導語：如何才能寫好一篇示波器的原理和使用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】有源電力濾波器，消諧，應用

前言

針對非線性負荷和不平衡負載對電網和設備的危害日益嚴重，有源電力濾波器APF作為一種理想的諧波無功補償裝置，能夠對頻率和幅值均發(fā)生變化的諧波和無功進行補償，解決了傳統(tǒng)無源濾波器的不足，因此，對APF的研究、分析和應用具有十分重要的意義。

1.問題的提出

1.1安裝在煤機廠低壓補償柜上的DZ47-60/32微斷開關經常跳閘？

1.2安裝在市區(qū)配變臺架下的無功補償箱電容投不上？

經過諧波檢測儀檢測和初步分析，發(fā)現主要是以下原因：

對于問題1原因是：煤機廠有一臺高頻爐開機后產生高次諧波且幅值較大，經檢測Hi>80%；

對于問題2原因是：

（1）電壓高。變壓器低壓側出口電壓U>240V，而無功補償箱的控制器電壓判據是：U>240V時過壓保護動作。

（2）諧波電流大。經諧波測量儀測出：Himin=15%，Himax=60%，而控制器諧波判據為Hi>8%時電容器自動退出。

對于電壓高的問題可以通過調節(jié)母線電壓和變壓器分接頭來解決，但對于諧波超標就必須安裝消諧濾波裝置。

2.APF裝置模型的建立

APF裝置實際上是一個與負荷諧波電流反相位的補償電流源，有四部分組成，其結構圖如圖1：

（1）檢測部分：要求快速檢測負荷電流中的無功電流iq和諧波電流ih瞬時值；

（2）控制部分：根據檢測到的iq和ih向逆變電源部分各開關元件發(fā)出控制信號；

（3）逆變電源部分：采用控制極可關斷的晶閘管（GTO），或電力晶體管（GTR）及絕緣柵雙極晶體管（IGBT），用多種控制方式的脈沖寬度調制（PWM）技術，把直流電流或電壓轉換成幅值不變、寬度可調的高頻脈沖；

（4）輸出部分：由高頻濾波器和變壓器組成。將逆變電源輸出的高頻脈沖中的脈動成分濾除后補償電流經變壓器輸入系統(tǒng)。

3.解決方案

在高頻爐和無功補償箱上加裝有源濾波器（APF）。

4.APF的理論依據和消諧分析

4.1APF的理論依據

以日本赤木先生1980年提出的瞬時無功功率矢量控制理論，其主要思路是將供電系統(tǒng)的交流電壓通過矢量變換去除負荷電流中的有功基波電流，然后將其余電流歸結為補償電流矢量作為可控變量，從而抑制電網電壓波動、三相不平衡和諧波，從而提高電能質量。

4.2消諧分析

如圖2，將諧波源負荷電流i（t）按供電點電壓u（t）分解為與電壓波形相同且同相位的有功電流ip（t）和與其正交的無功電流iq（t）。即 i（t）=ip（t）+iq（t） 其中：ip（t）=KU（t） K為比例系數

系統(tǒng)向諧波源負荷供給的有功功率

電流i（t） 的無功分量：

由于不產生有功功率，APF只產生一個與iq幅值相等且反相的電流if，即if=-iq is=if+i=ip

因此，APF就把負荷電流中的全部諧波分量和基波無功分量完全補償，消除了注入系統(tǒng)的諧波電流。

5.結束語

通過在低壓補償柜和無功補償箱上加裝APF裝置，解決了無功補償裝置因諧波超標投不上的問題，又防止了高頻裝置因產生高幅值諧波電流引起的開關誤動。因此，綜合其自身特點可以推而廣之，可應用于配網低壓諧波超標、功率因數偏低以及沒裝消諧裝置的高頻裝置上，以限制或消除諧波、提高功率因數，極大的改善電能質量。

參考文獻

[1]中國國家標準 GB7251.1-2005.《低壓成套開關設備和控制設備1》[S]

[2]中國國家標準GB/T15576-2008.《低壓成套無功功率補償裝置》 [S]

[3]王兆安，楊君等.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[4]胡學之，皮大能.有源電力濾波器及其應用技術綜述[J].

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關鍵詞：數字示波器；模塊化；FPGA

中圖分類號：TM935文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)20-30375-02

The Design of Digital Oscilloscope

LIU Yan

(Tianjin Industry University, Information and Communication Engineering Institute, Tianjin 300160, China)

Abstract: The modern electronic digital oscilloscope is the most commonly measured angle of the apparatus, which is a can be used to observe, measure and record all kinds of transient voltage and wave to show their relationship with the time the electronic device. This article described the digital storage oscilloscope in detail and the principle features of this paper, a microcontroller and a programmable logic device to control the core of the design plan, and gave its hardware and software design of the structure and ideas.

Key words: Digital oscilloscopes;modular;FPGA

1 引言

數字示波器是智能化數字存儲示波器的簡稱，是模擬示波器技術、數字化測量技術、計算機技術的綜合產物。它能夠長期存儲波形，可進行負延時觸發(fā)，便于觀側單次過程和緩變信號，具有多種顯示方式和多種輸出方式，同時還可以進行數學計算和數據處理，功能擴展也十分方便，比普通模擬示波器具有更強大的功能，因此在電子電信類實驗室中使用越來越廣泛。

2 數字示波器的工作原理

數字存儲示波器不是將波形存儲在示波管內的存儲柵網上，而是存在存儲器中，因而存儲時間可以無限長。數字存儲示波器主要利用A/D轉換技術和數字存儲技術來工作，它能迅速捕捉瞬變信號并長期保存。該示波器首先對模擬信號進行高速采樣以獲得相應的數字數據并存儲，存儲器中儲存的數據用來在示波器的屏幕上重建信號波形；然后利用數字信號處理技術對采樣得到的數字信號進行相關處理與運算，從而獲得所需要的各種信號參數；最后，該示波器根據得到的信號參數繪制信號波形，并對被測信號進行實時、瞬態(tài)分析，以方便用戶了解信號質量，快速準確地進行故障診斷。數字存儲示波器將輸入模擬信號經過AD/轉換，變成數字信號，儲存在半導體存儲器RAM中，需要時將RAM中存儲的內容讀出顯示在LCD，或通過DA/轉換，將數字信號變換成模擬波形顯示在示波管上。數字存儲示波器框圖如圖l所示。數字存儲示波器可以采用實時采樣，每隔一個采樣周期采樣一次，可以觀察非周期信號川。數字示波器的采樣方式包括實時采樣和等效采樣(非實時采樣)。等效采樣又可以分為隨機采樣和順序采樣，等效采樣方式大多用于測量周期信號。數字示波器工作原理框架如圖1。

3 數字示波器的主要特點

與傳統(tǒng)的模擬示波器相比，數字存儲示波器有其非常突出的特點，其具體表現如下：(1)信號采樣速率大大提高數字存儲示波器首先在采樣速率上有較大地提高?？蓮淖畛醪蓸铀俾实扔趦杀稁捥岣咧廖灞渡踔潦?。相應對正弦波取樣引入的失真也從10%降低至3%甚至1%。(2)顯示更新速率更高數字存儲示波器的顯示更新速率最高可達每秒40萬個波形，因而在觀察偶發(fā)信號和捕捉毛刺脈沖方面更加方便。(3)波形的采樣、存儲與顯示可以分離在存儲階段，數字示波器可對快速信號采用較高的速率進行采樣與存儲，而對慢速信號則采用較低速率進行采樣與存儲;在顯示階段，不同頻率的信號讀出速度可以采用一個固定的速率并可以無閃爍地觀測極慢信號與單次信號，這是模擬示波器所無能為力的。(4)存儲時間長由于數字存儲示波器是把模擬信號用數字方式存儲起來，因此，其存儲時間理論上可以無限長。(5)顯示方式靈活多樣為適應對不同波形的觀測，數字存儲示波器有滾動顯示、刷新顯示、存儲顯示、插值顯示等多種顯示方式。(6)測量結果準確LCD上每個光點都對應存儲區(qū)內確定的數據。操作時可用面板上的控制裝置(如游標)在LCD上標示兩個被測點，以算出兩點間的電壓或電流，再利用計算機的字符顯示功能在LCD上直接顯示測量結果，從而減少了人為誤差，提高了測量的準確度。(7)觸發(fā)功能先進與模擬示波器不同，數字存儲示波器不僅能顯示觸發(fā)后的信號，而且能顯示觸發(fā)前的信號還可以任意選擇超前和滯后的時間。(8)便于程控并具有多種方式的輸出由于數字存儲示波器的主要部分是數字系統(tǒng)，又由微計算機管理，故可通過接口接受程序控制，也可通過接口用于各種方式的輸出。

4 數字存儲示波器的系統(tǒng)結構

示波器主要以微處理器、數字存儲器、A/D轉換器與D/A轉換器為核心，輸人信號經過A/D轉換器把模擬波形轉換成數字信息，存儲在數字存儲器內，顯示時再從存儲器中讀出。通過接口可以與計算機相連，利用機內微處理器系統(tǒng)對存儲的信號作進一步處理.也可以直接將數字信號送至液晶顯示器，這樣大大改進顯示特性，增強功能，便于程控化和智能化。比傳統(tǒng)數字示波器精確得多的實時波形采集技術，使數字測量更加精確，主要用于高精度測量和分析，以及組成自動測試系統(tǒng)。其主要性能指標包括采樣速率、帶寬、顯示更新速率、存儲深度等。

