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虛擬仿真電子技術范文第1篇

關鍵詞：虛擬實驗室；客戶端設計；生成電原理圖；數學模型

引言

電子技術實驗室是閩南理工學院示范性實驗教學基地，也是電子信息工程、電氣自動化等專業重點建設的實驗室之一，在目前以信息化教學為主導的引領下，從實驗教學的實用性、便捷性和經濟性考慮，構建基于VisualC#.NET開發設計的虛擬電子技術實驗教學客戶端平臺，是目前我院實驗教學電子化、信息化管理建設的一個重要任務與發展方向。電子技術虛擬仿真客戶端實現了信息電子化管理，不僅讓我院實驗教學管理更加效率化和便捷化，讓學生脫離了過去繁冗的紙張式、人力式操作，同時，該客戶端的實現減少了實驗教學人員的編制數量以及實驗相關的工作量。因此，構建完善的電子技術虛擬仿真客戶端勢在必行。學生個人信息、實驗數據、實驗報告、實驗考核成績查詢等，都應該在網上得到很好的支持。實驗數據是電子技術虛擬仿真客戶端應包含的一項重要數據資源，其包含的數據量大，數據出誤時需要及時更新，管理上較為復雜。因此，單純地依靠人工來管理是難以實現的。該客戶端平臺以電工電子實驗硬件資源為基礎，實現網絡虛擬實驗、實驗數據管理與處理等需要而設計，在很大程度上減輕實驗教學人員的的工作負擔，實現了電工電子類實驗教學的網絡化、高效化、規范化，減少了人為的誤操作而損壞實驗硬件設備。

1客戶端系統的設計

針對電子技術虛擬仿真客戶端系統項目需求的角度進行分析，確定了系統中各個子系統的主要功能及任務。研究了客戶端界面的設計原則，提出了基于VisualC#.net的客戶端設計方法及數據庫的設計原則。

1.1客戶端系統需求分析

功能結構如圖1所示。客戶端的主要任務不是確定整個系統怎樣完成工作，而是確定這五個子系統必須完成哪些工作，可以說是對系統客戶端實現的功能提出完整、清晰、具體、準確的要求。需求分析過程要求客戶端要完成的具體任務如下：首先明確對客戶端的綜合要求，主要包括性能要求、功能要求、運行要求及其它要求。性能要求包括數據準備度、響應時間、和適應性能要求；功能要求主要描述了整個系統要完成的全部功能；運行要求是對系統運行過程中硬件環境、軟件、接口的要求；其它要求主要包括安全性、可靠性、保密性、可維護等方面的要求，以及今后可能涉及到改進升級問題做出分析。系統數據要求分析，通過對系統的信息流向歸納抽象出系統的數據邏輯關系，并對系統的動態數據、靜態數據、數據庫類型、名稱以及數據采集方式進行詳細描述。導出目標系統的詳細邏輯模型，根據上面兩項分析得出客戶端系統的詳細邏輯模型，并用數據流圖、IPO圖、數據字典來表示。

1.2系統設計流程

系統客戶端共包含5個子系統：身份認證子系統、通信子系統、工具箱子系統、電子元件數據庫子系統、電原理圖自動生成與調整子系統。用戶只要通過校園網使自己的計算機聯入Internet，就可以通過客戶端訪問虛擬實驗系統。客戶端是用戶直接打交道對象，多個客戶端可以同時登錄到系統服務器，同時完成不同的實驗。系統服務器和所有的實驗客戶端都處于校園網的高速局域網中，用戶在正常情況下通過客戶端登錄到服務器上，即可隨時進行實驗，如果客戶端需要進行維護、修改時，可以隨時從服務器上注銷。交互設計，任何產品的功能體現都是通過人與機器的交互能力來判斷的，如果這種交互更為簡單，也就是說開發的產品更方便用戶使用，這是交互設計的最終目標。因此，交互設計的核心要重點體現出人的因素，并按照以下原理來設計：①有錯誤提示信息時，方便用戶糾正；②用戶控制界面簡單化。給出用戶多種操作選擇的提示信息；③允許兼用鍵盤和鼠標；④允許用戶在操作過程中，可能因為某種原因需求中止當前操作去執行其它任務；⑤快速反應信息。用戶在操作過程中，往往會出現操作不當靠成心理上的焦慮而陷入誤區，系統快速反應信息可以必免這種情況發生；⑥使用的語言是面向用戶的高級語言，方面閱讀；⑦方便退出。視覺設計是在結構設計的基礎上，根據用戶的心理特征進行包括頁面、字體、色彩等方面的設計。視覺設計的目標是讓用戶操作過程心情舒暢，其設計原則如下：①用戶可根據自己需求改變界面色彩、風格；②色彩協調搭配。界面色彩反差不應過大，必免造成界面花花綠綠，盡量少用紅色和綠色；③使用真實的圖形符號；④具有視覺索引。用戶根據不同的圖形符號能夠快速判斷其代表的內容，達到用圖形來刺激視覺的效果；⑤條理清晰、布局合理。總之，客戶端界面設計的目標是為了滿足用戶的需求，整個設計過程都是圍繞用戶的考慮的，此外還應充分考慮整體的布局，界面各元素的位置、圖標與色彩搭配的問題，以達到美化的效果，提高界面的可閱讀性并具有吸引力。

