a）中的输出端并上电容C1（图中R1为逻辑电路的等效输出电阻），R1、C1量值的选取需经调试确定。在输出端接入滤波电容后的仿真电路，如图3（a）所示。此时再用示波器观测，输出端信号果然消除了竞争冒险现象的输出信号波形，如图3（b）所示。

4 结语

通过Multisim仿真平台，既能克服因仪器设备、耗材损耗等因素的限制，许多试验不能进行的困难，又可针对不同目的（验证、测试、设计、纠错和创新等）进行训练，培养学生分析、应用和设计的能力。基于Multisim的虚拟仿真系统也有利于教师不断改进教学内容，提高教学效果，使学生在掌握基础知识外，能更有效地发挥其自主学习能力，开发了学生的创新潜力。但它只能辅助数字电路教学，而不能完全代替理论和实验教学，还需要在今后的实际教学中扬长避短，不断完善。

参考文献：

[1]杨春玲主编.数字电子技术基础.高等教育出版社，2011.

数字仿真技术范文第10篇

关键词：数字化仿真；卓越计划；机械原理；创新能力

作者简介：李杰（1979-），男，河北石家庄人，石家庄铁道大学机械工程学院，讲师；范晓珂（1972-），女，河北石家庄人，石家庄铁道大学机械工程学院，副教授。（河北 石家庄 050043）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0083-02

“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是高等院校贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的一项重大改革项目，其目的在于培养造就一大批具有较强创新能力、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家工业的转型升级、建设创新型国家和人才强国战略服务。该项目的实施将促进高等教育面向社会需求培养人才，对全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。[1]2011年，石家庄铁道大学被教育部批准成为第二批133所“卓越工程师教育培养计划”培养高校之一。“机械原理”课程作为机械工程类的专业基础课程，是石家庄铁道大学（以下简称“我校”）机械设计制造及其自动化专业、车辆工程专业、“茅以升”试验班和“卓越”班的必修课程，占有重要的地位。由于学生人数的增加和新课程的开设，“机械原理”计划学时不断被压缩，而教学内容却不断补充，传统的教学模式很难满足“卓越计划”的要求，很难培养具有创新意识、创新能力的高素质人才。[2]因此，利用数字化仿真技术改善“机械原理”以往传统的教学与实验存在的问题，提高学生的创新能力，培养学生成为具有工程思维的实用型与创新型人才，适应“卓越计划”的发展具有重要的意义。

一、课程教学内容与安排

“机械原理”的课程内容主要有：机械的结构分析、机构的运动和力分析、机械的效率、自锁与平衡、各种常用机构的设计和机械系统的方案设计等内容，共64学时，讲授54课时，实验8学时，“机械原理”课程设计1周。讲授的内容中，主要重点介绍机械的结构分析、机构的运动和力分析、机械的效率、自锁与平衡、常用机构的特点及其设计，其中包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系和其他的常用机构等；[3]机械系统的方案设计内容结合课程设计时完成；实验安排主要针对一些机构的验证、设计与综合，旨在提高学生的动手能力和对机构进行创新设计的能力。但是，由于课时限制，该课程所设置的实验只能完成4个，很难满足“卓越计划”的要求，不利于培养学生的实践能力和创新能力。

二、教学方式的改革

数字化仿真技术是近几年发展起来的一种先进的机械设计方法，它是指将计算机仿真技术应用于产品设计领域，利用计算机分析软件通过建模可对该机构进行运动模拟，对机构及整机进行运动仿真。数字化仿真技术在“机械原理”教学中的应用，不仅可以使得学生对机械原理中的各种机构有感性的认识，而且通过对各种机构的仿真模拟可以使得学生对各种机构的运动与动力特性有直观的了解，有利于培养学生的创新能力。[4]笔者将数字化仿真技术引入到“机械原理”教学中，下面以连杆机构为例，介绍在连杆机构教学中应用数字化仿真技术的一些体会。

1.理论教学的改革

在连杆机构的教学中，连杆机构的基本形式为铰链四杆机构，其三种基本形式分别为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构，当一个铰链四杆机构为曲柄摇杆机构时，通过机构的倒置则可以得到双曲柄机构和双摇杆机构。