按照從整體到局部的系統(tǒng)設計原則，根據現代數字存儲示波器的性能指標要求和實際研制需要，首先確定所設計的DSO系統(tǒng)應該具備的功能和所需達到的性能。

（1）被測周期信號的頻率范圍為10Hz～10MHz，儀器輸入阻抗為1MW，顯示屏的刻度為8 div×10div，垂直分辨率為8bits，水平顯示分辨率≥20點/div。

（2）垂直靈敏度要求含1V/div、0.1V/div兩檔。電壓測量誤差≤5%。

（3）實時采樣速率≤1MSa/s，等效采樣速率≥200MSa/s；掃描速度要求含20ms/div、2μs /div、100 ns/div三檔，波形周期測量誤差≤5%。

（4）有自動設置功能，具有多種采集、觸發(fā)和顯示方式。

（5）儀器的觸發(fā)電路采用內觸發(fā)方式，要求上升沿觸發(fā)，觸發(fā)電平可調。

（6）系統(tǒng)失真小、精度高、抗干擾性強，能穩(wěn)定工作在各種工作環(huán)境中。

根據上述的設計指標要求，參考基于ARM+FPGA架構的系統(tǒng)設計原則，我們將本系統(tǒng)設計成由以下幾個子系統(tǒng)組成：模擬通道、數據采集和處理模塊、系統(tǒng)控制模塊、鍵盤與顯示模塊、電源模塊和系統(tǒng)監(jiān)控電路模塊。相應的結構框圖如圖2所示。通道2和外部觸發(fā)通道的輸入信號調理電路，信號調理電路是將通道和觸發(fā)信號進行放大或衰減、濾波等調理，把被測信號調節(jié)到VIPs=500mV～2V的ADC滿量程范圍。數據采集和處理模塊主要器件為高速ADC和FPGA。ADC負責將調理過的信號采集下來，FPGA根據觸發(fā)信號對采集下來的波形值進行接收、插值和存儲，并將存儲的波形值傳輸給ARM主控模塊進行后續(xù)的處理和顯示工作。考慮到系統(tǒng)對采樣速率的高要求，我們采用了并行采樣技術，利用兩個500M的ADC分別在時鐘信號的上升沿和下降沿采樣來實現最高1G的采樣速率。這樣不但可以降低數據的數率以便后端的處理，也減少了系統(tǒng)成本。系統(tǒng)控制模塊完成對系統(tǒng)其它模塊的控制，并接收FPGA傳輸來的波形值，根據鍵盤的操作對波形和菜單進行實時的顯示與更新。它還完成系統(tǒng)與上位機的通信。本系統(tǒng)對系統(tǒng)任務進行了合理的分割，引入了嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ來調度系統(tǒng)的各個任務。鍵盤與顯示模塊主要完成系統(tǒng)的人機交互工作以及波形和菜單的實時顯示和更新。本系統(tǒng)采用一個單片機單獨管理鍵盤，一個LCD顯示器作為系統(tǒng)的顯示部件。操作者每一次按鍵時，單片機都向主CPU發(fā)出一個中斷，主CPU響應鍵盤的中斷，并對鍵語進行分析，根據操作者的要求實時地更新菜單和波形。電源模塊完成對系統(tǒng)的供電功能；系統(tǒng)監(jiān)控電路模塊完成對整個系統(tǒng)運行狀況的實時監(jiān)控工作，一旦發(fā)生異常，復位整個系統(tǒng)。

5 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)采用硬件描述語言，VHDL，按模塊化方式進行設計，并將各模塊集成于FPCA芯片中，然后通過Quar-tusll4.1軟件開發(fā)平臺，對設計文件自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、綜合優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，最后對FPGA芯片進行編程，實現系統(tǒng)的設計要求。

系統(tǒng)主要實現的功能是提供良好的人機交互功能，包括顯示波形、鍵盤控制和通信等功能。系統(tǒng)軟件設計的目標是在硬件的基礎上，能實現所設計的各種功能，而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，實時性要高。本系統(tǒng)主要實現系統(tǒng)的初始化、信號的采集與轉換、存儲、顯示及通信等功能。本系統(tǒng)的軟件整體框架如圖3。初始化部分是系統(tǒng)加電后首先執(zhí)行的動作，主要完成的任務有：定義程序中使用的全局變量或數組，并對其進行初始化；對液晶進行復位，向液晶發(fā)初始化命令，清除液晶顯示緩沖區(qū)、初始化液晶模塊內部寄存器等；進入顯示主界面；設置默認的衰減/放大倍數；設置觸發(fā)產生電路的觸發(fā)信號比較電平；初始化鍵盤掃描電路；初始化觸發(fā)電路，其中包括觸發(fā)信號是來自內部還是外部，上升沿還是下降沿觸發(fā)，自動觸發(fā)還是單次觸發(fā)等；根據時基大小設置采樣時鐘的分頻比。初始

化完成后進入主循環(huán)，系統(tǒng)開始正常工作。初始化是保證系統(tǒng)正常運作的基礎，只有正確配置了CPU的工作模式寄存器、空間控制寄存器、中斷向量表等參數，CPU才能進入正常的工作狀態(tài)。參數提取是把系統(tǒng)軟件的狀態(tài)字、標志字、環(huán)境變量等常用參數從FLASH中讀取到RAM中。系統(tǒng)在初始化階段關閉中斷，當初始化完成后開中斷，響應數據采集中斷、定時中斷和復位中斷。

主循環(huán)部分主要工作是負責正常顯示時的數據處理和波形顯示，它根據不同的顯示狀調用相應的處理和顯示程序。數據采集和顯示過程中，主程序首先判斷采樣是否結束，如果結束，再判斷系統(tǒng)是否處于掃描模式。

6 結束語

利用本文提出的以單片機和可編程邏輯器件為控制核心的數字存儲示波器可以實現波形的采集、存儲、參數的處理與計算等功能，而且輕巧便攜、簡單實用。而利用該示波器的通訊功能還可以與外部計算機相連以進行更為復雜的數據運算、分析和處理，從而為工業(yè)現場應用和科學研究提供很大的方便。要數字存儲示波器它與模擬示波器相比，具有極強的優(yōu)越性，且隨著科學技術的不斷進步和其制造成本及市場價格的不斷下降，其發(fā)展前景十分看好。

參考文獻：

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[3] 熊開盛,董兆鑫.簡易數字存儲示波器中信號顯示模塊的設計[J].武漢工程大學學報,2007(01).

[4] 李維森.當代數字示波器的發(fā)展應用[J].中國電子商情（基礎電子）,2007(Z1).

[5] 將示波器用于高速數字系統(tǒng)設計與調試[J].電子設計技術,2007(06).

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關鍵詞：電子測量 教學方法 理論教學 實驗教學

中圖分類號：G642.4

文獻標識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.128

1 引言

現代科學技術的發(fā)展，如現代數學、物理學、微電子學、材料學等科學的發(fā)展為電子測量技術的發(fā)展創(chuàng)造了條件。電子測量技術的發(fā)展又為各行各業(yè)科學技術的發(fā)展提供了有利的工具，推動了現代科學技術的發(fā)展與進步。當今的各行各業(yè)都離不開電子測量技術和電子測量儀器，甚至在一些原先與“電”無關的專業(yè)，如化學、生物、醫(yī)學、土木建筑等行業(yè)也都得到了充分的利用。各式各樣的精密電子測量儀器在各種實驗室里早已成為不可替代的基本工具和設備，因此電子測量技術的課程絕對不是可有可無的。當代大學生、研究生必須把電子測量技術和儀器作為一門基本功，認真學好。不論哪行哪業(yè)，在今后的工作中都將會大有益處、受益非淺。《電子測量技術》如此重要，如何更有效的展開本課程的教學工作，是一個值得我們深思的問題，本文筆者從理論教學和實踐教學兩個方面對《電子測量技術》課程的教學方法進行探索與實踐。

2 理論教學

電子測量技術課程的內容主要包括電路參數測量、頻譜分析、時域信號的測量、晶體管特性測量等電子測量的基本原理和測量誤差分析，并包含了相關電子測量儀器的工作原理、性能指標、實際應用和相關儀器的最新成果等。與很多課程一樣，該課程的理論內容非常枯燥，如果在教學過程中將理論內容和實驗內容嚴重脫節(jié)，只是一味的介紹理論知識，將使得學生無法全面掌握電子測量的核心技術。若要出色的完成這門課程的教學是一項非常有挑戰(zhàn)性的任務。理論教學工作作者是從教材選擇、教師的自我提高、逆向思維教學法三個方面展開的。

2.1 教材的選擇

一本好的教材不僅可以使教師易教，大大提高教學效果和教學質量，而且還可引導教學改革和教學思想的轉變，而且可使學生易學，啟發(fā)學生思維、引導學生創(chuàng)新。

