本發(fā)明涉及教學(xué)領(lǐng)域，特別是一種基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程包括理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，理論教學(xué)是教師采用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段使學(xué)生理解并掌握電子技術(shù)方面的經(jīng)典基礎(chǔ)理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是連接知識(shí)與實(shí)踐、并使理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際的重要手段。

目前關(guān)于“電子技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)方法改革較多，比如項(xiàng)目教學(xué)法、理實(shí)一體化教學(xué)法、行為導(dǎo)向教學(xué)法、案例教學(xué)法、仿真軟件教學(xué)法等。這些方法與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，有一定的優(yōu)越性，在一定程度上提高了教學(xué)效果。

仿真軟件教學(xué)法，即用EWB、Multisim等EDA仿真軟件，把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象帶入課堂。課堂上可以隨時(shí)仿真各種電子電路，根據(jù)需要改變參數(shù)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果多次重現(xiàn)，學(xué)生也可以自己動(dòng)手，通過實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果，進(jìn)行理論驗(yàn)證。在理論課堂上引入仿真實(shí)驗(yàn)，能幫助理解和鞏固理論知識(shí)，達(dá)到較好的教學(xué)效果。但是，利用仿真軟件演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，電路還是虛擬的，與實(shí)際電路還存在一定的差距。

在傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要實(shí)驗(yàn)箱(實(shí)物電路板)、信號(hào)源、示波器、萬用表等硬件設(shè)備，任何電子技術(shù)理論最終都需要由實(shí)際元件組建電路，通過輸入信號(hào)并在示波器觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)。如果要在理論課堂上實(shí)時(shí)演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，則需要這些實(shí)驗(yàn)儀器。但是儀器較大，攜帶不變。目前，電子技術(shù)課程實(shí)現(xiàn)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示的方式主要有以下方式：

(1)實(shí)驗(yàn)箱+信號(hào)源儀器+示波器儀器。其中一般多個(gè)實(shí)驗(yàn)集成在一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，實(shí)驗(yàn)箱一般有變壓器能轉(zhuǎn)換成實(shí)驗(yàn)所需的電源電壓，實(shí)驗(yàn)需要的信號(hào)一般由信號(hào)源儀器產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的信號(hào)由示波器儀器顯示。一般情況下，實(shí)驗(yàn)在專用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，設(shè)備多，儀器大，目前在演示系統(tǒng)中常常采用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

(2)實(shí)驗(yàn)?zāi)K電路+虛擬示波器。虛擬示波器包含數(shù)據(jù)采集器、電腦、虛擬儀器軟件，數(shù)據(jù)采集器對(duì)輸入的模擬信號(hào)信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、必要時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；電腦是廣泛普及的常用工具，具有強(qiáng)大的人機(jī)交互資源，包括大屏幕顯示、鼠標(biāo)操作、鍵盤操作、觸摸屏操作、聲音操作等和強(qiáng)大的計(jì)算能力，包括一個(gè)或多個(gè)高速CPU、海量的存儲(chǔ)空間包括硬盤、網(wǎng)盤和內(nèi)存等；虛擬儀器軟件建立在電腦強(qiáng)大的計(jì)算資源和人機(jī)交互資源之上，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、顯示，并為用戶提供人機(jī)交互界面。與傳統(tǒng)獨(dú)立示波器相比，虛擬示波器具有硬件上的價(jià)格優(yōu)勢，主要是因?yàn)殡娔X是大眾產(chǎn)品，盡管功能強(qiáng)大，但由于市面上每年數(shù)十級(jí)太的銷售及廣泛的競爭，價(jià)格非常便宜。使用虛擬示波器需要購買專業(yè)數(shù)據(jù)采集卡和配套的專業(yè)軟件，此種方式實(shí)現(xiàn)代價(jià)很高，需教改經(jīng)費(fèi)支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是演示電路的設(shè)備攜帶不方便、費(fèi)用高，提供一種演示逼真、攜帶方便、費(fèi)用低廉的基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)。

為解決上述問題，本發(fā)明一種基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)，該演示系統(tǒng)包括：輔助軟件、計(jì)算機(jī)、聲卡、電路板模塊、直流電源模塊，其中聲卡聯(lián)接計(jì)算機(jī)和電路板模塊，輔助軟件安裝在計(jì)算機(jī)上，一條音頻線連接計(jì)算機(jī)的line out接口和電路板模塊的輸入端，主要起到信號(hào)的輸出作用，需要測試計(jì)算機(jī)line out接口的輸出阻抗和電路板的輸入阻抗，通過適當(dāng)增加衰減器，使得兩者之間的阻抗匹配；另一條音頻線連接電路板模塊的輸出端和計(jì)算機(jī)的line in接口，主要起到信號(hào)的輸入作用，需要測試電路板的輸出阻抗和計(jì)算機(jī)line in接口的輸入阻抗，通過適當(dāng)?shù)卦黾与妷焊S器，使得兩者之間的阻抗匹配；輔助軟件產(chǎn)生的波形通過計(jì)算機(jī)的line out接口將波形輸出；電路板模塊的輸出波形通過計(jì)算機(jī)的line in接口傳送到計(jì)算機(jī)的輔助軟件上進(jìn)行顯示；直流電源模塊主要為電路板模塊供電。