2建立數學模型

實驗電路原理圖自動生成的過程，本質上就是對實物電路圖到電路原理圖的轉換過程。要完成這一轉換過程，需要對實物電路進行建模，對電路的各個組成單元進行抽象、分析、統合、識別的過程。電子元器件的建模是在面包板建模的基礎上進行的數學分析，它與元件的端口數、元件的插入位置有關。下面是以二端元件電阻為例進行建模的過程（其它元件與二端元件建模相似）。在面包板上確定二端元件的兩個插孔E2、F2，然后從插孔引出兩上引線并在這兩根引線上替換成電阻的符號圖，如圖3所示。對應的電阻元件信息表，如表1所示。頻率計等，一般在使用過程中都是利用儀器的兩個探頭與被測電路的兩點相連，讀取被測兩點的數據。測量儀器的建模過程可以參考二端元件的建模方法，其過程基本類似。

3系統功能實現

虛擬電工電子實驗系統設計的最大亮點就是為用戶提供了電原理圖自動生成的功能。用戶通過面包板搭建實物電路后，只要點擊系統客戶端菜單下的“視圖”-“原理圖”選項，就能夠在窗口中查看自動生成的電原理圖。但是，由于這一過程是通過數學建模、解析、映射生成的，得到的電原理圖并不一定是用戶所需的最佳原理圖，因此系統還為用戶提供手動優化的方法，以提高轉換效率。電原理圖自動生成的基本原理：矩陣M中的各個元素與面包板上的所有插孔實現了一一對應關系，矩陣中的信息也代表了實物電路的相關信息，用戶可以根據實物電路的互連信息網表修改矩陣T值，映射成最優化的電原理圖。在修改矩陣M值相關元素時，還要考慮面包板本身插孔的互連信息。相通的插孔數值也應相同（同1或同0），也就是說Ai=Bi=Ci=Di=Ei、Fi=Gi=Hi=Ii=Ji，并體現在矩陣中。

4效益分析及應用前景

隨著閩南理工學院的發展狀大，學生規模和實驗室場所之間的矛盾越來越明顯，學院在設備資金的投入也受到了一定限制。因此，電子技術虛擬仿真客戶端系統的實現將解決這一主要矛盾，學生只要在網絡上登入這一系統便可以完成相應的實驗。當前我院還處于傳統的實驗教學模式，設備老化、實驗場所限制、實驗教學人員編制、實驗室管理、實驗工作量等問題都不能找出較好的解決方法。對這一問題，最好的解決辦法就是借助計算機網絡技術和數據庫管理系統，對實驗進行網絡虛擬仿真，并對數據實行電子化管理。本課題的目的就是開發“電子技術虛擬仿真客戶端系統”，通過這一系統為學生提供網絡實驗平臺，實現實驗數據信息管理的電子化，提供一個電子化的信息管理平臺。

參考文獻：

[1]韋有雙.虛擬現實技術與系統仿真[M].北京：國防工業出版社，2014.

[2]江曉玲.基于WWW的網上虛擬電工電子實驗室的建設[J].電氣電子教學學報，2013.

[3]林君.網上虛擬實驗建設方案與實現[J].黑龍江工程學院學報，2015.

[4]陳江平.虛擬實驗室教學中的網絡通信技術[J].計算機應用，2013.