筆者選用的教材是電子工業(yè)出版社出版的由桂林電子科技大學陳尚松等編寫的《電子測量與儀器》，該書按高等學校電子信息科學與工程類專業(yè)的教學要求編寫，教材中的內容與時俱進，技術上跟進更新。書中的內容是按發(fā)展歷程講解儀器原理，容易入門，敘述深入淺出，圖文并茂，宜學宜懂，同時也包含了擴展或深入的內容可供教學和科研的不同需求選用；該書的具體內容做到了理論聯系實際，既講電子測量原理，又講具體儀器應用，通過實例與儀器型號參數介紹，加深對儀器的認識和對國內外技術水平的了解。在內容上每章均附本章要點、小結和思考題與習題，便于學生預習、復習和總結。

2.2 教師的自我提高

在任何一門課程的教學過程中教師都具有主導作用，教師知識水平的提高可使教學質量得到有效地提高。我們知道電子技術的發(fā)展是非常迅速的，電子產品的發(fā)展速度呈摩爾定律所描述的規(guī)律，即集成電路的規(guī)模和微處理器的性能每18個月都會提高一倍，在這一速度的帶動下各種電子測量儀器的生產廠家不斷發(fā)展更新自己的產品。作為《電子測量技術》的教師，一方面應該時刻關注研制和生產電子測量儀器的商家的產品動態(tài)，要實時關注Aglient、Tektronix等這些大的電子儀器生產廠家的產品動態(tài)，定期查閱他們產品的資料，用來深化和擴展教學內容，將這些新內容、新知識在課堂上呈現給學生，豐富課堂內容激發(fā)學生的學習興趣和熱情，拓寬學生視野做到與時俱進；另一方面教師要主動進行電子測量方面的科學研究，促使教師對該方面的知識有更深入的理解，多參加學術交流會議，到科研水平較高的國內國際會議或其它相關的平臺學習，通過與他人交流學習來提高教師自身的水平。

2.3 逆向思維教學法

任何一門課的理論學習都是一個枯燥的過程，如何化枯燥的理論學習為一個有趣的學習過程也是教師要思考的一項重要內容。這要求教師明確教學目的，在雙重考慮教學目的和本專業(yè)實際情況的條件下，選取授課內容和授課方法。本課程主要介紹電子測量的原理及儀器使用部分，教師將理論教學的陣地從教室轉移到實驗室，直接面對儀器教學，使用逆向思維的方法進行理論教學，先從教學生如何使用測量儀器開始，讓學生對儀器的結構有一個直觀的感性認識，懂得儀器的各個旋扭或按鍵分別實現了什么功能，以及各旋扭或按鍵間如何協調工作，以使用過程中遇到的問題引發(fā)對理論知識的思考與學習。

以信號源和示波器的教學為例，這一教學過程將第三章和第六章的內容結合起來，先對信號源和示波器兩種儀器的表面結構進行講解，讓學生使用示波器測量信號源輸出的信號，學生使用儀器并利用儀器觀察到信號后學習積極性也被調動起來，教師由實際操作引導理論知識的學習。如在信號源的使用過程中，信號的形狀會發(fā)生變化，由此引出怎樣才能使信號的波形發(fā)生改變，這就指引學生去學習“函數信號發(fā)生器的基本組成”部分的內容，這里講解了常見信號波形的產生和轉換方法；再如我們可以從示波器上觀察到信號源的頻率可以從低頻段調到調頻段，在同一頻段內頻率也會在一定范圍內發(fā)生變化，信號源是如何實現這些頻率變化的呢？帶著這樣的問題能引導學生學習信號源內部電路設計中的多種頻率合成方法。在示波器的使用過程中同樣提出問題，引導學生去學習示波器的理論內容，如打開示波器觀察到光點，通過輝度與聚焦的調整引導學生學習示波管的原理及構造，這一顯示原理也用于其他的顯示設備上，如頻譜儀、掃頻儀等，做到觸類旁通；通過示波器的觸發(fā)模式調節(jié)鍵觀察不同觸發(fā)模式下信號的顯示變化，反過來引導學生去研究是怎樣的設計變化促使了顯示屏信號的相應變化，帶著學生學習示波器X通道中的觸發(fā)電路的組成、觸發(fā)耦合方式、觸發(fā)電平、觸發(fā)極性等知識；再如使用示波器觀察信號源的同一個信號波形時，通過調節(jié)垂直或水平偏轉旋扭觀察信號波形的變化，為何會出現這種變化？帶著同樣的思考引導學生學習X通道、Y通道的放大電路設計等等。

3 實驗教學

本課程的實驗教學采取驗證性實驗和設計性實驗相結合的策略。

3.1 驗證性實驗

驗證性實驗的目的是讓學生通過操作各個實驗項目，使他們對電子測量的基本概念、原理及方法有更加深入的認識和理解，培養(yǎng)學生獨立思考的習慣，提高學生理論聯系實際的能力和分析、解決問題的能力。在本課程的理論教學過程中，學生已基本掌握了實驗所用用儀器的操作和使用方法，學會利用現有設備采取正確方案進行一些簡單的測試測量。教師設計一些具有鍛煉學生思考能力的實驗給學生。如：通用計數器的應用，該實驗要求學生理解通用智能計數器工作原理，掌握測量頻率周期的測量方法及其檢定高頻信號源頻率準確度，熟悉計數器的其他擴展功能；再如通用示波器的應用，要求學生理解示波器的工作原理、技術指標，熟練掌握通用示波器測試信號參數的方法等。

3.2 設計性實驗

《電子測量技術》課程綜合運用了電子、計算機、通信、控制等方面的技術知識，教師結合本專業(yè)的基礎課程，設計了本課程的設計訓練題目，目的是培養(yǎng)學生將科學理論與實際工程相結合的能力，通過設計訓練，要求學生在掌握電子測量儀器基本理論的基礎上，能根據所學知識綜合設計簡單的測量電路，運用單片機、FPGA、Protel等工具對簡易電子測量系統(tǒng)進行仿真與設計，從而提高學生的創(chuàng)新設計實踐能力。

設計題目主要有簡易信號源設計、簡易計數器設計、簡易頻率計設計、簡單的數據采集卡設計等，讓學生通過這些題目進一步對課本理論知識進行深入的學習。設計要求學生首先要寫出《設計任務書》，包括以下內容：第一，儀器名稱、用途、特點及簡要設計思想；第二，主要技術指標；第三，儀器應具備的功能；第四，儀器的設備規(guī)模；第五，系統(tǒng)的操作規(guī)范等。該任務書反映同學的設計目標，同時也是教師作為設計完畢進行驗收的依據。在設計之前要先學習基本的設計方法；在設計過程中除寫好《設計任務書》外，還要做到理論聯系實際，實現書本知識到工程實踐的過渡，要求學生在每一步設計結束要及時與教師溝通，盡可能完善設計工作。硬件電路設計前要畫好硬件原理框圖，過程中要繪制詳細的電路圖，仿真無誤后方可制作電路板；硬件完成后要規(guī)劃軟件控制流程圖，根據流程圖逐步、逐點編寫程序；最后進入軟、硬件聯調、實驗，最后還要撰寫設計報告。教師根據任務書中的指標逐項檢查設計成品。

通過課程設計同學們學習了硬件電路設計、軟件程序設計、電路調試等知識，使學生深入理解并掌握了測量儀器的基本原理，硬件結構和工作原理。掌握程序的編制方法和程序調試的方法，掌握常用接口的設計及使用。學生為其它課程、項目和畢業(yè)設計做了大量的知識儲備，也為將來在自動化、智能檢測、電子信息工程、測試計量技術及儀器、電子科學與技術及其它領域工作打下良好基礎及應用實踐能力。

4 結論

作者在課程教學過程中采用理論教學與實驗教學相結合的教學模式。教師在“做中教”，學生在“做中學”。教師充分利用實驗室現有的實驗儀器、智能儀器控制軟件、虛擬儀器軟件等，較為全面地介紹電子測量技術的基本知識、電子測量儀器及測試系統(tǒng)的工作原理以及它們在工程實際中的具體應用，讓學生盡可能廣的學習到本課程所涉及的專業(yè)知識。經實踐，本文提出的理論教學和實驗教學方法證明了該方法的構建激發(fā)了學生的學習興趣，鞏固和加深了學生對理論知識的掌握與理解，提高了學生分析問題和解決問題的能力并加大了授課的信息量，符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)和社會發(fā)展的要求。

參考文獻：

【1】陳尚松，郭慶，雷加.電子測量與儀器【M】.電子工業(yè)出版社，2012.

【2】范澤良，王永奇.電子測量與儀器【M】.清華大學出版社，2010.

