一种基于半实物仿真的电子技术课程演示系统的制作方法

本发明涉及教学领域，特别是一种基于半实物仿真的电子技术课程演示系统。

背景技术：

“电子技术基础”课程包括理论教学和实验教学，理论教学是教师采用多种教学方法和教学手段使学生理解并掌握电子技术方面的经典基础理论知识，实验教学是连接知识与实践、并使理论知识联系实际的重要手段。

目前关于“电子技术基础”教学方法改革较多，比如项目教学法、理实一体化教学法、行为导向教学法、案例教学法、仿真软件教学法等。这些方法与传统的教学方法相比，有一定的优越性，在一定程度上提高了教学效果。

仿真软件教学法，即用EWB、Multisim等EDA仿真软件，把实验现象带入课堂。课堂上可以随时仿真各种电子电路，根据需要改变参数，使实验结果多次重现，学生也可以自己动手，通过实验得到结果，进行理论验证。在理论课堂上引入仿真实验，能帮助理解和巩固理论知识，达到较好的教学效果。但是，利用仿真软件演示实验现象时，电路还是虚拟的，与实际电路还存在一定的差距。

在传统电子技术实验，实验环境需要实验箱(实物电路板)、信号源、示波器、万用表等硬件设备，任何电子技术理论最终都需要由实际元件组建电路，通过输入信号并在示波器观察实验现象来验证和实现。如果要在理论课堂上实时演示实验现象，则需要这些实验仪器。但是仪器较大，携带不变。目前，电子技术课程实现电子技术实验现象演示的方式主要有以下方式：

(1)实验箱+信号源仪器+示波器仪器。其中一般多个实验集成在一个实验箱内，实验箱一般有变压器能转换成实验所需的电源电压，实验需要的信号一般由信号源仪器产生，实验产生的信号由示波器仪器显示。一般情况下，实验在专用实验室进行，设备多，仪器大，目前在演示系统中常常采用的实验教学模式。

(2)实验模块电路+虚拟示波器。虚拟示波器包含数据采集器、电脑、虚拟仪器软件，数据采集器对输入的模拟信号信号调理、模数转换、必要时对数据进行缓存；电脑是广泛普及的常用工具，具有强大的人机交互资源，包括大屏幕显示、鼠标操作、键盘操作、触摸屏操作、声音操作等和强大的计算能力，包括一个或多个高速CPU、海量的存储空间包括硬盘、网盘和内存等；虚拟仪器软件建立在电脑强大的计算资源和人机交互资源之上，对采集到的数据进行处理、分析、显示，并为用户提供人机交互界面。与传统独立示波器相比，虚拟示波器具有硬件上的价格优势，主要是因为电脑是大众产品，尽管功能强大，但由于市面上每年数十级太的销售及广泛的竞争，价格非常便宜。使用虚拟示波器需要购买专业数据采集卡和配套的专业软件，此种方式实现代价很高，需教改经费支持。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是演示电路的设备携带不方便、费用高，提供一种演示逼真、携带方便、费用低廉的基于半实物仿真的电子技术课程演示系统。

为解决上述问题，本发明一种基于半实物仿真的电子技术课程演示系统，该演示系统包括：辅助软件、计算机、声卡、电路板模块、直流电源模块，其中声卡联接计算机和电路板模块，辅助软件安装在计算机上，一条音频线连接计算机的line out接口和电路板模块的输入端，主要起到信号的输出作用，需要测试计算机line out接口的输出阻抗和电路板的输入阻抗，通过适当增加衰减器，使得两者之间的阻抗匹配；另一条音频线连接电路板模块的输出端和计算机的line in接口，主要起到信号的输入作用，需要测试电路板的输出阻抗和计算机line in接口的输入阻抗，通过适当地增加电压跟随器，使得两者之间的阻抗匹配；辅助软件产生的波形通过计算机的line out接口将波形输出；电路板模块的输出波形通过计算机的line in接口传送到计算机的辅助软件上进行显示；直流电源模块主要为电路板模块供电。

在上述的基于半实物仿真的电子技术课程演示系统中：辅助软件主要是构建波形产生模块和波形显示模块，承担了信号产生和信号显示的功能；声卡主要起到数据采集卡的功能，承担数据采集功能；计算机是作为仿真平台提供信号源和输出显示端；通过计算机的line out接口将辅助软件产生的波形输出，此波形作为电路板模块的信号源；电路板模块的输出波形通过计算机的line in接口传送到计算机的辅助软件上进行显示。