虛擬仿真電子技術范文第2篇

【關鍵詞】虛擬仿真技術；電子技術課程；技術應用

伴隨著科學技術不斷發展從而形成的虛擬仿真技術是一種作用于實驗研究的新的科學技術，在20世紀40年底被發現。在幾十年的革新、改進、發展中慢慢走向成熟，被應用于現代生產生活的各個方面。同時教育部門發掘到虛擬仿真技術在教學中的優勢，作為一種新的教學方法用用于教學中。這一技術在教育領域的應用滿足學生對教學的需要，對學生邏輯思維和動手能力有很大的幫助，提高教學效率和質量。

1.虛擬仿真技術概念

虛擬仿真技術又被稱為虛擬現實技術和模擬技術，其技術核心就是利用一個虛擬系統去模仿一個相應的真實系統。它是一種實驗研究的新技術，而它也是一直存在于自然客觀規律中一直被使用，在計算機技術發展過程中被發現提煉出的新技術。在科學技術飛速發展的現代社會，虛擬仿真技術也在不斷地進行技術改革和發展，并不斷地成為必不可少的技術。

2.虛擬仿真技術在電子技術課程中的應用

科學技術突飛猛進的發展，使得電子課程原有的教學模式不適應社會的發展進程，學生對電子技術知識的需求量也在不斷增加。虛擬仿真技術在電子技術課程的應用給教學帶來了新的教學手段，滿足學生對電子技術知識的強烈需求，適應社會對技術人才的高要求。

2.1 虛擬仿真技術融入課堂

電子技術課程在之前的教學模式是重理論輕實踐，大部分的課堂時間放在理論知識的講授中，課堂氛圍死板顯得枯燥無味，使學生學習積極性被打消，產生排斥心理。而且理論知識沒有實踐進行補充和認證，增加學生學習難度，對電子技術停留在一知半解的階段。傳統的電子技術儀器比較笨重，每次上課搬來搬去很麻煩有浪費課堂時間，課堂效率也不高。虛擬仿真技術英語與課堂解決了電子技術課堂實驗難的窘境，教師在講解理論知識的同時利用多媒體進行實驗演示，把抽象的理論概念通過演示變得很容易理解，調動學生的學習興趣，愿意主動去思考問題以及動手實驗鞏固知識點。虛擬仿真技術融入課堂提高課堂效率和教學質量，更能提供學生學習積極性。

2.2 革新實驗教學方法

電子技術顧名思義是技術性很強的課程，技術能力是需要持續不斷的實踐進行積累。所以電子技術課程是一門對實踐要求很高的學科，理論只是對技術實踐的知識補充。兩者要充分結合向應用。傳統的教學手段就是對理論知識的死記硬背，只要能通過考試就可以，在實踐方面的經驗是少之又少。所以在電子技術的教學中要讓學生了解虛擬仿真軟件并學會在實驗中使用，學生在進行電子技術實驗中可以對理論知識進行強化，而且虛擬仿真技術在實驗中應用然學生對實驗的興趣提高，在實驗的過程中學生與學生之間可以進行跟好的交流，主動地尋找知識支撐，制定更好的實驗方案，鍛煉了學生主動尋找問題和解決問題的能力。

2.3 增多課程設計實踐環節

原有的電子技術課程的實踐課程設計都比較單一，學生的實踐結果達不到預期好的效果。所以在虛擬仿真技術進入電子技術教學中要逐漸增多實踐環節，對模擬電子技術內容進行多個單元的劃分，最初由老師帶領進行模擬電子技術的實驗，然后在接下來的額試驗中把主動權教給學生，讓學生學會獨立思考，然后對自己的實驗結論進行陳述，在陳述過程中會讓學生再次進行思考，這樣對知識的記憶更牢固。

2.4 虛擬仿真技術運用注意問題

電子技術課程教學中引用虛擬仿真技術雖然在很大程度上改善了傳統的教學弊端，對教學內容有了豐富的補充，讓學生對抽象的理論知識得到更好的理解，激發學生的創新意識和學習積極性。但是不能讓模擬仿真技術完全取代實際的技術機器進行試驗，這樣會讓學生依賴于計算機中的仿真技術應用，在實際操作儀器過程中操作能力下降，不能滿足崗位的技術需求，不僅不能達到人才培養的目的，反而會起到教育的反作用。因此，在應用虛擬仿真技術教學的過程中也要加入傳統教育中積極的方面，做到虛擬技術的優質學習也能保證實物應用 的操作能力，培養學生的綜合能力和高技術素養。