在教学过程中，利用数字化仿真软件建立曲柄摇杆机构的数字化模型，按照要求对各相关参数进行设置，其中包括：各杆长度、质量、电机转速、力矩大小等。如图1所示，在四杆机构中各杆分别以转动副相连，分别为A、B、C、D；各杆杆长分别为280mm、520mm、500mm、720mm，然后对杆4固定，杆1为曲柄，在转动副A上加力矩，其数字化模型如图1所示。通过运动仿真对曲柄摇杆机构进行相应的运动分析。[5]曲柄摇杆机构的运动分析如图2所示。

在教学过程中，图1能够清晰演示四杆机构的运动画面，其中曲柄以等角速度转动，摇杆则在一定角度范围内摆动。从图2的角速度图中可以看出曲柄转速为30°/S，而摇杆的摆角为0°～30°。

在曲柄摇杆机构中其他参数保持不变的前提下，只改变曲柄摇杆机构的机架，取原来的杆件1为机架，杆件2为曲柄，对机构进行运动仿真，可以看出，通过改变机架后，原来的曲柄摇杆机构变为了双曲柄机构。双曲柄机构的运动分析如图3所示。

在教学过程中，利用数字化仿真技术学生能够直观看出此时两个曲柄都在做整周的回转运动。从图3中的角速度图中可以看出主动曲柄转速为30°/S，而从动曲柄的转速为不等速连续回转，范围在15°/S～65°/S之间。

最后，在曲柄摇杆机构中，取原来的摇杆3为机架，杆4为曲柄，在其他参数保持不变的前提下对机构进行运动仿真，可以看出，通过改变机架后，原来的曲柄摇杆机构变为了双摇杆机构。双曲柄机构的运动分析如图4所示。

图4的动画演示中能够看出，两个摇杆都不能在整周范围内转动，都在一定范围内做往复摆动，从图4中的角速度图中可以看出主动曲柄摇杆转速为30°/S，而从动摇杆的转速为不等速摆动，范围在0°/S～35°/S之间。

在课堂教学过程中，通过四杆机构的数字化仿真能够使学生在较短的时间内对机构的倒置有清晰的认识，同时提高了学生对计算机应用的兴趣和创新能力。

2.实验教学的改革

由于课时的限制，“机械原理”课程实验共有四次，具体安排如表1所示。

由表1看出：“卓越”班的实验教学比较少，不能够满足学生创新能力和实践能力培养的需求。在实验教学过程中，可以利用数字化仿真技术进行有效的弥补，同时也可以对以上实验进行虚拟验证。在实验2机构运动方案创新设计实验教学过程中，可以先让学生根据实验台搭建不同的机构，分析机构的运动过程，并绘制机构的运动简图，课下让学生通过计算机根据所绘制的机构运动简图建立所搭建的机构模型，进行数字化仿真模拟，直观形象地模拟实际搭建机构的运动过程。而对于实验3机构运动参数测量与分析实验，事先让学生在计算机上对机构进行数字化仿真，测量出机构的位移、速度和加速度曲线，然后再与实验测量的曲线进行相应的比较。对于实验中没有的内容，也可以通过对机构的数字化仿真来培养学生的计算机应用能力和机械创新设计的能力。

三、教学效果

通过数字化仿真技术在“机械原理”课程中的应用，在理论教学过程中对所讲授知识可以实时地进行虚拟仿真，有效改变传统理论教学加实验教学的方法，节省课时。在实验教学中，通过数字化仿真技术和实验相结合大大提高了学生对实验的兴趣，提高了学生的计算机应用能力，同时也培养了学生的机械创新设计意识。

四、结束语

通过教学实践表明，将数字化仿真技术引入到“机械原理”教学中具有较大的新颖性，促进了学生对“机械原理”课程基本理论的理解，实现了教学方法的创新。

新的教学方法能够调动学生学习的积极性，在教学过程中学生能够变被动接受为主动思考，通过对不同的方案进行实时仿真，能够激发学生的创新意识，提高分析问题、解决问题的能力。

数字化仿真技术在本门课程中的应用锻炼了学生将理论知识与实际应用相结合的能力，同时也提高了学生的创新能力。这种教学模式的探索为其他工程类专业基础课程适应“卓越工程师培养计划”的教学改革提供了借鉴经验。

参考文献：

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