篇4

關鍵詞：自動控制原理；實驗教學模式；虛擬實驗

作者簡介：任琦梅（1978-），女，河南平頂山人，河南城建學院電氣與信息工程學院，講師；董燕飛（1976-），女，河南平頂山人，河南城建學院電氣與信息工程學院，副教授。（河南 平頂山 467036）

基金項目：本文系河南城建學院2013年度科學研究基金項目（項目編號：2013JZD007）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0139-02

“自動控制原理”是自動化及相關專業(yè)必修的一門重要的專業(yè)基礎課，是一門理論性較強的工程科學，概念抽象，內容豐富，涉及知識面廣。實驗教學是自動控制原理教學的重要組成部分，通過實驗可以使學生加深對理論知識的理解，并且初步將理論知識應用于工程實際。如何有效地組織實驗教學，提高學生的工程應用能力、創(chuàng)新能力和綜合素質，是實驗教學改革中重要的研究內容。筆者結合幾年來自控原理實驗教學的經驗，對常見的一些實驗方式進行分析，對實驗教學模式進行探討。

一、常見的實驗方式

1.采用信號發(fā)生器、模擬實驗箱和慢掃描示波器構成實驗平臺

這種實驗方式是在實驗箱上用運算放大器、電阻、電容等元件搭建電路，模擬典型環(huán)節(jié)或系統(tǒng)，由函數信號發(fā)生器提供階躍、脈沖、正弦波等信號作為環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的輸入信號，在慢掃描示波器上把響應曲線顯示出來。

（1）優(yōu)點：學生在實驗過程中通過搭建電路可以對控制系統(tǒng)的構成有一個感性的認識；進一步練習和熟悉信號發(fā)生器、慢掃描示波器等儀器的使用，提高學生的動手能力。

（2）缺點：因為系統(tǒng)的階躍響應過渡過程很快，普通示波器無法顯示，因此需要使用慢掃描示波器，增加了實驗室建設的成本；實驗的主要目的是對控制原理中抽象的理論知識有更深的理解，但學生在實驗過程中要花大量的時間來連接線路和調試儀器，容易忽視對實驗結果的分析；實驗中經常會受到元件參數不穩(wěn)定的影響和設備條件的限制，使實驗值和理論值不相吻合或誤差過大，導致學生產生錯誤的理解；某些內容無法實驗，或實驗結果不直觀、不準確：如根軌跡部分無法進行實驗；頻率特性部分Bode圖需根據示波器得到的李薩育圖形進行計算描點繪制，Nyquist圖需根據測出的數據描點繪制。

2.采用模擬實驗箱、AD/DA轉換卡、計算機構成實驗平臺

這種實驗方式也是在模擬實驗箱上搭建電路來模擬典型環(huán)節(jié)或系統(tǒng)，模擬實驗箱和計算機通過A/D、D/A轉換卡和數據線進行通信，由計算機產生各種典型輸入信號，經過A/D轉換后送給模擬電路，輸出信號經過D/A轉換后送到計算機中進行顯示。

如典型二階系統(tǒng)的階躍響應實驗，模擬電路圖如圖1所示：

（1）優(yōu)點：和第一種實驗方式一樣，學生在實驗過程中通過搭建電路可以對控制系統(tǒng)的構成有一個感性的認識；計算機代替了函數信號發(fā)生器和慢掃描示波器的作用，降低了實驗室建設成本；實驗過程中無需過多調試儀器，實驗過程變得簡單，節(jié)省了實驗時間，使學生可以把重點放在對實驗結果的分析上；計算機強大的處理功能使實驗結果更加準確直觀，測量方便：如階躍響應曲線上超調量和調整時間可以直接讀數，頻率特性實驗中可以直接顯示Bode圖和Nyquist圖。

（2）缺點：仍然沒有解決根軌跡部分無法做實驗的問題；做系統(tǒng)校正實驗或高階系統(tǒng)實驗時，實驗線路連接麻煩，出錯時不容易檢查，且修改系統(tǒng)參數不方便；實驗結果的準確性和實驗項目的設置對實驗軟件有依賴性，不能很靈活地自行設置實驗內容。

3.利用MATLAB軟件進行仿真實驗

這種實驗方式是利用MATLAB和SIMULINK軟件強大的仿真能力，通過軟件編程的方法在計算機上實現環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的構建、參數的修改、輸入信號的產生和實驗結果的顯示。

也以典型二階系統(tǒng)的階躍響應實驗為例，在MATLAB軟件命令窗口輸入以下程序：

wn=1；t=[0：0.1：15]；

for z=[0：0.1：1，1.5，2]；

num=wn^2；

den=[1 2*z*wn wn^2]；

step（num，den，t）

hold on

end

hold off

即可得到圖2所示相應曲線，圖中自動以不同顏色分別顯示阻尼比為0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2時的階躍響應曲線，對比分析性能非常方便。

也可以在SIMULINK中建立二階系統(tǒng)的模型，類似系統(tǒng)框圖的形式，在輸入端接階躍信號模塊，輸出端接示波器模塊，仿真后也可得到系統(tǒng)的響應曲線。

（1）優(yōu)點：MATLAB軟件具有強大的數據處理和圖形處理的能力，且編程方法簡單易懂，實驗結果更加準確直觀；對根軌跡等部分在常規(guī)實驗平臺上無法進行的內容可以很容易地進行實驗；系統(tǒng)模型用軟件實現使得系統(tǒng)結構和參數的修改非常容易；SIMULINK中結構圖的模型表示方法與理論教學中一致，加深學生對理論知識的理解；可以自行設計實驗項目和實驗內容，很方便地進行設計性實驗。

（2）缺點：直接用軟件編程進行實驗，使學生缺乏對實際系統(tǒng)的感性認識?！翱刂葡到y(tǒng)仿真”課程往往在“自動控制原理”課程之后開設，學生在實驗時對MATLAB語言和環(huán)境不熟悉，可能需要花大量時間在MATLAB編程上，而忽略了對實驗結果的分析。

4.利用研發(fā)的虛擬實驗系統(tǒng)進行實驗

基于一些仿真功能強大且交互性好的軟件（如MATLAB、EWB、LabVIEW等），根據實驗項目和實驗內容，研發(fā)界面友好的虛擬實驗系統(tǒng)。學生在研發(fā)的虛擬實驗系統(tǒng)上進行仿真實驗。

同樣以典型二階系統(tǒng)的階躍響應為例，圖3是筆者研發(fā)的虛擬實驗系統(tǒng)實驗界面：

實驗界面上顯示了典型二階系統(tǒng)的模擬電路圖、系統(tǒng)框圖和傳遞函數，在輸入參數面板相應位置輸入電阻R1和電容C的值，點擊控制面板上的“繪制出曲線”即可在左側示波器位置顯示出響應曲線，系統(tǒng)的相關參數和性能指標同步顯示出來。

（1）優(yōu)點：實驗過程簡單，學生無需進行編程，根據提示搭建電路或改變參數即可得到實驗結果，著重對實驗結果的分析，提高了實驗效率；實驗結果準確直觀，響應曲線、根軌跡、Bode圖等清晰明了，便于學生對比分析；增設綜合性、設計性實驗，實驗項目更加豐富，學生也可自行設計實驗內容，提高學生的創(chuàng)新能力；實驗形式更靈活、更開放，突破了時間、空間和實驗條件的限制，只要有計算機即可進行實驗，學生可自主選擇時間和地點。

（2）缺點：學生通過虛擬環(huán)境進行實驗，不接觸實際器件和搭建電路，容易缺乏對控制系統(tǒng)的感性認識；仿真結果在理想情況下進行，實際系統(tǒng)的故障和異常運行情況不能完全反映，學生缺少對實際問題的分析。

二、結論

通過對上述實驗方式的比較，傳統(tǒng)的模擬實驗教學模式可以增加學生對控制系統(tǒng)的感性認識，提高學生的動手能力和分析問題、解決問題的能力；虛擬仿真實驗教學模式靈活方便，可以拓展學生的思維，進行更復雜的系統(tǒng)分析，并增加設計性實驗項目，提高學生的創(chuàng)新能力。將虛擬仿真實驗和物理實驗結合起來更有利于提高學生自動控制理論分析設計和計算機仿真與系統(tǒng)調試的綜合能力，提高學生的工程實踐應用能力。

綜合實驗成本和實驗效果的考慮，多數高校現在采用的是第2種和第3種實驗方式配合使用，對簡單的環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的階躍響應實驗用第二種實驗平臺，使學生對實際系統(tǒng)有一個感性的認識，對復雜的高階系統(tǒng)、根軌跡、系統(tǒng)校正等實驗用第三種實驗方法，使學生對抽象的理論知識有更深的理解。

從虛擬實驗的角度來說，第4種方法要優(yōu)于第3種方法，可以使不熟悉仿真軟件的學生從相對復雜的編程過程中解脫出來，把實驗的重心放到系統(tǒng)的分析和設計上。部分高校已經進行了自動控制原理虛擬實驗的研究并開發(fā)了一些虛擬實驗教學系統(tǒng)，但其規(guī)范性、通用性和開放性有待改進。對此進行深入研究，設計出界面友好、操作簡便、實驗項目合理豐富、通用性強的自動控制原理虛擬實驗系統(tǒng)，不僅能有效提高自動控制原理課程的實驗教學效果，也可以為許多電氣電子類課程開設實驗提供新的思路。

參考文獻：

[1]夏德鈐.自動控制理論[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2]肖理慶，李巍.“自動控制原理”實驗教學改革[J].電氣電子教學學報，2012，（3）.