在上述的基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)中：輔助軟件主要是構(gòu)建波形產(chǎn)生模塊和波形顯示模塊，承擔(dān)了信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)顯示的功能；聲卡主要起到數(shù)據(jù)采集卡的功能，承擔(dān)數(shù)據(jù)采集功能；計(jì)算機(jī)是作為仿真平臺(tái)提供信號(hào)源和輸出顯示端；通過計(jì)算機(jī)的line out接口將輔助軟件產(chǎn)生的波形輸出，此波形作為電路板模塊的信號(hào)源；電路板模塊的輸出波形通過計(jì)算機(jī)的line in接口傳送到計(jì)算機(jī)的輔助軟件上進(jìn)行顯示。

聲卡是具有44K的數(shù)據(jù)采集頻率的普通聲卡。

由于普通聲卡具有16位的量化精度、44K的數(shù)據(jù)采集頻率，完全可以滿足電子技術(shù)基礎(chǔ)低頻信號(hào)的產(chǎn)生和信號(hào)的采集。聲卡是計(jì)算機(jī)自帶的聲卡，數(shù)據(jù)采集頻率固定，目前一般為44K，隨著科技發(fā)展，以后可能會(huì)更高。

優(yōu)選地，輔助軟件為Labview軟件。

優(yōu)選地，輔助軟件為VC++軟件。能實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)顯示的軟件都可以作為輔助軟件。

進(jìn)一步地，直流電源模塊也可以替換為干電池。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)利用聲卡作為數(shù)據(jù)采集，不用單獨(dú)購置數(shù)據(jù)采集卡，成本很低，并且可實(shí)時(shí)進(jìn)行電路波形的采集；

(2)輔助軟件既能產(chǎn)生波形，也能顯示波形，相當(dāng)于集成了信號(hào)源設(shè)備和示波器設(shè)備；

(3)半實(shí)物仿真教學(xué)法，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)演示中時(shí)間和空間的限制，同時(shí)又能充分發(fā)揮仿真軟件的優(yōu)勢，在理論講授中實(shí)時(shí)展示難以理解的電路現(xiàn)象；

(4)演示系統(tǒng)成本低，易于攜帶；

(5)克服了單純軟件仿真的不夠直觀性，又易于在課堂上進(jìn)行演示，把單純的理論講解轉(zhuǎn)換成理論分析和實(shí)際電路演示，增加了課堂教學(xué)的多樣性，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果好，具有很好的適用性和推廣價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)在靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)用中的Labview輔助軟件生成的固定偏置電路的輸入信號(hào)。

圖3是本發(fā)明一種基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)在靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)用中的固定偏置電路經(jīng)電路模板作用后的輸出信號(hào)。

圖4是本發(fā)明一種基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)在靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)用中的Labview輔助軟件生成的分壓式偏置電路的輸入信號(hào)。

圖5是本發(fā)明一種基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)在靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)用中的分壓式偏置電路經(jīng)電路模板作用后的輸出信號(hào)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中重要內(nèi)容，在理論講授時(shí)，“為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)”以及“穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用”這兩部分內(nèi)容是難點(diǎn)。圖1是一種基于半實(shí)物仿真的電子技術(shù)課程演示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該演示系統(tǒng)包括Labview輔助軟件、計(jì)算機(jī)、聲卡、電路板模塊、直流電源模塊，Labview輔助軟件安裝在計(jì)算機(jī)上，Labview輔助軟件主要是構(gòu)建波形產(chǎn)生模塊和波形顯示模塊，承擔(dān)了信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)顯示的功能；聲卡聯(lián)接計(jì)算機(jī)和電路板模塊，聲卡主要起到數(shù)據(jù)采集卡的功能，承擔(dān)數(shù)據(jù)采集功能；計(jì)算機(jī)是作為仿真平臺(tái)提供信號(hào)源和輸出顯示端；一條音頻線連接計(jì)算機(jī)的line out接口和電路板模塊的輸入端，主要起到信號(hào)的輸出作用，需要測試計(jì)算機(jī)line out接口的輸出阻抗和電路板的輸入阻抗，通過適當(dāng)?shù)卦黾铀p器，使得兩者之間的阻抗匹配；另一條音頻線連接電路板模塊的輸出端和計(jì)算機(jī)的line in接口，主要起到信號(hào)的輸入作用，需要測試電路板的輸出阻抗和計(jì)算機(jī)line in接口的輸入阻抗，通過適當(dāng)?shù)卦黾与妷焊S器，使得兩者之間的阻抗匹配；Labview輔助軟件產(chǎn)生的波形通過計(jì)算機(jī)的line out接口將波形輸出；電路板模塊的輸出波形通過計(jì)算機(jī)的line in接口傳送到計(jì)算機(jī)的Labview輔助軟件上進(jìn)行顯示。

圖2是本發(fā)明的Labview輔助軟件生成的固定偏置電路的輸入信號(hào)，其輸入信號(hào)經(jīng)過處理通過計(jì)算機(jī)的line out接口將波形輸出，作為電路板模塊的輸入信號(hào)，經(jīng)過電路板模塊作用形成輸出信號(hào)，此信號(hào)通過計(jì)算機(jī)的line in接口在Labview輔助軟件顯示，如圖3所示。

圖4是本發(fā)明的Labview輔助軟件生成的分壓式偏置電路的輸入信號(hào)，其輸入信號(hào)經(jīng)過處理通過計(jì)算機(jī)的line out接口將波形輸出，作為電路板模塊的輸入信號(hào)，經(jīng)過電路板模塊作用形成輸出信號(hào)，此信號(hào)通過計(jì)算機(jī)的line in接口在Labview輔助軟件顯示，如圖5所示。分壓式偏置電路的性能比固定偏置電路的性能要好，圖3和圖5都可以反映出溫度變化時(shí)候的實(shí)物信號(hào)真實(shí)圖。