3.虛擬仿真技術應用于電子技術課程的意義

虛擬仿真技術在電子技術課程中的應用，打破了傳統應試教育弊端，讓死板的電子技術課堂教學變得更加活躍，真正實現電子技術課程教育理論聯系實際；該技術的應用對教師的教學素質也是一種考驗，虛擬仿真技術是不斷發展更新的最新技術，教師要走在技術的最前沿，這樣才能在教學中更好的教授給學生，提高自身的教學能力；培養學生的學習積極性和興趣，讓學生學會獨立思考，主動提出問題并主動尋找解決方案，在實踐中鍛煉自己的動手能力和思考能力，讓自己的綜合能力得到提高；適應社會技術人才的高標準要求，學校跟注重學生在技術方面的實踐動手能力，才能保證在激烈的競爭中保持較高的競爭率，為企業培養專業技術型人才。

4.結束語

虛擬仿真技術被廣泛應用于生產生活中，成為必不可少的技術。作為實驗研究的一門新技術，近年來被不斷應用于教學領域，幫助學校培養專業綜合性技術人才。電子技術課程是理論與實踐綜合運用的一門學科，在計算機上利用仿真軟件在課堂上進行教學，把抽象的理論知識在演示的過程中簡單化、直白化，讓學生對很難理解的知識點得到直觀的理解和學習。在實踐中使用虛擬技術軟件讓學生會更好把理論知識轉化為實踐能力，同時對理論教學中漏掉的知識點通過技術實驗進行補充，減少不必要的時間浪費。這樣的新的教學方法讓學生更積極主動的去學習，提高了對電子技術課程的學興趣，對學生的思維訓練和動手能力提高有很大的促進作用；課堂氛圍得到改善，提高教學效率和質量。適應社會對人才需求，讓學生在強大的競爭中也能憑借自身的技術能力和綜合素養脫穎而出，實現自己的價值。但是教學中運用虛擬仿真技術時也要注意他可能帶來的教學局限性，不能因為是好的技術就無限制的偏重使用，這也會導致教學質量的下降，對學生綜合能力的培養帶來弊端，所以要做到虛擬仿真技術在電子技術課程中的合理應用。

參考文獻

[1]李松湘.虛擬仿真技術在電子技術課程教學中的應用研究[D].湖南師范大學，2012.

虛擬仿真電子技術范文第3篇

    【論文摘要將虛擬仿真技術引進教學領域后對傳統教學手段產生了強烈沖擊。本文針對航空電子裝備教學中如何應用虛擬仿真技術給出了應用方法和心得。

    1.引言

    自 20世紀 9O年代以來,以計算機仿真技術 、多媒體技術和虛擬現實技術為特征的“虛擬仿真實驗室”開始在世界各地出現,并逐步滲透到教學領域。作為一種新型的實驗教學手段,虛擬仿真教學對傳統的教學手段產生了強烈沖擊,并引發了教學領域一系列深刻的變化。種種跡象表明,虛擬仿真教學將是今后實驗教學改革的一個重要發展方向。本文結合多年來在航空電子裝備教學中應用虛擬仿真技術的經驗,探索在航空電子裝備教學軟件中應用虛擬仿真技術的方法和心得。

    2.虛擬仿真技術簡介

    虛擬仿真技術是對虛擬現實技術和系統仿真技術的合稱。

    2.1虛擬現實技術

    虛擬現實技術就是利用三維建模技術,構建一個和現實世界的物體和環境相同或相似的虛擬三維場景,并能響應用戶的輸進,根據用戶的不同動作做出相應的反應。虛擬現實的關鍵技術主要有動態環境建模技術、實時三維圖形 天生技術、立體顯示和傳感器技術等。虛擬現實技術主要側重于對真實物體物理特征的仿真,也稱為視景仿真,它主要用于產品設計和展示、貿易廣告、游戲設計等。

    在航空電子裝備教學中,大量用 到對裝備的外觀 、結構 、組成 、連接 、機安裝位置的展示 ,傳統教學大都采用實物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新換代,因受經 費、場地及使用壽命等因素的限制 ,傳統教學方法 已遠遠不能滿足要求 ,而采 用虛擬現實技術的展示方法則 以其廉價 、無場地限制和效果 良好得以廣泛應用。

    目前有大量成熟的軟件平臺可以進行視景仿 真的開發,主流平臺Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虛擬現實數據庫 OPENFLIGHT已經成為 了產業標準 ,在軍事 、航空航天等領域應用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發的技術平臺 ,解決物理模型的創建、場景顯示等新題目。該平臺可以達到照片級 的視景仿真效果 .同時采用嵌進 OPENGL技術來解決物理模型 的交互新題目。

