基于电路仿真技术的教学训练系统设计与实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路、故障仿真系统的教学训练方法，具体涉及一种基于电路仿真技术的教学训练系统设计与实现方法。
【背景技术】
[0002]随着以信息化为标志的新军事变革的迅猛发展，高技术、新概念武器层出不穷，战争模式发生了重大变化，作战进程加快、作战反应时间缩短，对作战人员的能力、素质，对部队的战术素养、协同能力都提出了更高的要求。以模拟仿真技术为核心的训练系统，得到各国军队的普遍重视和应用。
[0003]仿真训练以其代价低、效益高等独特优势日益成为国内外竞相发展的重要军事训练手段。电路仿真是仿真技术的重要分支之一，该技术以计算机硬件和系统软件为基本工作平台，利用电路、图论与拓扑逻辑和优化理论等新科技成果，在电路系统研究和设计时，利用计算机进行设计、分析、仿真和制造等工作，将电子系统工作原理复现，进而快速、准确地判断电子系统工作状态。除了电子电路的设计应用，将电子电路计算机仿真技术应用于建立实验平台进行教学及训练也是其重要应用。利用电子电路仿真技术对电子装备进行仿真，并将仿真结果整合到软件系统中以支持维护训练，一方面可减少对实际装备的依赖，满足大规模的培训训练要求，另一方面通过电子电路仿真技术，使培训延伸到装备的电路层面，可以深化培训内容，提高培训效果，该项技术是解决教学及训练的可行方案。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明提供一种基于电路仿真技术的教学训练系统设计与实现方法，一方面可减少对实际装备的依赖，满足大规模的培训训练要求，另一方面通过电子电路仿真技术，使培训延伸到装备的电路层面，可以深化培训内容，提高培训效果。
[0005]技术方案:一种基于电路仿真技术的教学训练系统设计，电路仿真系统采用分层结构，由低到高依次分为数据层、执行层、功能层和应用层；
[0006]数据层是系统运行的基础，主要包括电路仿真数据库、接口数据库和参数数据库，为电路仿真运算、软硬件接口和故障设置等提供原始数据；
[0007]执行层是整个系统的核心，该层利用数据层提供的电路仿真数据实现接口元件、普通元件和复杂部件的电气仿真，是电路仿真算法的核心部分；
[0008]功能层是各项功能的具体化，该层依据执行层运算所得到的各类数据，实现系统所需的通信、电路扫描和故障的设置恢复功能；
[0009]应用层是以数据层、执行层、功能层为基础所建立起来的上层建筑，该层通过调用功能层的功能模块为用户提供人机交互接口，可监视故障数据和操作数据，动态显示电路图，是整个系统最直观的表现形式。
[0010]—种基于电路仿真技术的教学训练系统设计的实现方法，包括五个步骤:
[0011]步骤I，收集、整理实际装备的电路图图纸，了解电路图中各元器件和连接关系，掌握基本工作原理；
[0012]步骤2，建立电路仿真模型，它是整个仿真工作的基础，完成从软件模型库中取出电容、电阻、电感、集成芯片等仿真模型工作，正确绘制所需要的仿真电路；
[0013]步骤3，设置仿真类型是电路仿真分析的关键步骤，能否进行仿真分析和能否得到直观的仿真结果与仿真类型和参数的设置有着密切的关系，主要完成直流分析、交流分析、噪声分析、温度扫描分析等类型的指定和分析参数的设置；
[0014]步骤4，运行仿真是任务的主体，完成仿真模型到仿真结果的转换；
[0015]步骤5，分析仿真结果可利用软件提供的数据显示和统计分析等功能，将仿真或经过分析后的波形进行直观的展示，再根据这些波形确定下一步的仿真或研制工作。
[0016]具体地，步骤2中建立电路仿真模型包含以下步骤:
[0017]步骤2-1，配置电路仿真图:绘制仿真电路原理图的编辑环境与绘制电路原理图的编辑环境相同；
[0018]步骤2-2，设置仿真元器件参数:
[0019]步骤2-3，解析存放电路信息的文件，将信息导入仿真电路数据库中；
[0020]步骤2-4，放置电源和仿真激励源:
[0021]步骤2-5，选择测试点并放置网络标签；
[0022]步骤2-6，对电路进行ERC校验。
[0023]具体地，所述应用层可监视故障数据，具体为，利用电路信息导入程序将显示电路图所需的信息导入到XML文档中；采用Flash CS编码读取XML文件，绘制电路图，并将Flash生成的可执行文件嵌入到VC中；通过VC与Flash文件通信，实现电路图的动态显示，可准确直观地在电路图上设置，查看故障信息。
[0024]有益效果:与现有技术相比，本发明的优点在于:采用VC++内嵌Flash设计方案，实现电路图的动态显示，并可准确直观地在电路图上设置并查看故障信息；利用电路仿真技术对电子设备进行仿真，将仿真结果整合到软件系统之中以支持维护训练，一方面可减少对实际装备的依赖，满足大规模的培训训练要求，另一方面通过电子电路仿真技术，使培训延伸到装备的电路层面，可以深化培训内容，提高培训效果。