篇5

【關鍵詞】地震數據采集；濾波系統(tǒng)；測試驗證

隨著近代電子技術的發(fā)展，地球物理勘探技術在不斷進步，作為最重要的地球物理勘探方法―地震勘探也在飛速的發(fā)展，無論是數據采集技術、儀器的升級改造方面，都得到了很大程度的提升。野外地震數據采集是地震勘探最重要的過程，它包括對地震信號的采集、地

震信號的放大和濾波處理、信號的預存儲，能否在數據采集過程中消除干擾，高精度地采集到所需要的有效信號，是后期數據的正確處理和解譯的關鍵，通常采用一定性能的濾波器對噪聲信號進行處理，本設計結合當前地震勘探數據采集處理的要求和電子技術發(fā)展的現狀，設計了基于FPGA的信號濾波系統(tǒng)。

1.濾波系統(tǒng)的設計與實現

地震數據采集的關鍵是地震波信號，它是地震勘探時利用人工激發(fā)產生的，在彈性不同的地層內傳播規(guī)律來勘探地下地質情況的信號。

由圖1可以看出，野外數據采集過程中能否消除干擾，高精度地采集到所需要的有效信號，是后期數據的正確處理和解譯的關鍵，地震數據解譯的正確與否又關系到后續(xù)工作的開展。數字濾波器主要有無限沖激響應數字數字濾波器（IIR數字濾波器）和有限沖激響應數字濾波器（FIR數字濾波器）。與IIR數字濾波器相比，FIR數字濾波器最顯著的優(yōu)點就是可以在設計任意幅頻特性的同時，保證了嚴格的線性相位。線性相位對于一些性能較高的系統(tǒng)是非常重要的，所以FIR濾波器較IIR濾波器在現代信號處理中獲得了廣泛的應用。

1.1 FIR濾波器實現原理

FIR濾波器是指系統(tǒng)的單位沖擊響應僅在有限的范圍內有非零值的濾波器。FIR系統(tǒng)只有零點，因此這類系統(tǒng)不像IIR系統(tǒng)那樣易取得比較好的通帶和阻帶衰減特性。但FIR系統(tǒng)有自己突出的優(yōu)點為易實現精確地線性相位，FDAtool為MATLAB自帶工具軟件，適合的濾波器結構為直接型結構，如圖2所示。

對應FDAtool工具箱對應FIR濾波器為卷積型結構，關鍵求出系統(tǒng)單位沖擊響應。系統(tǒng)函數為：

式中：N為濾波器階數；為輸出信號；為濾波器系數；為濾波后信號；

基于微處理器平臺編寫程序用迭代法簡單方便，把公式（2）展開，初始輸出前N個點數據有一定誤差，當輸入數據點數大于濾波器階數N時，輸出濾波指標達到系統(tǒng)要求。

1.2 FIR濾波器硬件實現

作為地震儀的核心，整個采集濾波系統(tǒng)主要包括兩部分：前端的預處理模塊和濾波器模塊。該系統(tǒng)的主要任務是根據實際野外勘探要求，對檢波器采集到的地震數據進行噪聲濾波處理，以獲取有效的地質構造概括等相關信息。實際中理想采樣是不存在的。在實際采樣系統(tǒng)中，信號經過采樣后，其頻率分量隨著頻率的的增加而不斷的衰減，且在等于采樣頻率一半處衰減為零。所以在不做均衡的情況下，必須保證采樣頻率足夠高。本文設計的FIR數字濾波器為低通濾波器，采樣率為4M，截止頻率為500kHz。因此采樣保持電路的驅動時鐘頻率為4MHz這里信號恢復低通濾波器截止頻率選取為1.3M低通濾波器，這是結合理論和實驗得到的。硬件原理圖如圖3所示。

2.濾波系統(tǒng)的測試與分析

2.1 測試方法

輸入不同頻率的正弦波，觀測輸出正弦波的幅度，同時比較輸入、輸出波形，得出輸入、輸出波形的相位差。

由于輸出波形肯定滯后于輸入波形，所以相位差必然為負數。為了更精確的得到相位關系，測試時不直接在示波器上測試，而是將數字示波器各組波形存儲在計算機上，在計算機上采用示波器軟件Ultrascope，用時間軸測出兩個對應的峰值的時間差，根據輸入正弦頻率的，計算出相位差。如圖4所示，輸入正弦頻率60KHz，輸出應該滯后與輸入波形，用兩個時間軸分別對準輸入輸出信號對應的波峰，讀出時間差為12.47us，那么這兩個波形的相位差為-269.352。本文中測量相位差時均先記錄相位差的范圍為0°到-360°，這是由于小于-360°可以等效在0°到-360°范圍內的相位差。理論設計的數字濾波器相頻特性表明，該濾波器在阻帶截止頻率內有線性相位，因此只測試輸入信號頻率小于600kHz的樣本的相位差。

2.2 測試結果及數據分析

如圖4所示，濾波器的輸入和輸出波形均為正弦波，無明顯失真。說明濾波器在處理單頻信號時，引入其他諧波干擾在合理范圍內。在測試FIR濾波器時，輸入正弦信號幅度為1.0V，輸入信號的步進為20kHz。但是由于示波器的測量數據可能與信號源顯示數據不同，再加上示波器的線可能衰減高頻信號，所以輸入信號的幅度必須測量，根據測試得到的數據可以畫出實際濾波幅頻特性。

從圖5可以看出，幅頻曲線為一個低通濾波器。分析數據得到實測數據相對于理論數據通帶無紋波，這應是測試誤差造成的，但總體符合理論設計。在過渡帶頻率的信號衰減大于理論衰減，這應是由抗混疊濾波器和信號恢復濾波器的衰減引起，但偏大的衰減出現在過渡帶，不影響濾波器性能這表明，抗混疊濾波器和信號恢復濾波器會影響系統(tǒng)特性，設計時應注意選擇這兩個濾波器的指標。同時可以觀察到，輸入信號頻率繼續(xù)增大時，實際衰減沒有理論衰減大。在測試中發(fā)現，如圖6所示，在測試阻帶中的樣本時發(fā)現正弦波上疊加了噪聲，這造成了測試時讀出的峰峰值增大。由于通帶和過渡帶信號樣本幅度較大，噪聲對衰減的計算影響較小。而由于阻帶內濾波器輸出信號較小，干擾的幅度對衰減計算影響較大。測試表明，當電源空載時電源和地之間存在20mV左右紋波，這個干擾應是由電源引入的。因此在實際應用中，應使用紋波小的電源，以減小電源引入的干擾。

3.結論

數字信號處理在生物醫(yī)學、圖像視頻、雷達、通信、航空航天以及地球物理探測等領域都有廣泛應用。數字信號處理技術已經逐步取代了模擬信號處理技術的主導地位，使地震勘探發(fā)生了質的飛越。在采集模塊前端運用高精度ADC將模擬信號轉換為數字信號，整個地震數據信號處理過程就以數字化的形式進行，實時根據數據處理要求編程實現各種功能，有利于大規(guī)模的地震數據的快速批量處理，大大簡化信息分類、查找等過程，為了提高信噪比，獲得精確、可靠的反演和解釋結果，本文設計了高速的濾波系統(tǒng)，提高了信號的采集準確性，測試結果表明設計效果較好。

參考文獻

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[2]胡文靜，陳松，劉翔.基于FPGA的嵌入式程控數字濾波器實現研究[J].子器件，2009，32（6）：1040-1042.

[3]徐瑤瑞.抗混疊濾波器的原理及TLC1564在神經誘發(fā)電位檢測儀中的應用[J].醫(yī)療裝備，2009，2（12）18.

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[7]吳黎慧，蒲南江，高磊.基于FPGA的FIR濾波器的誤差分析[J].子測試，2011，34（08）：56-58.

篇6

【關鍵詞】仿真軟件;電工電子教學

電工電子是高職校工科電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，為后續(xù)課程準備必要的基礎知識，對培養(yǎng)學生的電工基礎知識、基本能力和綜合素質具有其他電類課程不能替代的重要作用。該課程理論嚴密、物理概念多、邏輯性強，與工程技術及生活實際聯系緊密，常常需要就宏觀現象進行微觀解釋。

該課程不但要求學生掌握電路的基本原理和計算方法，更重要的是培養(yǎng)學生對電路的分析、設計及實際應用的能力。然而在進行電子線路教學中，由于學生對電子元器件及實際電子線路缺乏感性認識， 因此教師感到難教、學生感到難學，所以需要大量的電子線路實驗來輔助教學。

為了滿足電子線路教學實驗的要求， 需要配置大量的電子設備、儀器、儀表、電子元器件、工具等。另外還需配備一定數量的、具有豐富實踐經驗的實習指導教師。因此學校有限的教學資源與學生日益增長的教學實驗需求形成了一個較難解決的矛盾，所以在目前的教學條件下如何提高電子線路教學實驗的開出率一直是一個重點也是一個難點。如今，利用計算機輔助教學就能有效地解決這一問題

一、仿真軟件在電工電子課程理論教學中的作用

將計算機仿真軟件引入電工電子課程教學，使理論教學與虛擬仿真實驗緊密結合，能夠使教學知識點更加容易理解、抽象的知識變得更加直觀。學生在學習專業(yè)知識的同時也學習工具軟件的使用方法，能更好地適應社會需要。

