总体设计方案文挡编排规范.doc

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1、电工电子网上虚拟实验室用户手册海军航空工程学院青岛分院2003 年 9 月电工电子网上虚拟实验室用户手册1目目 录录1 快快速入速入门门.11.1 安装运行11.2 操作使用11.3 演示说明22 深深入入使用使用.42.1 虚拟实验准备42.1.1 实验目的62.1.2实验原理62.1.3内容步骤62.1.4实验仿真62.2 虚拟实验器材62.2.1虚拟实验平台及连线72.2.2虚拟元器件72.2.3虚拟仪器82.3 虚拟实验操作方法82.2.1基本电路仿真实验环境的操作92.2.2数字电路仿真实验环境的操作142.4 实验报告使用1624.1管理员162.4.2教员172.4.3学员181

2、 快速入门11 快速入门电工电子虚拟实验室是采用多媒体技术、仿真技术、数据库技术和网络技术，构建的一个“网上虚拟电子实验室” 。利用它使学生可以做基本电路、模拟电路、数字电路的各种实验，同时还可自行设计和制作新的实验内容。附加的多媒体功能，有助于对实验电路的原理以及相关背景知识的深入了解，同时也营造了一个逼真的实验环境。实时的仿真功能，使实验可以取得与实际高度吻合的实验结果，亦可供工程技术人员做设计电路之用。虚拟电子实验室具有良好的开放性和适应性，可以根据用户的需要对虚拟元件库和虚拟仪器库进行扩充，以开设新的实验项目，同时可适应各种环境下的教学需要。1.1 安装运行本系统包括一张光盘、硬件锁和

3、配套操作手册。安装时，在 WINDOWS982000 中（或 windows NT）进行发布，主文档为光盘根目录下的 default.htm。第一次运行前须在服务器上安装硬件锁。首先运行 lock 目录下的 instdrv.exe 文件，将锁插上服务器上的 usb 接口，再运行 lock 目录下的 nrsvr.exe 即可。如果客户端找不到锁，可在服务器端运行 lock 目录下的 Nrconfig.exe 来进行网络锁设计置。在运行后的界面中选客户端页面，将搜索方式设为手动搜索，在服务器 IP 地址列表中输入当前服务器的 IP 地址，存盘。客户端运行时先点击主页上的硬件锁配置。1.2 操作使用

4、进入电工电子虚拟实验室主页，有虚拟中心、交流中心、资料中心、下载中心 4个板块，每个板块又有多个栏目。如虚拟中心包括仪器介绍、虚拟实验、实验报告等；虚拟实验为本系统的核心，可进行基本电路、模拟电路、数字电路三类共 36 个项目的虚拟实验，实验时可选择具体的实验项目进入；仪器介绍部分可在实验之前对有关仪器进行熟悉；实验报告为在实验之后进行实验报告的撰写与提交；自学自测部分可让学员对所掌握的原理知识进行测试；使用说明详细介绍了在虚拟实验环境中如何进行仪器和器件的操作以及电路的搭接；参考资料部分提供了一些器件的参考手册，也有一些疑难问题的问答集锦；网上答疑提供了一个在线网上答疑室；网上论坛给学员提供

5、了一个自由讨论的空间。主页上“下载中心”部分提供了运行本系统的一些插件，1 快速入门2若运行的机器上没有所需的插件可在运行有关项目前先行下载。1.3 演示说明进入电工电子虚拟实验室主页后，按虚拟实验，选择模拟电路实验中的“单级交流放大器” ，进入该项目的学习界面，在此界面中，可任意选择“实验目的、实验原理、内容步骤”等不同页进行学习。进行了充分的预习后，即可进入“虚拟实验”环节进行虚拟实验。点击虚拟实验，即进入虚拟实验环境。在虚拟实验环境中，参照实验原理图（见实验步骤中的实验图）搭接一放大电路（电路搭接方法参照主页上使用说明中的“电路的搭接”一节） ，如果有已经保存的电路，亦可直接调出已搭好的

6、电路，方法是单击鼠标右键，选择调入电路。从仪器架上取出直流稳压电源（仪器的取出与使用方法参见使用说明中的“虚拟仪器”一节） ，将黑（绿）表笔接放大器的地端，将红表笔电源正端加到放大器集电极电阻上。打开电源开关，将左侧电压档位调至 15V 档，调节左上侧电压细调旋钮，将输出电压调至12V，再将稳压电源移至一边。从仪器架上取出低频信号源，将信号源黑（绿）表笔接放大器地端，红表笔接放大器输入端，打开信号源开关，将频率范围调至 1kHz,调节输出细调旋钮,将输出电压调至 1V,调节输出衰减旋钮,将输出电压衰减 40dB。再从仪器架上取出示波器，观察输入、输出波形。双击示波器下方左部的电源开关，打开示波