声卡是具有44K的数据采集频率的普通声卡。

由于普通声卡具有16位的量化精度、44K的数据采集频率，完全可以满足电子技术基础低频信号的产生和信号的采集。声卡是计算机自带的声卡，数据采集频率固定，目前一般为44K，随着科技发展，以后可能会更高。

优选地，辅助软件为Labview软件。

优选地，辅助软件为VC++软件。能实现信号产生和信号显示的软件都可以作为辅助软件。

进一步地，直流电源模块也可以替换为干电池。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点：

(1)利用声卡作为数据采集，不用单独购置数据采集卡，成本很低，并且可实时进行电路波形的采集；

(2)辅助软件既能产生波形，也能显示波形，相当于集成了信号源设备和示波器设备；

(3)半实物仿真教学法，打破了传统实验演示中时间和空间的限制，同时又能充分发挥仿真软件的优势，在理论讲授中实时展示难以理解的电路现象；

(4)演示系统成本低，易于携带；

(5)克服了单纯软件仿真的不够直观性，又易于在课堂上进行演示，把单纯的理论讲解转换成理论分析和实际电路演示，增加了课堂教学的多样性，能够激发学生学习兴趣，教学效果好，具有很好的适用性和推广价值。

附图说明

图1是本发明一种基于半实物仿真的电子技术课程演示系统的结构示意图。

图2是本发明一种基于半实物仿真的电子技术课程演示系统在静态工作点应用中的Labview辅助软件生成的固定偏置电路的输入信号。

图3是本发明一种基于半实物仿真的电子技术课程演示系统在静态工作点应用中的固定偏置电路经电路模板作用后的输出信号。

图4是本发明一种基于半实物仿真的电子技术课程演示系统在静态工作点应用中的Labview辅助软件生成的分压式偏置电路的输入信号。

图5是本发明一种基于半实物仿真的电子技术课程演示系统在静态工作点应用中的分压式偏置电路经电路模板作用后的输出信号。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

静态工作点的稳定问题是电子技术基础课程中重要内容，在理论讲授时，“为什么要设置静态工作点”以及“稳定静态工作点的作用”这两部分内容是难点。图1是一种基于半实物仿真的电子技术课程演示系统的结构示意图。该演示系统包括Labview辅助软件、计算机、声卡、电路板模块、直流电源模块，Labview辅助软件安装在计算机上，Labview辅助软件主要是构建波形产生模块和波形显示模块，承担了信号产生和信号显示的功能；声卡联接计算机和电路板模块，声卡主要起到数据采集卡的功能，承担数据采集功能；计算机是作为仿真平台提供信号源和输出显示端；一条音频线连接计算机的line out接口和电路板模块的输入端，主要起到信号的输出作用，需要测试计算机line out接口的输出阻抗和电路板的输入阻抗，通过适当地增加衰减器，使得两者之间的阻抗匹配；另一条音频线连接电路板模块的输出端和计算机的line in接口，主要起到信号的输入作用，需要测试电路板的输出阻抗和计算机line in接口的输入阻抗，通过适当地增加电压跟随器，使得两者之间的阻抗匹配；Labview辅助软件产生的波形通过计算机的line out接口将波形输出；电路板模块的输出波形通过计算机的line in接口传送到计算机的Labview辅助软件上进行显示。

图2是本发明的Labview辅助软件生成的固定偏置电路的输入信号，其输入信号经过处理通过计算机的line out接口将波形输出，作为电路板模块的输入信号，经过电路板模块作用形成输出信号，此信号通过计算机的line in接口在Labview辅助软件显示，如图3所示。

图4是本发明的Labview辅助软件生成的分压式偏置电路的输入信号，其输入信号经过处理通过计算机的line out接口将波形输出，作为电路板模块的输入信号，经过电路板模块作用形成输出信号，此信号通过计算机的line in接口在Labview辅助软件显示，如图5所示。分压式偏置电路的性能比固定偏置电路的性能要好，图3和图5都可以反映出温度变化时候的实物信号真实图。