    2.2系統仿真技術

    系統仿真技術是伴隨著計算機技術的發展而逐步形成的一門新興學科 .它通過建立實際系統 的數學模 型 ,利用計算機運算來達到對被仿真系統的分析、探究、設計等目的。系統仿真技術主要側重于對真實系統的內在機理、運動方式 的仿真,也稱為行為仿真。系統仿真技術最初主要用于航空、航天、原子反應堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統試驗難以實現等少數領域,后來逐步發展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要產業部分,并進一步擴大到社會系統、經濟系統、交通運輸系統、生態系統等一些非工程系統領域。 在航空電子裝備教學中,對裝備工作原理的講解既是重點也是難點。傳統教學方法主要通過教員的講述,配合一些靜態的圖形幫助學員理解 .教學效果主要依靠于教員的授課水平和技巧 。近年來.我們嘗試將系統仿 真技術應用到航空電子裝備教學中,根據被仿真裝備的工作原理,建立系統的數學模型,并根據裝備的不同工作狀態,對模型進行動態運行.結合虛擬現實技術實現的逼真場景.較好地模擬實際裝備的工作情況。利用該技術開發、研制的教學軟件不但可供教員教學使用.也可供學員自學,并達到了較好的教學效果。

    目前,有很多成熟的系統仿真開發平臺軟件.如 Simulink、SystemView等,這些軟件以其功能強大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎.但價格較為昂貴,且大多未提供對外的仿真數據接口.仿真系統應用的靈活性、擴展性和可變性受到很多限制。當然也可自行開發適用 的仿真開發平臺軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發中我們采用的是自行開發的系統仿真平臺軟件。

    3.虛擬仿真技術在航空電子裝備教學中的應用方法和步驟

    3.1建立仿真模型

    這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結構的三維物理模型 ,也包括揭示其內在工作機理及行為的數 學模 型。對三維物理模型的建立,主要依據裝備本身的物理狀態,其原則就是在盡量減小面數的同時進步逼真度。對系統數學模型的建立,則需要視系統的復雜程度進行取舍和優化,本著夠用為度的原則 ,以盡量減小運算量。建立數學模型時 ,還應考慮到系統運行時的參數調整。

    3.2創建仿真裝備的虛擬場景并驅動

    對于虛擬場景的驅動,根據使用方式的不同采用了不同的方式假如進行的僅是裝備外觀、結構的展示,可使用EON進行動作的編輯和驅動;假如需要對裝備進行虛擬操縱仿真,則使用 GLStudio軟件先進行操縱面板、虛擬儀表的編輯和制作,然后再利用 Vega Prime驅動以實現更復雜的交互操縱。

    3.3系統集成

    系統集成就是將上述做好的模型、場景按照教學軟件所需的形式將其有機的整合在一起,使之成為_個完整的 、規范的教學軟件。系統集成可以使用目前常用的軟件開發平臺如 VB、vc++等。由于上述虛擬現實驅動軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發平臺的運行插件,因此,系統集成變得十分方便。編寫程序時,只需考慮軟件功能的布置,注重程序間的兼容性即可。

    系統集成時,還需要將系統行為仿真的結果通過視景仿真表現出來,即用行為仿真的數據來驅動三維物理模型的動作。由于系統行為仿真采用了專門的運行平臺,和視景仿真處于不同的系統進程中.因此這種驅動是通過兩進程間的實時通訊來完成的。這里還需要考慮進程間的同步新題目。

虛擬仿真電子技術范文第4篇

關鍵詞：虛擬技術 EDA VM

中圖分類號：TP301 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）08-0042-02

隨著計算機技術的快速發展，虛擬技術已發展到相對成熟的階段，虛擬技術已經廣泛深入生活，在教學、科研、衛生、軍事等領域均有著十分重要的意義，成為人類生存和社會發展的新環境。