【附图说明】
[0025]图1是电路仿真系统设计思路图；
[0026]图2是电路原理图；
[0027]图3是电路仿真设计的基本步骤图；
[0028]图4是电路仿真结果图；
[0029]图5是VC++与Flash交互图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明。
[0031]如图1所示，一种基于电路仿真技术的教学训练系统设计与实现方法，电路仿真系统采用分层结构，由低到高分为四层，即数据层、执行层、功能层和应用层；
[0032]数据层:是系统运行的基础，主要包括仿真电路数据库、接口数据库和参数数据库，为电路仿真运算、软硬件接口和故障设置等提供原始数据。
[0033]执行层:是整个系统的核心，该层利用数据层提供的仿真电路数据实现接口元件、普通元件和复杂部件的电气仿真，是仿真电路算法的核心部分。
[0034]功能层:是各项功能的具体化，该层依据执行层运算所得到的各类数据，实现系统所需的通信、电路扫描和故障的设置恢复功能。
[0035]应用层:是以数据层、执行层、功能层为基础所建立起来的上层建筑，该层通过调用功能层的功能模块为用户提供人机交互接口，能用于监视故障数据和操作数据，动态显示电路图，是整个系统最直观的表现形式。
[0036]系统采用面向对象的实现方式，在分层结构的基础上进一步细化，将各项具体功能分别封装成块，每个功能模块仅实现较为单一的功能。层与层之间、模块与模块之间通过规范的数据格式进行信息交换和网络通信，从而将四层结构中的功能模块组成一个有机的整体。
[0037]分层结构层次清晰，关系明确，有效的将原始数据、功能模块和人机接口分离开来，使系统呈现松耦合的态势。面向对象的实现方式将各功能模块进行封装，利用消息响应和网络通信机制进行数据传递，进一步降低了系统耦合度，不仅有利于系统的实现，而且为以后的功能完善、扩展和移植提供了方便。以图2所示的简单电路为例，通过电路仿真可知Vin、Vout、流经Cl和Rl上的瞬态电流，根据仿真结果可对电路原理图进行改进。也可通过开路、短路等故障信息的设置，培养学员实际操作和排除故障能力。图1的数据层中存储电阻、电容的属性信息，执行层对C1、R1进行状态检测，功能层进行电路运算、仿真并可设置电路故障，应用层中查看电路的仿真结果和故障数据。
[0038]—种基于电路仿真技术的教学训练系统设计的实现方法，包括五个步骤:
[0039]各种仿真软件在界面、操作、仿真设置、结果显示等方面存在较大差异，但电路仿真的步骤基本类似，主要分为五个步骤，如图3所示，
[0040]步骤I，收集、整理实际装备的电路图图纸，了解电路图中各元器件和连接关系，掌握基本工作原理；
[0041]步骤2，建立电路仿真模型，它是整个仿真工作的基础，完成从软件模型库中取出电容、电阻、电感、集成芯片等仿真模型工作，正确绘制所需要的仿真电路。主要包含以下几个方面:
[0042]步骤2-1，配置仿真电路图:电路仿真原理图的绘制是电路仿真过程中最基本的步骤，绘制仿真电路原理图的编辑环境与绘制电路原理图的编辑环境是完全相同的；
[0043]步骤2-2，设置仿真元器件参数:为了能够正确执行仿真分析，必须对仿真原理图中的各个元器件的仿真信息进行规范性的设置，使得仿真模型与实物模型相互关联；
[0044]步骤2-3，解析存放电路信息的文件，将信息导入仿真电路数据库中；
[0045]步骤2-4，放置电源和仿真激励源:电路电源是整个电路工作的整个过程必须提供的电源，它的作用是为整个电路提供稳定的能源；电路仿真激励源是为了检验电路的某些电气特性外加的测试信号，是整个电路中的一个噪声源；
[0046]步骤2-5，选择测试点并放置网络标签:系统默认给出所有元器件两端的电压、流过它的电流及消耗的功率，对于电路中节点位置的标识并不明确。因此，用户可在需要观测的电路关键位置添加明确的网络标签，便于直观的查看仿真结果；
[0047]步骤2-6，对电路进行ERC校验:进行电路仿真前必须对仿真原理图进行ERC校验，从而确保仿真电路的正确性。
[0048]步骤3，设置仿真类型是电路仿真分析的关键步骤，能否进行仿真分析和能否得到直观的仿真结果与仿真类型和参数的设置有着密切的关系，主要完成直流分析、交流分析、噪声分析、温度扫描分析等类型的指定和分析参数的设置；
[0049]步骤4，运行仿真是任务的主体，完成仿真模型到仿真结果的转换；
[0050]步骤5，分析仿真结果可利用软件提供的数据显示和统计分析等功能，将仿真或经过分析后的波形进行直观的展示，设计者可根据这些波形确定下一步的仿真或研制工作。[0051 ]本发明利用了 Al t ium DeSigner的电路绘制、仿真及信息导出功能，对图2所示的简单电路进行电路仿真，仿真结果如图4所示。
[0052]经电路图分析可知，&一开始接电后相当于短路，Vciut = O。在通电过程中，由于C1、Ri分压，导致流经&a