仿真實驗能設置故障狀態(tài)和極限狀況，不會造成元器件和實驗儀器的損壞。仿真軟件逼真的界面及人機交互，可以產生身臨真實的實驗環(huán)境的感受。在電工電子教學環(huán)節(jié)，仿真實驗作為一種展示性的輔助教學手段，便于教師解釋復雜的物理過程或強調概念和原理，調動學生學習的積極性和主動性。

二、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學效果

現在我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用多媒體同步演示，顯示實驗結果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。下面是我們具體應用仿真軟件來仿真的兩個實例。在電工基礎課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實驗中涉及的儀器儀表較多，學生在做實驗時經常的到處出錯，實驗效果很差，但在做實驗之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實驗要做的內容，強調實驗過程中容易出現的錯誤，這樣學生在真正做實驗時就比較熟悉，達到了舉一反三的效果。

又比如講星形負載電路結構時，講到星形對稱負載有中線時，中線電流為零，中線不起作用，學生覺得抽象，但是用EWB仿真軟件做一下該實驗時，測其中線電流為零，去掉中線后，對電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當三相負載不對稱時，中線電流不為零，但相電壓卻對稱，從而給學生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。

得出結論后，讓學生在理解的基礎上記定性的一些結論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時， 三極管具有放大和反相的作用，學生理解起來非常困難。我們利用EWB仿真軟件來仿真電路，用示波器來觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學生先有了感性認識后，理論的講解聽起來就更輕松了，從而使上課達到了事半功倍的效果。

三、仿真軟件簡介

目前高等院校使用的軟件大多為EWB、Protel、Multisim等，這些軟件具有電路的邏輯編輯、化簡、綜合、構建、仿真測試功能。仿真軟件或用仿真軟件構成的虛擬實驗臺，它是不能取代傳統(tǒng)的電工電子實驗的，只能起到輔助的作用。

Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。它是一個完整的設計工具系統(tǒng)，具有一個龐大的元件數據庫，并提供原理圖輸入接口，可以進行從原理圖到PCB布線工具包的無縫數據傳輸。其中Multisim易學易用，便于學生進行綜合性的設計、實驗，有利于培養(yǎng)學生的綜合分析能力、開發(fā)能力和創(chuàng)新能力。

MATLAB是一套高性能的數值計算和可視化軟件。它最重要的特點是易于擴展，允許用戶自行建立完成指定功能的M文件，從而構成適合其他領域的工具箱，這大大擴大了MATLAB的應用范圍。MATLAB作為編程語言可視化工具，具有豐富可靠的矩陣運算、圖形繪制、數據和圖像處理及交互式編程等功能，可解決工程、科學計算和數學學科中的許多問題，目前在信號處理、控制系統(tǒng)的仿真和神經網絡的研究等方面都有廣泛的應用。SIMULINK是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散或者兩者混合的線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的仿真軟件用差分方程和微分方程建模相比具有直觀、方便、靈活的特點。

四、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學效果

現在我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用多媒體同步演示，顯示實驗結果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。下面是我們具體應用仿真軟件來仿真的兩個實例。在電工基礎課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實驗中涉及的儀器儀表較多，學生在做實驗時經常的到處出錯，實驗效果很差，但在做實驗之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實驗要做的內容，強調實驗過程中容易出現的錯誤，這樣學生在真正做實驗時就比較熟悉，達到了舉一反三的效果。

又比如講星形負載電路結構時，講到星形對稱負載有中線時，中線電流為零，中線不起作用，學生覺得抽象，但是用仿真軟件做一下該實驗時，測其中線電流為零，去掉中線后，對電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當三相負載不對稱時，中線電流不為零，但相電壓卻對稱，從而給學生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。得出結論后，讓學生在理解的基礎上記定性的一些結論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時， 三極管具有放大和反相的作用， 學生理解起來非常困難。我們利用仿真軟件來仿真電路，用示波器來觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學生先有了感性認識后，理論的講解聽起來就更輕松了，從而使上課達到了事半功倍的效果。

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關鍵詞：激光振鏡；差分數字信號；數模轉換；振鏡定位誤差

中圖分類號：TN249 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）04-0108-01

1 引言

振鏡作為激光掃描加工的關鍵部件，已經廣泛應用于激光打標、激光精密切割、激光遠程焊接等領域[1]。一直以來，控制卡輸出模擬信號直接控制激光振鏡是常見方式。隨著加工精度以及設備自動化程度的要求越來越高，模擬信號控制的弊端也日益顯露。數字信號為離散的二進制碼，有很強的抗干擾能力；振鏡驅動電路將數字命令轉換為需要的控制信號。由于振鏡外殼可實現良好的電磁屏蔽，因此控制信號的噪聲水平明顯低于直接接收控制卡輸出的模擬信號，從而顯著提高振鏡掃描定位精度。

2 差分數字信號控制激光振鏡的原理和實現方式

振鏡使用擺動伺服電機，電機帶動固定于轉軸上的激光反射鏡在一定范圍內扇形擺動，實現激光掃描[2]?？刂齐妷号c擺角成線性比例關系，

V=Vmax?θ/θmax （1）

其中θ為轉軸實際位置，V為擺動到該位置的控制信號電壓。以實際擺角為最大擺角的0.01%為例，如擺角極限θmax為±11.25°（機械角），對應控制信號電壓Vmax為±5V，實際角度即為±0.001125°，相應控制信號電壓±0.5mV。由于信號電壓必然存在一定噪聲，因此噪聲水平決定了振鏡定位誤差的下限。如果信號電壓噪聲水平過大，則電機可準確響應的角度將偏大，導致定位精度劣化。

根據振鏡控制卡傳輸振鏡控制命令的方式，可分為模擬式和數字式兩種[3]。模擬控制卡直接輸出公式（1）中的信號電壓V至振鏡，作為命令信號；數字控制卡將控制命令以數字信號方式發(fā)送至振鏡，再由振鏡內部電路進行數模轉換得到信號電壓V。本文主要研究數字信號傳輸方式，并對比兩者的實際影響與結果。

控制卡輸出雙路差分式數字信號，它們幅值相同，相位相反，外部干擾將在接收端的差分信號提取過程中轉換為共模信號得以消除，有效提升信號的抗干擾性。

振鏡驅動電路對輸入的差分信號進行減法運算轉換為單端數字信號后，使用AD5542芯片對位置信號進行數模轉換。該芯片為單通道、16位、串行輸入。輸入位置信號（DATA）、邏輯數據信號（CS）和時鐘信號（CLK），輸出控制電壓信號（Vout），如圖1所示。

振鏡位置信號為16位，-32768bit至32768bit。由邏輯數據信號CS判斷正負偏擺方向。數字命令信號與控制信號電壓的典型轉換關系如表1所示。

3 數字與模擬命令傳輸測量結果對比與分析

分別使用數字和模擬方式傳輸命令控制振鏡擺動（圖2a為數字傳輸圖，圖2b為模擬傳輸圖），測量電機反饋信號（示波器放大10倍）。從圖2b可見模擬方式帶來的電機噪聲水平約是數字控制的三倍。

數字傳輸時電機噪聲水平5.2mV，考慮示波器10x檔位，實際為0.52mV。該噪聲幅值為振鏡控制電壓5V（單邊）的0.01%，根據公式（1），當單邊電機擺角（機械角）為11.25°時，該噪聲水平對應角度為20μrad。根據反射原理，光學角為機械角的兩倍，因此由電機噪聲水平導致的可準確響應的光學掃描角下限為40μrad。以焦距160mmftheta透鏡作為聚焦單元，該角度誤差轉換為長度誤差為6.4μm，即振鏡的固有定位誤差。

同樣道理可以推算，模擬傳輸時電機噪聲水平是數字方式的3倍，由噪聲導致的激光掃描定位誤差為19.2μm。

以對激光光斑較敏感的應用如激光打標和刻線應用為例。使用最常見的1064nm光纖激光器和焦距160mmftheta透鏡，激光聚焦線寬一般為40μm左右，固有定位誤差19.2μm占線寬的48%，將導致掃描線發(fā)生明顯扭曲，難以滿足工藝要求；假如固有定位誤差為6.4μm，則僅占線寬的16%，且尺度與聚焦光斑對材料的熱影響區(qū)（HAZ）基本相當，因而可以忽略振鏡固有定位誤差帶來的影響。

4 結語

使用差分數字信號傳輸命令控制激光振鏡，可以顯著提高振鏡定位精度。具有抗干擾能力強、信號精度高、噪聲水平低等優(yōu)點。數字傳輸方式帶來的電機噪聲僅為模擬傳輸方式的1/3，計算結果表明該方式下的振鏡固有定位誤差更小，更適合激光精細加工和成套設備的自動化集成。

參考文獻

[1]王文毅，呂勇.基于XY2-100協議的振鏡控制轉換板的設計與實現[J].自動化儀器與儀表，2014（12）：147-148+151.