1 虛擬技術的概念

虛擬技術是一個很廣義的概念，我國著名院士汪成為教授把虛擬技術看作人類認識世界的幫手，認為虛擬技術是“在計算機軟硬件及各種傳感器（如高性能計算機、圖形圖像生成系統，以及特制服裝、特制手套、特別眼鏡等）的支持下生成一個逼真的、三維的，具有一定的視、聽、觸、嗅等感知能力的環境，使用戶在這些軟硬件設備的支持下，能以簡捷、自然的方法與這一由計算機所生成的‘虛擬’的世界中對象進行交互作用。它是現代高性能計算機系統、人工智能、計算機圖形學、人機接口、立體影像、立體聲響、測童控制、模擬仿真等技術綜合集成的成果。目的是建立起一個更為和諧的人工環境”[1]。

而從工程角度定義的話，虛擬技術可看作為通過使用下列一個或幾個概念或方法：硬件和軟件分區，分時，部分或全部的硬件仿真、模擬，提供服務質量（QoS）等，把計算機資源分成多個執行環境的系統框架和方法論[2]。

上世紀60年代末期，IBM在其7044機上首次實現虛擬技術（IBM M44/44X Project）[3]。計算機技術的快速發展，使得虛擬技術成為重要的研究手段廣泛應用于各學科領域的研究與實踐中。隨著電子技術與計算機技術交叉、綜合的程度越來越高，在以物聯網絡和嵌入式系統為技術發展方向的現代電子技術中，虛擬技術的應用越來越廣泛。

2 虛擬技術在電子技術中的應用

電子技術中，虛擬技術的應用可概括為三個方向：一是集成了大量虛擬儀器的軟件包的應用，通常稱之為EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術；二是虛擬硬件技術，即借助于圖形圖像、仿真和虛擬現實等一切可用的技術，在計算機上虛擬出一個與實際硬件功能相近，且操作方法和實驗現象也相近的虛擬實驗環境；三是VM（Virtual Machine，虛擬機）技術的應用，比如VMware虛擬機等。

2.1 EDA技術的應用

EDA技術是在20世紀60年代中期從計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發展而來的。利用EDA工具，電子設計師從概念、算法、協議開始設計電子系統，從電路設計、性能分析直到IC版圖或PCB版圖生成的全過程均可在計算機上自動完成。

作為現代電子系統設計的主導技術，EDA具有兩個明顯特征：即并行工程（Concurrent Engineering）設計和自頂向下（Top-down）設計。其基本思想是從系統總體要求出發，分為行為描述（Behaviour Description）、寄存器傳輸級（RTL，Register Transfer Level）描述、邏輯綜合（Logic Synthesis）三個層次，將設計內容逐步細化，最后完成整體設計，與傳統設計方法比較，這是一種全新的設計思想與設計理念。

EDA軟件包在電子技術的虛擬實驗教學方面體現出了巨大的優勢，最重要的是由于其提供了種類齊全、功能強大、界面真實、設置方式真實的虛擬儀器，諸如萬用表，示波器，頻率計，LED顯示等，一些軟件諸如NI公司的Multisim，還包括有安捷倫示波器，安捷倫萬用表，安捷倫信號發生器，泰克示波器等實際產品的虛擬界面，其操作界面和操作方式完全與實際器件一樣。這些虛擬儀器的使用，較大程度增加了學生在虛擬實驗過程中的真實感。

目前，EDA技術更多地指數字集成電路的設計自動化，模擬電路以及混合電路設計自動化的發展尚不夠成熟。尤其是射頻電路設計，因為要涉及到復雜的數學理論，導致其分析過程更加復雜，所以尚沒有成熟的設計自動化軟件。

2.2 虛擬硬件技術的應用

虛擬硬件技術在電子技術中的應用，則主要體現為虛擬實驗室的建設。虛擬實驗室的建設目前主要有純軟件仿真形式、可直接操作遠程實驗室實驗過程的虛擬實驗室兩種形式。

2.2.1 純軟件仿真形式的虛擬實驗室

純軟件仿真形式的虛擬實驗室是利用仿真軟件來模擬實驗的全過程，不涉及具體的實驗硬件設備，如圖1所示。

與單機版的仿真軟件相比，這類實驗室采用C/S模式，在其服務器上設計并存儲進行實驗的仿真代碼，用戶只需在客戶端的實驗操作界面上操作，即可實時地發送參數信息、接收仿真結果數據。這類虛擬實驗室因其實驗界面與仿真算法獨立，易于設計與實現，方便操作，成為當今虛擬實驗室的主流。