7、器电源；将通道选择开关从 CH1 位置调至 ALT 位置，使示波器双踪显示；调节两个通道的 POSITION 旋钮，使两个通道的波形错开，将两个通道的探头分别插入放大器输入端和输出端，并调整各通道的垂直灵敏度至合适的位置以正确的观察输入输出波形，可清楚的看出电路的放大效果；改变基极电阻的阻值（或其它任意元件的参数） ，可看出输出波形的变化，这是电路实时仿真的结果，而不是预先设计好的数据。整个虚拟实验环境中的操作与实际实验非常接近。在实验做完后可回到主页进入实验报告，将所作实验的内容记录完并提交。2 深入使用32 深入使用深入使用虚拟实验环境是进行虚拟实验的平台，进入这个环境后，用户可以选取所需

8、的虚拟元器件，在虚拟的电路插板上进行电路搭接，并运用虚拟仪器、仪表进行测试。其操作方法与实物完全一致，只是用鼠标代替了手动。如果需要用户还可自行学习了解相关的实验原理、实验步骤、实验仪器及实做过程等。2.1 虚拟实验准备主页如图 2.1 所示，点击进入虚拟实验，在画面左侧，有一列按钮可分别进入基本电路实验、模拟电路实验、数字电路实验和开放实验平台。如图 2.2 所示。图 2.1 主页面第二级结构为各部分包含的实验名称。选择任一实验项目单击鼠标左键进入具体的各实验课件。有实验目的介绍、实验原理讲解、内容步骤展示以及实验仿真。2 深入使用4图 2.2 典型实验项目图 2.3 实验课件对第三级结构，

9、每个实验均包含一个多页面课件，如图 2.3 所示，作为进行典型实验和实验前的准备。如在实验之前，单击“实验目的” ，了解本次实验的目的，做到心中有数。单击“实验原理” ，通过对实验原理的讲解，巩固和掌握本次实验的原理知识。在实验过程中，可以随时单击“内容步骤” ，参照提示的实验步骤进行实验。单击“实验仿真” ，则进入仿真实验环境。2 深入使用52.1.1 实验目的实验目的功能，主要介绍该典型实验要达到的目的和对实验的要求，通过文字进行表达。2.1.2 实验原理单击实验原理标签进入实验原理的页面，用户可以进行交互式学习，通过声音、动画等多种媒体详细讲解本典型实验的相关知识，帮助学习或复习基本的实

10、验原理。例如“单级交流放大器检测”的实验原理中，主要有静态工作点的选择原则和工作点选择不当对输出信号的影响，如何利用常用仪器测量工作点，当工作点不合适时如何调整，以及动态参数 AV、r0、ri的测量方法等知识点。页面上以热区形式现出了上述各项内容的标题，左键选中其中任意一项即可进行相应的学习。2.1.3 内容步骤单击内容步骤标签，进入内容步骤页面。讲解实验的有关内容和规范的实验步骤，对于实验过程不甚熟悉的初学者，可以按此步骤逐步进行，而对于高级用户则可以自行设计实验内容和步骤。2.1.4 实验仿真实验仿真进行虚拟实验的入口，单击此标签，系统自动进行加载，将所需的元器件、仪器仪表和实验电路等虚拟

11、场景，调入仿真实验平台，用户可以任意搭接电路，观察各点波形，测量实验数据。2.2 虚拟实验器材虚拟实验器材是进行实验时所需要的各种器件、仪器仪表、电路连接板和导线等。它们一方面要能完成自身的电气性能；另一方面又要和实际的器材外形非常接近、操作十分相像，能够实现以“虚”代“实”的效果。2.2.1 虚拟实验平台及连线进行电路实验，首先就是需要有一个能供各种器件和导线连接的多用实验平台，结合实验教学中的实际情况，系统构造了一个多功能实验插板，如图 2.4 所示。2 深入使用6图 2.4 虚拟实验插板实验板上共有 160 个插孔，相邻的四个插孔为一组，即为一个等电位节点。元器件引脚、导线和仪器输入输出

