仿真软件在中职电工类课程中的应用

（普洱市职业教育中心，云南 普洱 665000）

0 引言

在当下的中职电工类课程中，越来越多的仿真软件可以作为辅助教学的工具为教学提供有力的支持。仿真软件的加入，让课程更立体，让学生能更直观地了解原本抽象的课程知识，也为不具备实训设备的科目提供虚拟实践的可能，同时通过虚拟仿真让学生直观地感受到，从理论到实际的因果关系，激发学生的学习兴趣，对教学起到非常大的促进作用。

中职电工类课程中常常应用到的仿真软件有以下一些：（1）Multisim；（2）Proteus；（3）CADE Simu；（4）GX Works；（5）FX-TRN-BEG-C。

1 关于MULTISIM的应用

Multisim具有强大的仿真分析功能，可以进行电路设计、电路功能测试。该软件具有丰富的元件库，有多种参数可选择，同时具有种类齐全的虚拟测试仪器仪表，它可以为教学提供模拟和数字电路的仿真功能，同时具有非常丰富的分析工具，可对电路进行特性分析解读[1]。

在电工基础课程和电工电子课程以及在电子实训课程中教师可以应用Multisim来作为辅助工具。

（1）在“电工基础”课程中，教师主要讲解基础性知识，可应用Multisim来让学生熟悉元件的图形符号、极性和电路的连接方式，比如串、并联电路连接方法和特性，并对多个理论定律进行验证的仿真，比如：基尔霍夫定律、戴维南定律。

（2）在“电子技术”课程中，Multisim的可应用场合就更多了。二极管、三极管的特性，及放大电路、稳压电路、集成运放电路和数字电路等都可以应用Multisim来进行仿真，但是并不需要运用在所有知识块里，个人觉得可以运用信号处理的电路中，比如在设置静态点的时候，就调节参数通过仪表来观察各点信号的变化，把原来用公式推导的复杂过程让学生直观感受到效果，理解起来就更加容易，其使用价值会比较高。另外，教材有以实验引入的课题，也可以以Multisim作为实验演示工具。当然，教学效果好不好，这也和教师怎么应用有很大的关系，教师的课程组织方式，怎么引入和关联应当要处理好，不然也只会让学生看热闹，实际并没多大帮助。引入仿真的目的是为了帮助学生直观地看到他们想象不出来的东西，而不是让仿真代替思考；另一方面，可以用仿真来进行验证，其所思所想是否如他所料，如果不是，哪里不相符，是为什么，这些都是在应用仿真软件的同时要解决的问题。

（3）在“电子技术实训课程”中，Multisim也很有用处。实训课程常常是针对一个电路单元的制作过程，那么在电路讲解过程中就可以应用Multisim来作为辅助工具。教师在课程中一般会先做电路分析，首先讲明原理，根据原理分析各个关键点的工作状态，如果出现各种故障，会出现什么特性，在Multisim上结合假设的情况，通过测试仪表可以观察到故障后的情况，对学生在理解原理和电路分析上有很大帮助。

2 关于Proteus的应用

Proteus与Multisim有相似之处，同样具有丰富的元件库和仪表，可以搭建电路和对电路进行仿真。本人对两者的区别在实际应用时有如下感受：首先，Proteus侧重于数字电路，Proteus在数字电路仿真领域具有传统优势，一直以来它都是作为单片机课堂教学的主要仿真工具，Proteus支持主流的CPU：例如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，并且CPU类型随着版本升级还在继续增加，同时也支持单片机汇编语言的编辑、编译、源码级仿真，内带汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境，如IAR、Keil和Hitech结合，进行高级语言的源码级仿真和调试。

Multisim则对于模拟电路的仿真更实用，Multisim具有更多分析方法和仪表，对模拟电路过程分析更具有优势。另一方面，Multisim虽然也包含单片机模块，直到2006年M9.0版本才引入，单片机的型号也没有Proteus丰富，从应用的便利性和仿真运行速度作对比，Proteus都更具有优势，这样注定Multisim不可能作为数字分析的主要工具。一般来说，教师在做仿真时，通常是在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，就可以在Proteus的原理图中看到模拟的电路的运行状态和过程[2]。