2.2.2 直接操作遠程實驗室實驗過程的虛擬實驗室

這種虛擬實驗室是通過客戶端操作直接控制遠程實驗室的實驗設備運行，獲取真實實驗數據，架構如圖2所示。

這類實驗通常具有視頻和音頻反饋，使用者通過計算機可以實時地觀察實驗地運行，也可以調整實驗相應的參數，從而遠程操控實驗室的實驗過程。此類實驗形式不但有效地利用了有限的實驗室資源，而且具有很好的實驗效果，成為解決遠程教育中實驗設備緊缺、實驗效果難以保證等問題的一種很好的方法，是目前虛擬實驗室研究開發的一個主流方向[4]。

2.3 VM技術的應用

VM技術，是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。

利用VM技術，能夠在一臺真實的計算機上虛擬出多臺計算機，還可以同時運行兩個或更多的操作系統，比如運行DOS、各個版本的Windows、各個版本的Linux、BeOS、Mac OS等等。虛擬機具有跨平臺性，裝載在硬件平臺上的虛擬機，它和宿主機好像是連接在同一個網絡中一樣。用戶通過虛擬機提供的標準接口訪問異構資源，而標準接口的具體實現由各異構資源提供者負責落實，因此用戶感覺不到請求資源的異構性。Java VM和PVM是比較成功的采用虛擬機技術實現跨平臺、屏蔽異構性的典型例子[5]。

隨著物聯網絡和嵌入式系統的快速發展，現代電子技術已經進入了物物互聯的時代。而在物聯網絡和嵌入式系統中，無處不存在資源異構的問題，如硬件平臺的異構，基礎操作系統的異構，數據庫的異構，通信網絡的異構，以及應用程序的異構等等[5]。

這些異構的問題，使得VM技術被廣泛應用于物聯網絡和嵌入式系統中。它可利用如JVM技術將不同平臺、不同接口標準，不同通信網絡協議之間的異構性進行屏蔽[5]，使得物物互聯成為現實。

在電子技術的應用中，當前應用最為廣泛的虛擬機軟件主要是VMware公司免費提供給用戶的VMware Player，該公司還有VMware Workstation等豐富的虛擬化產品[6]。其他還有諸如微軟的Virtual Box和Virtual PC，以及由我國自己設計的VMlite，它們都能在Windows系統上虛擬出多個計算機。

3 虛擬技術對電子技術發展的重要意義

近幾年來，虛擬技術在我國的應用研究和發展都十分迅速，結合虛擬技術在電子技術三個方向的應用，其重要意義可概述為以下幾個方面：

第一，虛擬技術給電子技術的工程實踐帶來了革命性的變革。

傳統電子系統的設計方法，主要基于自底向上的設計思想，設計人員必須利用底層功能模塊的組裝，才能構成較復雜系統的設計，系統調試難度高，設計效率低，設計周期較長。但EDA技術的出現，特別是自頂向下的設計思想，極大的提高了電子系統設計的效率，縮短了設計周期，使得電子設計進入了一個全新的時代。

第二，虛擬技術給電子技術教學帶來了革命性的變革。

傳統電子技術的教學是理論教學和實驗教學分開進行的，由于電子技術的實踐性強，人為地把完整的教學過程分離成了兩個環節，極大地破壞了教學完整性。而EDA軟件或虛擬實驗系統，通過計算機把教學內容、實驗設備、教師指導、學生操作等有機地融合為一體，還原了一個完整的課堂，提高了教學的有效性。

第三，虛擬技術給電子技術的應用解決了實際問題。

隨著物聯網和嵌入式系統的發展，傳統電子技術的發展受到了很大程度上的制約，一些諸如通信協議異構、數據格式異構等問題，給電子技術設計人員帶來了極大的困擾。而虛擬技術的出現，給電子技術解決上述困難提供了最為有利的幫助，使得電子設計人員更為專注電子技術本身的功能實現。

參考文獻

[1]邁克爾·海姆.從界面到網絡空間——虛擬實在的形而上學[M].上海科技教育出版社，2000.

[2]李學杰.虛擬技術研究和實現[J].電子測量技術，2007.

[3]BELADY L.A study of replacement algorithm for virtual storage computers[J].IBM system Journal.1966，5（2）：78-101.

[4]潘新民.計算機通信技術[M].北京：電子工業出版社，2002.

