基于Multisim的虚拟电子实验系统设计

论文摘要

随着计算机技术和多媒体技术的快速发展,虚拟现实技术的发展突飞猛进,在教学领域的主要应用就是虚拟实验。虚拟实验充分利用了虚拟现实技术具有的高仿真性的特点。虚拟实验应用于电子技术领域被称为虚拟电子实验。虚拟电子实验是学生利用计算机仿真技术,进行电路设计、仿真、调试等通常在实验室完成的实验,是学习模拟电路、数字电路等课程的一种现代化的实验方法。一台可以联入Internet的计算机、一套电子仿真软件,再加上一本实验教程,就可相当于一个设备先进的实验室,学生就可轻松的完成课程的实验要求。实验是电子类课程教学中的重要环节。多年来传统的实验方法在学生学习基本理论、基本知识、基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力方面发挥了重要的作用。由于科学技术的飞速发展,社会对人才的要求越来越高,不仅要有丰富的知识,还要有对知识更强的运用能力及创新能力,以适应新形势的需要。虚拟现实技术应用于实验教学,作为传统实验的一个必要的有益补充,既能节约大量的教育经费,也使得实验在时间和空间上得到有效的延伸,因此,对于培养学生的创新意识和实践能力意义重大。教育教学改革的不断深化对实验教学在培养学生的科学研究能力和综合素质等方面提出了更高的要求。实验教学的教学内容、教学模式、教学方法亟待革新与完善。虚拟实验技术的成熟发展和实验教学改革的迫切需要使得虚拟实验在教学中的应用从理论研究走向了实际应用。论文的主要工作包括以下几个方面的内容:首先,研究了虚拟电子实验系统设计的理论依据,分析了虚拟电子仿真软件的特性,并使用Multisim仿真软件设计实现了模拟电路和数字电路的十个基础实验,然后组建了一个简单的网上实验学习指导平台——虚拟电子实验系统,这对于电子实验教学以及实验教学的改革都有着积极的意义。论文的创新点在于通过虚拟电子实验项目的设计直观形象的展现出Multisim应用于电子实验教学特别是模拟电路和数字电路教学中的优越性。Multisim在电子实验教学中的应用,为降低实验成本、加快设备的更新速度、培养学生的创新精神提供了技术支持。但是论文开发的虚拟电子实验系统仅实现了网上自主和协作学习的简单应用,离虚拟实验室的要求还有一定的差距。另外,对采用该系统后的教学效果也缺乏量化评估的准则,具体的评估准则还需要在今后的实践教学中不断完善。因此,今后还需要在创造虚拟实验环境、在线完成实验、实验效果评估等方面予以完善。本论文主要探讨了虚拟实验教学的理论基础,为将新技术手段用于实验教学找到了理论根据。由于诸多因素的限制,将Multisim仿真软件引入模拟电路、数字电路进行辅助教学不论在理论上还是具体实践中都是初步探索过程,并没有形成完整的理论或行之有效的教学模式,这些方面都需要在今后的实践教学中去完善和提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 教育教学中实验教学的重要作用
• 1.2 教育教学中实验教学存在的问题
• 1.3 虚拟实验教学的发展现状
• 1.3.1 虚拟实验的国内外发展现状
• 1.3.2 虚拟实验形式的发展
• 1.4 研究的背景及意义
• 1.4.1 研究的背景
• 1.4.2 研究的意义
• 1.5 论文的结构
• 第二章 虚拟电子实验系统的研究基础
• 2.1 相关概念的理解
• 2.1.1 虚拟现实技术
• 2.1.2 虚拟仿真技术
• 2.1.3 EDA 技术
• 2.1.4 三种实验
• 2.1.5 虚拟实验室
• 2.2 虚拟电子实验系统设计的理论基础
• 2.2.1 学习理论
• 2.2.2 系统科学理论
• 2.2.3 教学设计理论
• 2.2.4 软件设计理论
• 2.3 虚拟电子实验设计的软件基础
• 2.3.1 EDA 虚拟仿真软件的特点分析
• 2.3.2 虚拟电子实验的软件基础
• 2.4 虚拟电子实验系统设计的理论模型
• 2.4.1 虚拟电子实验系统的架构原则
• 2.4.2 虚拟电子实验系统的过程模型
• 2.4.3 虚拟电子实验系统的实验模式分析
• 2.4.4 系统架构方法
• 第三章 虚拟电子实验系统的分析与设计
• 3.1 虚拟电子实验系统的需求分析
• 3.2 虚拟电子实验系统的功能定位
• 3.3 虚拟电子实验系统的设计目标
• 3.4 虚拟电子实验系统的详细设计
• 3.4.1 虚拟电子实验系统的教学设计
• 3.4.2 虚拟电子实验系统的总体结构设计
• 3.5 系统的运行模式和开发工具
• 3.5.1 系统的运行模式
• 3.5.2 系统的开发工具
• 3.6 虚拟电子实验系统实验项目的设计
• 3.6.1 虚拟实验设计的指导思想
• 3.6.2 虚拟实验的相关问题探讨
• 3.6.3 虚拟电子实验项目选择
• 第四章 虚拟电子实验系统的设计实例
• 4.1 虚拟电子基础实验项目的具体设计
• 4.1.1 晶体三极管的放大作用及仿真实验
• 4.1.2 负反馈放大电路及仿真实验
• 4.1.3 差分放大电路及仿真实验
• 4.1.4 集成运算放大器及仿真实验
• 4.1.5 二极管整流电路及仿真实验
• 4.1.6 门电路及仿真实验
• 4.1.7 逻辑代数基本公式及仿真实验
• 4.1.8 编码器工作原理及仿真实验
• 4.1.9 触发器工作原理及仿真实验
• 4.1.10 译码器工作原理、使用显示电路及仿真实验
• 4.2 实例系统的实现
• 4.2.1 游客模块的实现
• 4.2.2 实验资料模块的实现
• 4.2.3 实验软件模块的实现
• 4.2.4 实验项目模块的实现
• 4.2.5 虚拟实验模块的实现
• 4.2.6 实验报告模块的实现
• 4.2.7 实验总结思考模块的实现
• 第五章 研究总结与展望
• 5.1 研究总结
• 5.1.1 电子实验教学总结
• 5.1.2 虚拟电子实验教学总结
• 5.2 存在的不足
• 5.3 进一步的工作
• 注释
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录