科学论坛 Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ ■Ｉ 虚拟仿真技术在电子教学中的应用 郑发跃 曲鸣飞 （北京电子科技职业学院自动化工程学院北京１００１７６） ［摘要］电子电路实验课程是理论性和实践性都很强的一门学科为了使学生更好地理解各类电子器件的功能特性，掌握电子电路的分析及设计方法，增强 实践动手能力，文中介绍了一种全新的教学方法：利用Ｍｕｌｔｉ￣ｎ软件完成电子电路的实验教学。 ［关键词］电子电路；电子教学；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件；仿真设计 中图分类号：Ｎ９４５．１３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）０６—０１０９—０２ ０．引言 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ是加拿大Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｉｍａｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ公司推出的ＥＤＡ软 件。我们可以使用该软件进行电路设计、电路仿真、系统分析等工作。由于它的 电路仿真功能强大，元器件参数没有个体差异，元器件库门类型号齐全，取之 不，用之不竭尽，并且避免了因操作不当导致实验设备和元器件的损坏，理想化 了实验过程，结果准确、直观、易保存，所以它勘称是最理想的虚拟实验室，目前 已被许多高校引入辅助教学。 １．虚拟仿真软件概述 虚拟仿真实验软件的意义在于可以促进教学内容呈现方式、学生学习方 式、教师教学方式和师生互动方式的变革。现代师生观认为，在教学中，教师和 学生都是主体，是双主体 币生之间是民主平等的关系，教师的角色从传授者、权 威者转换为学生学习的辅导者、支持者学生学习由接受式学习变为探究式学 习，以计算机技术为核心的信息技术与课程的整合，能培养学生之间协作学习 能力。通过虚拟仿真实验软件，还能为学生的多样化学习创造环境，使信息技术 真正成为学生认知、探究和解决问题的工具，培养学生的信息素养及利用信息 技术自主探究分析解决问题的能力，提高学生学习的效率。 ２．利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件倒设丰富的学习情景 在传统模拟电路理论课的教学过程中，关于学习“情景”的创设是比较困难 的，电子技术是一门实践性较强的课程，在教学中要刨设“隋景 一般只是采用 课堂演示实验。而通常在中职学校中都存在实验仪器普遍匮乏的现象。就是实 验仪器齐备，由于电路受环境影响非常大，如温度等，给课堂演示教学也会带来 极大的干扰作用，极易产生失真，致使某些演示实验无法在课堂教学中顺利完 成 而且，演示实验的电路要专门制作成示教板，且使用不便，各种准备工作麻 烦，仪器精度也直接影响教学效果。 而利用Ｍｕｌｔｉ￣ｎ软件仿真实际电路来作为一种真实表现电路工作状态的 开放灵活的便于使用的示教手段，则解决了上述种种问题，把实验室与课堂有 机地融为一体。Ｍｕｌｔｉｓｉｍ可在计算机屏幕上模拟真实实验室的工作台，把一些 语言和文字难以表达或难以理解的变化过程，随时以图形、表格及曲线显示出 来，而且还可以根据教学需要随时修改电路和参数，让学生即时观察输出效果， 从而使学生加深对电子线路本质的理解，全面掌握所学内容。 ３．利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件加强演示教学活动 教学是一个信息传播的过程。在这一过程中，基本要素有四个：传播者、信 息内容、信息沟通和接受者。传播者是这一系统中主体，起着支配作用，影响着 图１三角波发生器仿真结果 接受者的思想、观念和行动。传播理论非常重视传播媒体的分析和选择，教学媒 体是传播教学信息的通道，不同的教学媒体会产生不同的传播效果。