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20世紀80年代，計算機技術在不斷的發(fā)展，同時，隨著計算機技術的發(fā)展，我國的電路設計分析方法也隨之產生了非常大的轉變，在這樣的發(fā)展形勢下，也出現了很多新型的功能強大的軟件，這些軟件的出現使得以往的設計思路和設計方法有了顛覆性的轉變，這樣一來也在很大程度上提高了電路設計的質量和水平。

2Multisim軟件介紹

Multisim基本界面:Multisim基本界面主要有菜單欄、系統(tǒng)工具欄、設計工具欄、使用中的元件列表、仿真開關、元件工具欄、儀表工具欄、電路窗口、狀態(tài)欄等。與所有的Windows應用軟件類似,菜單欄提供了本軟件幾乎所有的命令。定制用戶界面。啟動菜單欄Options選項菜單中的Preferences命令,出現Preferences命令對話框,該對話框有6個選項,可對圖紙格式、方向、尺寸、標題欄、元件放置方式、元器件和編輯窗口背景顏色、導線寬度、導線連接方式等進行設置。選取元器件、放置元器件。用戶界面最左側一列為實際元件庫,共有13個元件庫。第二列背景為綠色是虛擬元件庫,共有10個虛擬元件庫。右側一列為儀器庫。根據實際需要,選擇實際元件庫中的元件、(或虛擬元件庫元件)總線、激勵源、地線、及儀器,放置在編輯窗口,在根據元件之間走線,調整好元件等的位置。編輯和調整。利用Multisim提供的強大功能對仿真原理圖進一步調整和修改,以保證仿真原理圖的美觀和正確。同時對元器件、激勵源、虛擬儀器的編號、參數等進行設定。繪圖操作。利用操作界面主工具欄View\Toolbars\GraphicAnnota-tionToolbars,將編輯窗口內的元器件等用具有電氣意義的導線、符號連接起來,構成一個完整準確的仿真電路原理圖。操作工具欄。simulate\Analyses,選擇好仿真的基本分析方法。共有18種仿真分析方法,常用的有:直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數掃描分析等,設計者可根據實際需要進行選擇。運行仿真開關,進行仿真實驗。

3Multisim仿真實例

運用Multisim進行電子電路設計仿真的基本步驟：

3.1仿真原理圖設計步驟。a.定制用戶界面；b.元器件(包括虛擬元件)選取、放置；c.放置總線；d.放置激勵源、接地端；e.放置虛擬儀器；f.線路的連接；g.編輯調整。

3.2模擬仿真。a.設置激勵源參數；b.設置虛擬儀器參數；c.選定仿真分析方法；d.運行仿真開關,觀察儀器顯示的測試參數、波形；e.調整電路參數,得出最佳仿真結果。

3.3仿真實例。仿真目的要求。a.對設計電路運行仿真,參數調整；b.功能驗證、電路改進、結果分析。

3.4本例運行仿真的波形圖,當然也可以選擇其它特征點作為仿真波形的輸出端。虛擬儀器示波器與普通實驗室現實示波器面板相試,本例是一個雙蹤示波器,有A、B兩個通道,可用來比較兩個波形圖。G是接地端,A、B通道分別只需一根線與被測點相連,測量的是該點與“地”之間的波形,當電路中已有接地符號時,可不接地。

4常見問題及解決思路

4.1仿真過程中常見的問題。因為設計人員在要求方面有著非常顯著的不同，所以在設計的過程中也會經常遇到找不到合適的方針元件的情況，而Multisim在運行的過程中存在著非常多的仿真元件，但是其還是不能完全的滿足用戶的實際需要，這樣就會對系統(tǒng)正常功能的發(fā)揮產生十分不利的影響，仿真運行面臨著失敗或者是錯誤的問題。

4.2缺仿真元件的解決方法。首先是可以使用性能比較類似的元器件對其予以取代，但是如果采用這種方法有可能會對準確性產生相對較大的不利影響。其次是可以通過相關網站之間的聯系，從這些元器件庫當中查找同時也采購需要的器件模型，同時還要根據實際的需要對圖形或者是引腳進行適當的改進和處理。第三是使用Multisim所提供的編輯工具當前的元器件模型進行適當的處理和，這也是一個非常重要的改進方法。第四是如果需要在系統(tǒng)運行的過程中自己創(chuàng)建一個元件，那么在這一過程中就需要對SPICE予以全面的了解，同時還要對各種元件之間的關系和參數熟練的掌握，所以在這一過程中一定要注意的就是其設計的科學性和合理性。一般情況下，在設計的過程中主要要考慮到的是以下幾個方面：首先是元件的名稱、制造商等一些最為基本的材料、其次是元件的符號，元件的符號應該清晰的展現在電路圖當中，這樣用戶也就可以對其有一個全面的清晰的認識。之后就是元件模型，在其運行的過程中應該提供一個相對全面的數據，這也成為了系統(tǒng)運行過程中需要關注的一個主體內容，如果在這一過程中沒有元件的模型，就沒有辦法對電路進行科學的仿真和分析。然后就是元件的封裝。元件封裝的過程中需要提供一個相對比較科學的電路板接口，這樣也就使得電路板設計軟件在實際的運行中能夠滿足外形的需要。最后一點就是元件自身的電氣參數。一些元件在運行的過程中應該充分考慮到參數的要求，，雖然在系統(tǒng)運行的過程中并不會對其仿真的質量和效果產生一些不利的影響，但是它更能反映元器件自身的運行狀況，這樣處理也給元件的查找工作提供了諸多的便利。

4.3仿真失敗提示的處理。設計人員一定要對失敗提示進行全面的分析，同時還要采取有效的措施來對其進行處理，這樣也就完成了模擬仿真過程，常見錯誤的糾正方法如下所示：如果是沒有找到節(jié)點或者是節(jié)點出現錯誤的情況，按照失敗提示，設計人員可以根據仿真原理圖對其進行詳細的分析，從而在這一過程中找出那些存在著一定缺失的節(jié)點，找到對應的方式予以糾正。如果出現了設計結果沖突的現象，就證明設計者設計的仿真原理圖和電氣設置的基本規(guī)則出現了一些嚴重不符的現象，同時通過對仿真原理圖和相關規(guī)則的仔細分析，要對原理圖或者是原則做適當的修正和調整。

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關鍵詞：直流漂移的抑制；脈沖寬度觸發(fā)；視頻觸發(fā)

中圖分類號：TP202文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）04-0255-02

示波器是電子測量中的最基礎、最常用的測試儀表，虛擬示波器是示波器測量技術中的研究熱點和發(fā)展方向。虛擬示波器的設計涉及電子測量、信號處理和計算機技術等多方面的內容，其中硬件電路是完成整個示波器功能的基礎，同時也是決定虛擬示波器性能的關鍵所在。要設計出性能優(yōu)越的的硬件電路就必須對其中的關鍵技術進行深入研究。

本文在對100MHz虛擬示波器總體設計的基礎上，重點研究了直流漂移的抑制、等效采樣、觸發(fā)電路、總線接口電路等。

1 直流漂移的抑制

虛擬示波器硬件電路組成圖如圖1 所示。硬件部分主要由信號調理電路、觸發(fā)電路、AD轉換器、存儲電路、總線接口電路、控制電路構成。信號調理電路是將輸入信號調理到AD變換器的輸入范圍，從而擴大輸入信號范圍，且對直流漂移的抑制主要由信號調理電路完成。

直流漂移的抑制方法很多，如采用高質量的穩(wěn)壓電源、使用經過老化的實驗元件、使用反饋及溫度補償、用差分放大電路、運用斬波技術、自動調零技術、參數補償等。本文采用的是差分電路的方法來抑制直流漂移。

圖1 虛擬示波器硬件電路組成圖

信號調理由信號衰減電路、電壓跟隨電路、前置放大電路、主放大電路組成。對于直流漂移有抑制作用的部分有衰減電路、前置放大器與主放大器兩個部分，起主要作用的部分是前置放大器和主放大器，這兩個部分均采用模擬公司的AD8330放大器來完成。此放大器的特點是可對0至150MHz的信號進行可編程放大，具有低噪聲，低失真特性。一個AD8330用作前置放大器，另一個用作主放大器。用前置放大器的目的是將輸入信號中的漂移均勻分到輸出腳上，從而使主放上的輸入信號漂移一致，從而利用主放大器差分放大消除直流漂移。

數控衰減器可用X9C102來實現。衰減電路可用數控電位器X9C102實現，X9C102是一種高可靠性的數控電位器，含有99個帶溫度償的阻抗單元，其電阻陣列的總電阻1KΩ，5V供電超低功耗，工作電流最大為3mA，待機電流最大為500uA。電位器是通過由99個阻抗單元組成的電阻陣列和抽頭開關網絡實現的，其游標抽頭節(jié)點位置通過CS、/UD和INC三線接口來控制，且保存在非易失存儲器中，上電時喚醒此保存的游標抽頭節(jié)點位置值。很適合用于控制、參數調整和信號處理的應用場合。對X9C102數控電位器進行操作時，CS、/UD和INC三線輸入控制游標抽頭在阻抗陣列中的移動。首先將片選信號CS置低，若需要上移游標抽頭，則/UD應置為高電平，每次INC輸入一個由高到低跳變的下降沿，則游標抽頭向上移一級，直至最大值時100%的信號通過電位器，即此時不衰減。若需要下移游標抽頭，則/UD應置為低電平，每次INC輸入一個由高到低跳變的下降沿，則游標抽頭向下移一級，直至最小值時沒有信號通過電位器，即此時全部被衰減。

