CC BY
69
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ ПОДГОТОВКЕ БАКАЛАВРОВ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО ПРОФИЛЮ «ТЕХНОЛОГИЯ И ИНФОРМАТИКА»
К.В. Гоголданова, Д.Я. Тамарчак
Аннотация. В статье представлена пртмерная структура спецкурса (программа, упражнения, методические рекомендации) по компьютерному моделированию электронных устройств при подготовке бакалавров педагогического образования по профилю «Технология и информатика».
Ключевые слова: методика преподавания, практико-ориентированная подготовка учителей, лабораторная работа, компьютерное моделирование.
Summary. The article presents drafl structure for specialized course (syllabus, exercises, methodology guidelines) on computer modeling of electronic equipment designed for pedagogic bachelor education under "Technology and Information science" profile.
Keywords: teaching method, practice-oriented training of teachers, laboratory work, computer modeling.
94
В связи с всеобщий информатизацией образования назрела необходимость внедрения в учебный эксперимент цифровых средств обучения. Анализ научной, методической литературы и диссертационных исследований показал, что под информатизацией учебного эксперимента понимается использование электронных лекций, демонстрационных экспериментов, виртуальных лабораторий и т.д. При этом происходит полное вытеснение натурного эксперимента. Однако, как известно, при натурном эксперименте учащиеся приобретают практический опыт работы с реальными техническими устройствами, реальными измерительными приборами, с реальны-
ми компонентами электрических схем. И это является важной составляющей технологического образования.
При поиске оптимальных организационных форм и методов современного лабораторного практикума в Московском педагогическом государственном университете был проведен спецкурс «Применение современных методов моделирования при изучении электротехнических устройств в педвузе». Структура спецкурса была построена на идее объединения виртуального и натурного моделирования. Это подразумевает не выполнение определенного количества лабораторных работ на виртуальной установке, а остальное - на натурной установке.
Преподаватель XX
ЕК
1 / 2013
Содержание и технологии образования
А предполагает исследование имитационной модели, затем (после отладки и тестирования) приступают к созданию и исследованию натурного устройства.
Спецкурс основывается на базе платформы NIELVIS, программной среде Multisim и LabVIEW.
Цель спецкурса: подготовить специалистов, способных создавать и использовать в педагогической деятельности современные средства проведения эксперимента.
Содержание дисциплины:
1. Основы моделирования. Введение. Знакомство с основами моделирования. Виртуальное моделирование в Electronics Workbeanch, Multisim. Натурное моделирование - NIELVIS, LabVIEW.
2. Основы работы в программе Multisim. Принципы создания электрорадиотехнических схем в среде Multi-sim. Изучение библиотеке инструментов и библиотеки компонентов. Знакомство с режимом 3-D для компонентов и установки NIELVIS. Овладение навыками создания принципиальных схем с помощью программы Multisim.
3. Установка NIELVIS. Устройство. Функциональные возможности. Измерительные приборы ELVIS: аппаратные и виртуальные. Монтаж схем. Снятие внешних характеристик с реальных устройств (пассивные элементы).
4. Основы работы с среде LabVIEW. Концепция виртуальных приборов (ВП). Палитры. Приборная панель. Блок диаграмма. Создание, редактирование ВП. Использование ВП в качестве подВП. Использование структур и циклов. -| |-Типы данных. Кластеры и массивы.
Графическое представление данных.
5. Сбор данных. Средства сбора данных. Сбор данных с помощью NIELVIS. Знакомство с приложением MAX.
6. Выполнение проекта. Создание виртуального прибора, осуществляющего ввод-вывод физических сигналов с аппаратуры, их визуализацию, хранение и обработку.
Практические работы заключаются в измерениях сопротивления, индуктивности и емкости элементов, определении проводимости диода, измерении осциллограмм сигналов от встроенного генератора ELVIS, исследовании RC-цепи (ФНЧ и ФВЧ), изучении работы триггера и монтаже RS-триггера, а также создании ряда программ по вычислению исследуемых величин. Например, необходимо создать виртуальный прибор, измеряющий напряжение и силу тока в реальной цепи, смонтированной на макетной плате и отображающий сопротивление или мощность (рис.1).
Далее приведены некоторые практические занятия из спецкурса, демонстрирующие связь виртуального и натурного исследования.
Лабораторная работа 2. Создание принципиальных схем с помощью программы Multisim.
1. Запустить программу Multisim.
2. Выбрать в меню пункт File/New/ ELVIS Schematic. После чего откроется чистое поле для сборки схемы.
3. Используя палитру компонентов собрать схемы фильтров нижних и верхних частот.
При сборке схемы соблюдайте следующие требования:
95
1 / 2013
Преподаватель ^
96
• Проводники должны соединять элементы по прямым линиям, с наименьшим количеством изгибов.
• Проводники не должны накладываться друг на друга.
• Проводники, подключенные к источнику питания, будем помечать красным цветом, а к «земле» - синим.
• Проводник заземления, расположенный в левом нижнем углу поля, удалять нельзя. Для заземления схем можно использовать этот же разъем.
Лабораторная работа 4. Натурное исследование фильтров нижних и верхних частот.
Задание 1. Исследование фильтра нижних частот.
Часть 1. Multisim
1.1. Откройте созданную на практическом занятии №2 схему фильтра нижних частот.
1.2. Установите номиналы резистора и емкости в соответствии с вашим вариантом.
1.3. Получите АЧХ и ФЧХ для этого фильтра.
1.4. Найдите частоту среза. F ср =
1.5. Зарисуйте графики (рис.1).
Часть 2. NIELVIS
1. Собрать схему фильтра нижних частот на монтажной плате.
2. К схеме подключить источник переменного напряжения.
К выводу Func_out один узел схемы, а к выводу Ground - другой.
3. Соединить выводы Func_out с ACH1+, а вывод Ground с ACH1-.
4. Соединить выводы ACH0+ с изучаемым узлом, а АСНО- с выводом Ground.
Проверьте Ваши соединения схемы на плате, чтобы они совпадали с изображенными на рис. 2.
5. Запустить виртуальный прибор Bode Analyzer из меню инструментов NIELVIS.
6. Установить начальную и конечную частоту сбора данных в элементах управления Start и Stop.
7. Запустить анализ.
8. Зарисовать полученные графики в рис.1. пункт 1.5.
9. По уровню 0,7 амплитуды и сдвигу фаз = 45° определите частоту среза для фильтра.
10. Запишите в таблицу.
Тип фильтра R C f ср (изм.) f ср (выч.)
Фильтр НЧ
Фильтр ВЧ
Преподаватель
ЕК
11. Рассчитайте частоту среза по формуле:
f ср = 1/(2таю ср), где ю ср = 1/RC
12. Запишите результаты в таблицу. Сравните с экспериментальными данными. Объясните разницу.
Задание 2. Аналогично выполнить исследование ФВЧ. Зарисовать графики. Результаты записать в таблицу.
Описанная методика проведения лабораторных работ разработана и опробована на факультете технологии и предпринимательства МПГУ и облегчила студентам выполнение лабораторных работ в лаборатории радиоэлектроники.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. - Т. 1. Моделирование элементов аналоговых систем. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2006. - 672 с.
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - Т. 1. - М.: МИР, 1986. - 598 с. ■
-1 / 2013