利用媒体 可以迅速地得到反馈，通过反馈可以了解信息接受者是如何解释和利用信息 的，以及理解和利用的程度如何，以便教师改进教学。课堂教学中教师要经常对 电子器件、电路的特性曲线、输人输出波形等进行分析，通常这些分析是通过教 师手工画图来完成，不仅效率低，精度也差。实际就是传递教学信息的通道对学 生而言过于死板，不太符合学生的心理，学生接受起来既费时问，效果也不是很 好。如果采用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件进行辅助教学．．由于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ是在计算机屏幕上模 拟真实实验室的工作台，因此很容易通过多媒体投影仪展示给学生，清晰快捷 地再现实验的现象、参数、波形和曲线，把实验室与课堂有机地融为一体，不仅 使学生能够更直观、快捷地掌握教学内容，而且又可以减轻教师教学的负担，提 高教学的效率。在此过程中，还可不断地更改电路和参数，即时观察输出情况， 以加深学生对电子技术本质的理解，取到事半功倍的教学效果。 ４．Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真电路教学实倒 ４．１ ＭｕＩｔｉ ｓｉｍ在模拟电子技术中的应用 例：三角波发生器 观察示波器波形，分析三角波的产生过程（如图１）。 ４．２ ＭｕＩｔｉ Ｓｉｍ在单片机技术中的应用 Ｍｕｌｔ￣ｉｍ ＭＣＵ Ｍｏｄｕｌｅ作为插件无缝结合到Ｍｕｌｔｉｓｉｍ之中，从而为 ＭｕｌｔｉｓｉｍＪ￣添了微控制器协同仿真的功能，在同—个软件中将程序编译与测试 以及电路仿真与分析这两大功能完美地结合在一起。终于打破了一直以来仅能 实现模拟与数字电路仿真的局限，弥补了同类软件的不足，为嵌入式系统软硬 件开发提供了有力支持。极大地方便了单片机初学者和单片机开发实验工作 者，完全可以脱离实验箱、开发板的束缚．．随意在计算机上模拟单片机固件（． ｈｅｘ）的“烧片”和运行结果，配合各种虚拟仪器的使用，可以快速准确地调试程 序和硬件连接而取得最佳方案。 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ ＭＣＵ Ｍｏｄｕｌｅ具有以下特点： （１）支持４种类型的单片机芯片：Ｉｎｔｅｌ或Ａｔｍｅｌ公司的８０５１和８０５２芯片、 Ｍｉｃｍｃｈｉｐ公司的ＰＩＣ１６Ｆ８４和ＰＩＣ１６Ｆ８４ａ；￣片。 （２）支持对外部ＲＡＭ、外部ＲＯＭ、键盘和ＬＣＤ等外围设备的仿真。 （３）包含８０５１／８０５２ Ｍｅｔａｌｉｎｋ ａｓｓｅｍｂｌｅｒ、Ｈｉ－Ｔｅｃｈ Ｃ５１－Ｌｉｔｅ Ｃｏｍｐｉｌｅｒ、 Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ＭＰＡＳＭ ｆＯｒ ＰＩＣ１６、Ｈｉ－Ｔｅｃｈ ＰＩＣＣ－Ｌｉｔｅ Ｃｏｍｐｉｌｅｒ，分别对４种 类型芯片提供汇编和编译支持。 （４）所建项目支持Ｃ代码、汇编代码以及１６进制代码，并兼容第三方工具源 代码。 （５）包含设置断点、单步运行、查看和编辑内部ＲＡＭ、特殊功能寄存器等高 级调试功能． ５．结语 电子教学中弓ｆ人Ｍｕｌｔ／ｓｉｍ的效果 利用多媒体的实时交互性，可以方便怏捷地在教师与学生、学生与学生、学 生与机器之间进行交流；利用多媒体的模拟仿真功能可以形象生动地展示、模 拟一些在现有的实验环境下无法实现的实验、现象，通过将Ｍｕｌ ｆｎ软件引入 电路理论课教学、实验教学和实训课教学的实践过程，由此得出在电子教学过 程中引入Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件主要有以下好处 一、有助于学生的个性发展和创新能力的培养 仿真实验的引入改变了以往单一的实验形式，使学生既掌握了一种新的电 子电路设计软件，又掌握了一门新型的实验分析方法，大大提高了学生做实验 的兴趣。同样的设计要求可以有不同的实现电路，能充分发挥学生的主观能动 性和创造性，培养他们运用所学知识分析问题和解决实际问题的能力。 