圖2 信號調理電路圖

在衰減電路的后面緊跟的是電壓跟隨器，電壓跟隨器起到隔離的作用，使輸入信號不受后面電路的影響。

對信號的調整是通過對衰減器和主放大器系數進行調整決定的，因此整個硬件中還要有個測幅電路與之相配合。

電路中的測幅電路沒有畫出，測幅的目的是通過測量幅度來控制衰減器和放大器的倍數，從而使信號剛好進入AD變換器的范圍。下圖是調理電路的工作流程圖。

圖3 信號調理電路圖

在調整電路工作的過程中，每次調整衰減系數都要記錄衰減位置，以便于以后計算信號幅度。對衰減與放大系數進行調節(jié)，頻率不要太慢或太快，大約在幾千赫茲就可以。流程圖中的的幅度適中是指調節(jié)后的信號幅度剛好是AD的最大輸入值或略小于其最大輸入值；幅度過大是指調節(jié)后的信號幅度超過了AD的最大輸入值；幅度過小是指調節(jié)后的信號幅度低于一定的AD輸入電壓。

2 觸發(fā)電路設計

觸發(fā)電路在虛擬示波器中的作用很重要，是保證信號顯示的重要部分，是決定信號捕捉能力的重要方面。示波器的觸發(fā)可分為內觸發(fā)與外觸發(fā)。一般示波器的內觸發(fā)類型有邊沿觸發(fā)、脈寬觸發(fā)及視頻觸發(fā)等。下面分別介紹。

邊沿觸發(fā)可由比較器來實現，將調理好的信號接入比較器的一端，另一端接參考電平。當輸入信號比參考電平高時，比較器將輸出高電平，當輸入電平為低時，比較器將輸出低電平。由于測量的信號基本是周期信號，因此比較器將輸出一串脈沖。如果選的是上升沿觸發(fā)，則脈沖的上升沿將是信號的觸發(fā)點。

脈寬觸發(fā)是用來捕捉脈沖序列中某一時間寬度特性碼，或周期信號中出現的與規(guī)定時間寬度不符的異常信號。這里只設計脈寬在33ns到500ns的脈寬觸發(fā)，更寬的脈沖寬度觸發(fā)可在軟件中實現。脈沖寬度觸發(fā)電路可通過積分電路、放電電路及放大電路來實現。積分電路的作用是將要測量的時間變成電壓量，以便于測量，而放電電路的作用是將電放掉，以便以后繼續(xù)測量。放大電路的作用是將對積分出的電壓進行放大與縮小，便于后面的電路使用。

視頻觸發(fā)是對視頻信號而進行的觸發(fā)，可借助于芯片LM1881來實現。視頻觸發(fā)中單行觸發(fā)電路圖如圖4所示。

圖4 視頻單行觸發(fā)電路

LM1881可以提取出視頻信號的同步信號，從而可以利用同步信號將視頻信號提取出。LM1881共可以提取出4種視頻信號，有復合同步信號、垂直同步信號、奇偶場信號等。圖中的芯片除了LM1881外，還用了三片MM74C193N（計數電路）。在上圖中用到的有復合同步信號和垂直同步信號，垂直同步信號用于初始該電路中的計數器，由計數器的BORROW引腳形成觸發(fā)脈沖。

視頻觸發(fā)中多行及場觸發(fā)電路要更復雜一些，可用CPLD實現。

外觸發(fā)是利用非測量信號來工作的，一般來說此信號與被測信號周期有倍數關系。其實現可與內觸發(fā)中的邊緣觸發(fā)共用一個通道。

3 等效采樣電路及總線接口電路

等效采樣電路是針對2MHz到100MHz信號實現的，2MHz以下的電路用實時采樣來實現。等效采樣可分為隨機等效采樣和順序等效采樣。在本設計中，用隨機等效采樣來實現。因此，等效采樣的實現有兩個關鍵問題，一是要知道是否需要用隨機等效采樣，即關于頻率測量的問題；二是時間間隔測量問題，由于觸發(fā)信號與取樣時鐘是不同步的，他們之間無固定的時間關系，故觸發(fā)信號與下一個取樣時鐘間的時間間隔是隨機的，其值在0到一個取樣周期內變化。

關于頻率的測量可以根據整形電路的輸出通過計數的辦法來實現。對于時間間隔測量問題，采用雙斜率電容充放電電路的方法來測量。由于這方面的資料較多，這里不再討論。

虛擬示波器中，硬件與軟件的數據傳輸和控制是實現測量功能的重要環(huán)節(jié)，選用USB2.0作為傳輸總線。USB2.0最高速度為480Mb/s，即插即用，十分方便，不需要插入機箱中，避免了電磁環(huán)境的干擾。

在硬件電路中，選擇Cypress半導體公司的CY7C68013來完成USB傳輸的任務。它是Cypress公司新一代高速產品。

4 小結

虛擬示波器是計算機技術、儀器技術和通信技術相結合的產物，而硬件電路是實現功能的基礎，因此硬件電路的設計是比較重要的，本文簡單介紹了硬件電路的組成，重點介紹了抑制直流漂移的調理電路的設計和觸發(fā)電路的設計，對虛擬示波器的設計有一定的指導意義。

參考文獻

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［3］National Semiconductor LM1881 vedio sync Separator，1995，（2）.

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【關鍵詞】網絡；虛擬實驗室；數字仿真

一、EDA技術的應用

電子設計自動化EDA（Electronic Design Automation）技術是電子設計技術的核心。EDA主要能輔助進行三方面的設計工作，即IC設計、電子電路設計和PCB設計。目前，EDA技術使用普及、應用廣泛、工具多樣、軟件功能強大。廣大電子工程人員掌握這一先進技術，這不僅是提高設計效率的需要，更是我國電子工業(yè)在世界市場上生存、競爭與發(fā)展的需要。

二、電子虛擬實驗室設計軟件選擇

現在的高校電子實驗室普遍存在“軟件少，硬件多”的問題，所有實驗還是以基礎訓練型為主，比如：電路測試與電工基礎實驗，模擬電子技術實驗，數字電路實驗，單片機與接口技術實驗等，大部分都是簡單容易實現的。綜合型和設計型實驗很少，比如單片機開發(fā)實驗等。學生在已安裝好實驗電路的實驗臺上來完成操作，從而完成驗證定律、定理和結論，缺乏主體意識，沒有帶著問題去學、去做實驗，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了解決這方面的問題，我們以電子基礎課為突破口，引入計算機虛擬仿真技術，創(chuàng)建電子虛擬仿真實驗教學平臺，不但可以完成各種基本實驗，更可以進行設計性、綜合性實驗。通過虛擬仿真實驗，可以觀察和分析電路的結構、功能及工作原理，加強對實驗原理、規(guī)則和實物實驗操作要領的認識，使學生感悟和應用最先進的技術，并能引導他們積極主動地去探索新知識。學生可以自行設計電路進行仿真，并能通過觀察分析模擬實驗結果，及時地驗證設計是否正確、合理。目前，眾多院校在電路實踐教學改革中引入了EDA技術，并建立了EDA實驗室。配備了EWB、Pspice、Multisim、Protel、Max PluslI、System View等電路級仿真的主流軟件及配套硬件。本文采用一款能仿真單片機的EDA軟件-Proteus，在電子虛擬實驗室的設計領域得到廣泛推廣和應用。

三、Proteus軟件應用

Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的

EDA工具軟件。該軟件集成了高級原理布圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設計以及自動布線來實現一個完整的電子設計系統(tǒng)。它是一種混合電路仿真工具，包括模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其電路組成的仿真等。Proteus6.7是目前最好的模擬單片機器件的工具，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其電路。Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調試時，關心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應用間脫節(jié)的矛盾和現象。（1）proteus的工作過程。運行proteus的ISIS程序后，進入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設置view菜單下的捕捉對齊和sys

tem下的顏色、圖形界面大小等項目。通過工具欄中的p（從庫中選擇元件命令）命令，在pickdevices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調整其相對位置，元件參數設置，元器件間連線，編寫程序；在source菜單的Defineco degeneration tools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴展名等項目；在source菜單的Add/remove source files命令下，加入單片機硬件電路的對應程序；通過debug菜單的相應命令仿真程序和電路的運行情況。（2）Proteus軟件所提供的元件資源。Proteus軟件所提供了30多個元件庫，數千種元件。元件涉及到數字和模擬、交流和直流等。（3）Proteus軟件所提供的儀表資源。對于一個仿真軟件或實驗室，測試的儀器儀表的數量、類型和質量，是衡量實驗室是否合格的一個關鍵因素。在Proteus軟件包中，不存在同類儀表使用數量的問題。Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。

四、電路設計流程

電路級設計工作流程如圖所示，設計者首先確定設計方案，同時選擇合適的元器件，然后設計電路原理圖。接著進行第一次仿真，包括數字電路的邏輯模擬、故障分析、模擬電路的交直流分析、瞬態(tài)分析。系統(tǒng)在進行仿真時，必須要有元件模型庫的支持，計算機上模擬的輸入輸出波形代替了實際電路調試中的信號源和示波器。這一次仿真主要是檢驗設計方案在功能方面的正確性。

參 考 文 獻