在教学中Proteus的应用也主要是集中在“单片机技术”课程及其与单片机相关的课程中，比如“C语言”，或者在单片机相关课程设计中。

在“单片机技术”课程中，当下多数单片机课程的教材基本上是先对基础知识进行讲解，后面展示独立的项目任务，这样的方式很适合做成实训课题，而硬件设备不一定都能满足，所以应用Proteus是最为实用、直观、经济的方式。从仿真软件上一眼就可以看出各个工作点的状态，学生能直观地认识到自己的电路连接是否正确，程序编写有没有问题。

3 关于CADE Simu的应用

CADE Simu是一款模拟电气电路的仿真软件，它具有丰富的工具栏，具有多种虚拟元件，工具条中包含11类：（1）交直流电源；（2）熔断器断路器；（3）自动开关和热继电器；（4）接触器主触头；（5）交直流电机；（6）电子元器件；（7）接触器及继电器辅助触头；（8）按钮开关；（9）接近开关及其他相关；（10）线圈及输出；（11）导线及电缆[3]。它绘制电气控制图的方法也非常简单，同时，还能打开CAD格式电路图，具有兼容性。

最重要是，CADE Simu具有仿真功能。虽然在绘图功能方面比起CAD电气版性能差，但对于在校学生而言，用于学习基础的电气原理和并不复杂的功能电路已经足够。如果从事专业设计工作则需要专业的电气版（比如天正、浩辰）才能达到要求，但对于校内学生作为起步的基础学习，CADE Simu足够了。

CADE Simu主要可应用在“电力拖动”课程当中。“电力拖动”课程主要包括三相异步电动机的基本控制线路和常用生产机械的电气控制线路原理及其安装、调试与维修。而CADE Simu所具备的工具，可以快捷地绘出电路图，并且可以对电路功能进行仿真。在仿真时相当于电源开始供电，电路中的开关用鼠标点击就会根据其特性改变状态，通电的地方导线会变成红色，不通电的地方为蓝色，如果电机转动会有箭头标识。CADE Simu的仿真简洁、明了，并且它的使用也非常简单，很容易上手，无论是给学生做演示还是让学生实践都可行。

4 关于GX Works2、FX TRN BEG C的应用

PLC是以计算机技术为核心的通用工业自动化装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，可靠性高、灵活通用、易于编程，在工业自动控制、机电一体化方面得到了广泛应用。PLC课程也成了中职学校电工类课程中的重要部分，PLC课程逻辑性强，编程方法多样，强调解决问题的能力，其本身是基于程序编定，通过完成程序指令来实现工业自动控制。PLC型号多样，编程软件也不通用，而教师所采用的是三菱FX系列。

除了GX Works2外，教师还会使用FX-TRN-BEG-C，它具有PLC的仿真功能，在它内部设有多个虚拟场景，比如各种物料搬运场景、红绿灯控制场景等可提供给使用者进行编程训练。在FX-TRN-BEG-C的应用界面上有3个部分，包括虚拟场景、控制按钮和梯形图显示界面。使用者可以根据软件给定的项目要求或者按照自己的想法进行编程，编程时注意所用输入、输出点与控制面板上的标识相符，完成后将程序导入，通过用鼠标点击各个按钮开关，就可以观察到在虚拟场景中机械的仿真效果。其实，这款软件就是为了教学而设计的，有很完备的教学辅助功能，里面有教程，还有项目程序的答案，甚至连书写的步骤都有详细的说明，它包含A-F六个阶段，由易到难[4]。

以上四类就是目前在电工课程中常用的仿真软件，它们使得教学效果事半功倍。随着科技的不断进步，教师应跟上时代的步伐，学会使用更科学更先进的工具来优化课堂。当然，先进技术的应用不能生搬硬套，不然就会水土不服，成为花架子，教师的精心设计才是充分发挥仿真软件功效的关键。