二、有助于变学生被动接受为主动探索 ・ 科技博览ｌ １０９ 科学论坛 ｌ■ 浅谈建筑电气的节能设计 杨顺华 张零 （１．浙江省建筑设计研究院；２．四川省攀枝花电业局） ［摘要］建筑电气的节能设计无论是供电系统或用电设备，都存在着巨大潜力。如何合理地利用能源，降低能耗，提高经济效益，对促进国民经济发展具有 十分重要的意义。本文就建筑电气设计中的节能措施进行探讨。 【关键词］建筑电气设计、节能措施、供配电系统 中图分类号：Ｆ７６５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）０６—０１１０一Ｏｌ 一 合理设计供配电系统 低耗区内。 （１）根据负荷容量、供电距离及用电设备分布特点等因素，合理设计供配电 系统和选择供电电压。供配电系统应尽量简单可靠。同一电压供电系统变配电 级数不宜多于两级。 （２）合理选择供电电压。根据负荷情况合理选择变压器容量、台数，其接线 三 合理选择供电线路和导线截面 根据建筑的规模、用电负荷性质及容量，使电气间位置合理的靠近用电负 荷中心，减少供电半径、减少电能的损耗。据统计，照明线路的损耗约占输入电 能的４ｏ／０左右，影响照明线路损耗的主要是供电方式和导线截面积。在满足允许 应能适应负荷变化时，按经济运行原则灵活投切变压器。同等情况下，电压越 高，损耗越小。民用建筑用电设备电压等级大部分为２２０／３８０Ｖ，但一些大型或 特大型的民用建筑的空调主机为了达到节能目的，可以选择１Ｏ（６）ｋＶ的制冷设 备。 （３）变电所应靠近负荷中心，低压配电间应靠近电气竖井，合理分布供电网 络，使低压供电半径控制在１００ｍ以内，供电线路的电压损失满足规范的允许 载流量、运行电压损失等各种技术指标的前提下，应按经济电流密度合理选择 电缆及导线的截面，从降低电能损耗、减少投资等方面综合进行选择。按经济电 流密度合理选择导线截面。一般按年综合运行费用最小原则确定经济电流密 度。①尽量选用电阻率Ｐ较小的导线，如铜芯导线较佳，铝线次之。②尽可能减少 导线长度，在设计中线路应尽量走直线少走弯路，另外在低压配电中尽可能不 走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心，以减少供电半径。③增大导 线截面积，对于较长的线路，在满足载流量、热稳定，保护配合及电压降要求的 前提下，在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用，由于节约能耗 而减少了年运行费用，从而达到节能、经济的目的。 值，减少线路电压损失，提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益。 （４）配电设计时尽量使三相负荷达到平衡，最大相负荷不宜超过三相负荷 平均值的１１５％，最小相负荷不小于平均值的８５％。可采用移相平衡法或容抗平 衡法来改善系统的平衡，以减少因不平衡带来的最大相的多余损耗。 ＝．合理设计节能变压器 四．合理选择照明方式和节电型产品 照明方式分为：—般照明、局部照明和混合照明。在满足标准照度的条件下 据有关资料统计，变压器总电能损耗占总发电量的２％一３％，因此，节能变 压器的使用更为重要。变压器经历了由油浸式变压器转向干式变压器的发展过 程，如今具有损耗低、重量轻、噪声低、效率高、抗冲击、节能显著的新型变压器 也已产生。￣ｌｌｓｌＯ型的干式变压器与 型的干式变压器相比，空载损耗平均降低 为节约电力，应视具体情况适当选用一般照明、局部照明或混合照明方式。 ４ １照明控制方式的选择 （１）根据照明使用频繁程度，可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点。 对病房、卧室、客厅等床点位置及餐厅、酒吧、舞厅，可考虑设置调光开关；旅店 客房采用节电钥匙开关；公共场所及室外照明可采用程序控制式光电自控装 置；路灯宜分组控制，推荐采用夜间节能控制方式；走道、楼梯、雨蓬、卫生间及 ８％，负载损耗平均降低５％。变压器噪声水平下降７～１０ｄＢ，而且价格与 型相 当，可以作为当前通常项目设计的首选型号。