12、线均可直接接入插孔，实现电气连接，每个插孔可插一个引脚，也可同时插多个，连接导线可以任意取用。对引脚较多又比较密集的数字集成电路，采用虚拟的面包板作为实验平台，既方便插接，又更加贴近实际。提醒注意： 相连的四个节点为同一电位点，切记电源两极不可同时接入同一电位点! 2.2.2 虚拟元器件虚拟元器件主要有四大类：电路基本元件，包括电阻器、电容器和电感器；模拟分立器件，包括二极管、三极管和场效应管；模拟集成电路，包括运算放大器、三端稳压块；数字集成电路，包括各种门电路、触发器、计数器和译码显示器件等。如图2.5、2.6 所示。图 2.5 虚拟元器件2 深入使用7图 2.6 虚拟数字集成电路库2.2

13、.3 虚拟仪器虚拟实验仪器主要包括万用电表、直流稳压电源、低频信号发生器、函数信号发生器、电子电压表和示波器等常用仪器。由于这些虚拟仪器是完全按照实际仪器的操作和使用方法构建的，可以结合实际的仪器仪表来使用。2.3 虚拟实验操作方法在项目列表中选择一典型实验项目进入仿真实验环境。下面通过一个串并联电阻分压电路测量的例子介绍操作方法。如图 2.7 所示。图 2.7 串并联电阻分压电路2 深入使用82.3.1 基本电路仿真实验环境的操作在实验环境中选用实验仪器、元器件和导线后，可以任意连接、修改电路，调整电路参数，用不同仪器进行测试。a) 电路的搭接首先进行电路的搭接。进入仿真实验环境，可以看到在

14、实验桌的左边有一元器件盒，右边有仪器架，下方是实验电路板。如图 2.8 所示。图 2.8 实验环境 用鼠标点取元器件盒中的电阻器，按住鼠标左健将选中的元件拖至相应的位置释放，如图 2.9 所示，若双击元件则可以改变元件的放置方向。图 2.9 电阻器的选取元器 件盒仪器柜 导线实验连 接 板2 深入使用9点取元件的引脚端点，按住左键将鼠标指针移至想要连接的插孔上并释放左键，将元件的引脚接入实验电路板，同样将另一引脚接入另一节点。此时，若用鼠标点击电阻器并拖动，发现电阻器的两引脚已连接在了实验电路板上，说明接触良好，如图2.10 所示。图 2.10 电阻器引脚的连接鼠标右击电阻器出现元件参数设置框

15、，可以根据需要修改元件参数值和单位，如图 2.11 所示。图 2.11 元件参数的设置同样可以连接其它各电阻器，元件盒的右边为导线线圈。单击导线圈选中导线，将鼠标指针移至要接线的插孔上点击鼠标左键，再移至另外一插孔上并单击鼠标左键，则两插孔通过导线连接在了一起。如图 2.12 所示。按照上述操作，可以实现任一具体电路的搭接。图 2.12 导线的连接2 深入使用10b) 实验仪器的使用仪器架上的实验仪器均为最小化状态，用鼠标左键点取稳压电源，按住左键并移动至合适的位置，释放鼠标，则仪器呈最大化状态，如想放回仪器架，则只需点击仪器左上方的仪器小标志即可。如图 2.13 所示。具体的使用方法，与实际

16、仪器的使用一致，只不过是用鼠标替代手动操作。图 2.13 仪器的取放(1) 在电源开关处单击（或双击）鼠标，将仪器电源打开。(2) 在“电压粗调开关”处单击左键则开关按顺时针方向拨动，单击右键则逆时针方向拨动。(3) 在“电压细调旋钮”处按下鼠标左键并向上移动，则旋钮顺时针旋转，向下移动则旋钮逆时针旋转。(4) 在仪器面板无开关旋钮处按下鼠标左键并拖动，可以移动整个仪器。按上述操作调节输出电压到 5V，将输出线连在电路两端，如图 2.14 所示。最小化 图 标2 深入使用11图 2.14 虚拟实验电路(5) 同样选取万用表，拖放到合适位置，用左键点击万用表档位开关，则档位开关按顺时针方向转动，