虛擬仿真電子技術范文第5篇

將EDA仿真軟件應用于模擬電子技術理論和實踐教學，提出一種基于EDA仿真平臺的理論分析與仿真分析相輔相成、虛擬仿真實驗和實際實踐相結合的教學模式。通過仿真電路和波形顯示，加深學生對理論的理解，有效解決模擬電子技術理論概念抽象，電路分析復雜的難題。同時通過EDA技術的引入，引導學生進行基本電路的分析和設計，為實際電路的設計應用打下基礎。

2.EDA技術在模擬電子技術理論教學中的應用

EDA即電子設計自動化，以計算機和仿真軟件為工具，可以完成整個電路從系統級到物理級的設計與分析。常用仿真軟件有Matlab、Protel、Multisim和PSpice等，考慮到Multisim先進的電路仿真和設計功能且一年級時曾作為學生的自修課程，本次教學研究采用Multisim軟件。在模擬電子技術的理論教學中，對于那些概念分析抽象、不易理解的部分，利用Multisim，教師可以構建電子電路模型進行仿真演示，通過波形圖和數據直觀展示各種參數變化和虛擬故障對電路靜態動態性能的影響，具體而又生動，不僅可以加強學生對理論知識的理解，還可以激發學生的學習興趣，提高課堂教學效果。例如在模擬電子教學中第一次講解共射放大電路時，很多同學對放大線路中各個節點的波形分不清楚，不知道直流信號和交流信號如何疊加在同一個電路中，電路中各節點信號的相位關系如何覺得難以理解。傳統教學中，僅僅靠在黑板上畫圖講解，教師難講，學生難懂，費事費力效果卻不好。現在針對這個問題，教師可以通過Multisim搭建基本共射放大電路模型，設置模型參數，觀察仿真波形。共射電路輸入信號（節點2波形）和輸出信號（節點5波形）的反相關系，并且根據波形的峰值可以直接算出電路的電壓放大倍數。節點2和節點4波形是靜態工作點電壓和交流信號疊加信號，c1和c2兩個電容起到隔直作用。通過Multisim軟件的演示過程，直接把抽象的理論轉化成直觀的視覺感受，電路各點波形在學生的腦海里留下深刻的印象，教學效果事半功倍。教學過程的前期，可以在課堂上現場建立電路模型，演示如何進行仿真，讓學生逐漸掌握Multisim的使用。在教學過程的中后期，隨著學生對Multisim軟件的熟悉，為了節約課堂時間，可以事先把教材中需要講解的電路模型搭建好，用到時直接調用即可。通過這種理論教學和軟件演示相輔相成的教學方式，使得學生把電路原理、工作波形和數學關系等緊密結合在一起，全面掌握模擬電路的基礎理論，更好地理解這門課程。

3.EDA技術在模擬電子技術實踐教學中的應用

模擬電子技術在傳統的教學過程中，實踐教學基本都是基于實驗平臺操作。實驗平臺的特點是安全、便于操作，但是平臺電路有限，只能覆蓋課程教學中一部分基礎電路，基于實驗平臺的實驗基本都是驗證型實驗，且操作過程中平臺電路元件易損壞，不能很好地達到鍛煉學生動手能力的目的。這就使得學校教學比工程實際滯后，不利于工科應用型人才的培養，造成學生眼高手低，進一步影響學生的就業和發展。因此，模擬電子技術實踐教學中引入仿真軟件，將平臺實驗和軟件虛擬實驗結合，先采用軟件對實驗進行設計仿真，后平臺實驗進行實際電路搭建，既加強了學生對理論的理解，又突出了學生的動手能力。實踐教學分成兩部分，第一部分是基本電路的驗證和演示實驗，加深學生對書本基礎理論的理解。該部分實驗相對比較簡單，學生主要在實驗平臺上進行操作，同時以Multisim仿真為輔，對一些在實驗平臺上難以操作的部分進行仿真驗證。如研究靜態工作點對電路動態性能的影響，實驗平臺操作只能觀察電路中的一個電阻參數改變對電路輸出波形的影響，而在虛擬仿真平臺上，可以對電路中所有涉及到靜態工作點的元件參數進行更改，進而觀察電路波形的變化，并且還可以連續改變元件參數對波形的變化進行實時觀測。第二部分是模擬電子技術課程設計，要求學生自己分析設計一個較大規模復雜模擬電路，給出嚴格的設計思路、理論推導和元件選型依據，在仿真軟件平臺上搭建出具體電路模型并通過仿真實驗驗證，然后進行實際電路焊接，充分發揮學生的主體作用，調動學生對該課程學習的主動性、積極性和創造性，提高學生對模擬電路的認識分析能力和創造能力。

4.結論