减少变压器的有功损耗按下式计 算： ＡＰ＝Ｐ０＋Ｂ ２Ｐｋ 其他人员停留时间较短可设置定时开关。 （２）目前较常见的灯具定时开关有：触摸式延时开关、声光控延时开关、红 外式延时开关等。①灯具控制开关控制的光源数量不宜少于２ 单灯具除外）， 但控制控制的光源数量也不宜太多。②灯具按与侧窗平行分别控制。③对部分 光源实施：声、光控制，或全夜、半夜控制。 ４．２照明光源、灯具的选择 式中：△Ｐ一变压器的有功损耗（ＫＷ）；Ｐ一变压器的空载损耗（Ｋｗ）；Ｐ一变压 器的短路损耗（Ｋｗ）；Ｄ一变压器的负载率。 （１）ＰＯ作为变压器的空载损耗又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗 组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以在选用变压器时 最好选择节能型变压器如 ，ＳＬ９，ＳＣ８等。它们采用优质冷轧取向矽钢片，由于 （１）根据光源的光效、色温、显色指数、寿命和价格选择高效节能型光源，即 选择每瓦输出的光通量高的光源。如：睬列细管径直管荧光灯、紧凑型荧光灯 （节能灯）、ＨＩＤ好（高强度气体放电灯）、ＬＥＤ灯（发光二极管）。 “取向”处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，减少铁芯涡流损耗，４５。全斜度接 缝结构使接缝密合性好，减少了漏磁损耗。 （２）Ｐｌ（是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损，它取决于变压器绕 组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器 时应选用阻值较小的绕组，如铜芯变压器。Ｄ Ｐ用微分求它极值时，是在１３＝５０ ％时每千瓦的负荷，此时变压器的能耗最小，但在Ｂ＝５０％负载率时仅减少变压 （２）灯具附件的选择，主要是指镇流器的选择。《建筑照明设计标准》中规 定：自镇流荧光灯应配电子镇流器；直管形荧光灯应配电子镇流器或节能型电 感镇流器；高压钠灯、金属卤化物灯应配节能型电感镇流器；在电压偏差较大的 场所。宜配恒功率镇流器；功率较小者可配电子镇流器。 参考文献 器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。综合初装费，变压器、 高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，变 压器最经济节能运行的负载率一般在７５％一８５％之间。 ［１】那红宇．浅谈实现建筑电气节能的多种措施【Ｊ］．低压电器，２００８，２２． ［２】任红．建筑电气设计中的节能措施【ＪＪ．建筑电气，２００８，２７（２）． （３）在选择变压器容量和台数时，应根据负荷隋况，综合考虑投资和年运行 费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效 学生是知识意义的主动建构者，而不是外界刺激的被动接受者。教师在整 个教学过程中，不再是只教学生知识，而是扮演学生学习引路人的角色，为学生 获得知识提供情景、引导学生自己去学习、设计实验，处理学习，实验中的紧急 情况等。 ‘ 可以预见，引入Ｍｕｌｔｉｓｉｍ来辅助电子电路教学，是未来电子电路教学发展 的必然趋势，我们要在实践工作中不断地探索、总结经验，以期达到我们的教学 目的。 作者简介 郑发跃，１９７８年，男，北京电子科技职业学院讲师，硕士，研究方向：机电技 未 。 三、有助于教学效果和实验设施利用率的提高 仿真实验的引入突破了实验时间和空间的限制，学生不必拘泥于２课时的 实验时间，可以利用自己的电脑在课后继续进行研究。实验场地也不再局限于 传统意义的实验室，网络机房、ＥＤＡ实验室都可以用来进行实验，做到一机多 用，一室多用，从而大大提高了实验设施的利用率。 １１０ ｌ科技博览 曲鸣飞，１９７９年，男，北京电子科技职业学院讲师，硕士，研究方向：工业自 动化技术