17、用右键点击则按逆时针方向转动。(6) 这里选择 10V 量程，在黑表笔端点处单击鼠标左键以选中该表笔，将鼠标指针移至电源负极插孔并单击鼠标左键，则将该表笔插入此插孔。(7) 点取红表笔，将鼠标指针移到要测的插孔，按住左键，则表笔插入该插孔。(8) 此时系统开始仿真计算并指示该节点相应的电压值。释放左键并移动，则表笔跟着移动，可以方便灵活的测量其他各点的电压值。如图 2.15 所示。图 2.15 电路中各点电压的测量(9) 若在某插孔先按住左键并单击右键，再释放左键，则可将该表笔插入此插孔，同时开始该节点参数的仿真测量和指示。c) 元件或导线的删除将多余的元件移至元件盒内，则可以在实验电路板上将

18、该元件删除。线路连接时若2 深入使用12导线只有一端在插孔内，则系统自动将该导线删除。对于已连接好两端均插入插孔的导线，选取导线某一端按住鼠标左键将其移至导线线圈处或将导线两端移至同一插孔，则系统自动将该导线删除。d) 电路的保存和调入为了减少相同电路重新连接的时间，系统设定已连接好的电路可以保存（包括仪器的连接） 。在仿真实验环境画面的空白处单击鼠标右键，则弹出菜单，包括调入电路、保存电路、重新开始等选项。(1) 调入电路将以前保存过的电路调出，注意仪器已连入电路，但其状态为初始化状态，需要 重新打开电源开关并调整。 (2) 保存电路将当前连接好的电路保存，包括仪器的连接关系，不保存仪器的通

19、电状态。 (3) 重新开始在电路实验板上将原来搭接的电路清除，以便重新开始连接电路。 2.3.2 数字电路仿真实验环境的操作数字电路的主要器件为集成电路，所测试内容主要为逻辑和时序关系，不同于模拟电路。a) 电路的搭接数字仿真实验环境为一数字实验台，如图 2.16 所示。图 2.16 数字实验平台2 深入使用13在画面中间为几块面包板，上方为一排指示灯，当指示灯下对应的插孔为高电平时指示灯亮，低电平时指示灯灭。面包板下方自左至右依次为：电源开关、电源指示灯、+5V 电源插孔、GND 插孔、一排逻辑开关。输入开关往上拨为开，其对应的指示灯量，表示其上方的插孔为高电平。输入开关往下拨为关，其对应的

20、指示灯灭，表示其上方的插孔为低电平。输入开关右侧为连续时钟脉冲，其频率可调。再往右为上升沿脉冲和下降沿脉冲及其按钮，当按某一按钮时产生相应的脉冲。在面包板上方有一排指示灯，用来指示电路输出的状态。在数字仿真实验环境的左上方为一集成块模型，单击此集成块模型则出现卡片式的数字集成器件库，共有门电路、触发器、译码器和其他等不同类器件库，如图 2.6 所示。(1) 单击需要类型的标签，选择相应的器件，当鼠标移至器件处时，鼠标指针变成小手状，表示可以选取该器件。(2) 按住鼠标左键，并移至合适位置，释放左键，将选取的器件放置在该处，(3) 在器件上方按住左键移动可以调整器件的位置，单击器件库画面左上方的

21、返回箭头可以关闭器件库画面。例如要验证一个二输入与非门的功能，可点击门电路标签，选取 74LS00 集成块并拖到实验板上对应插好，如图 2.17 所示。图 2.17 集成块的接入(4) 用右键点击集成块，可以显示其逻辑功能，如图 2.18 所示。2 深入使用14图 2.18 集成块逻辑功能显示(5) 面包板的右上方为几根不同颜色的导线，将鼠标指针移至导线上并点击，则鼠标变成小手状，表示已选中该颜色的导线。(6) 将小手移至面包板上的某孔处单击鼠标左键则将导线一端插入面包板，再移至另一孔处单击左键则将导线另一端插入该孔处，在连接的过程中途若单击右键则导线在此处产生一拐点，用此功能可使导线的连接更

22、加整齐美观。如图 2.19 所示。图 2.19 导线的连接(7) 按照上述操作可以完成数字电路的搭接，打开电源开关，分别改变量输入状态，观察输出指示灯的状态。如图 2.20 所示。2 深入使用15图 2.20 电路测试b) 实验仪器的使用在面包板右上方导线的右侧为一万用表（为最小化状态） ，用鼠标单击万用表则万用表呈放大状态，如图 2.21 所示。图 2.21 万用表在万用表空白处按下鼠标左键并移动可将万用表移至相应的位置。在万用表探针的端点按下鼠标左键鼠标呈十字状，移至面包板上某孔处释放鼠标左键则万用表表笔插入该孔。万用表两表笔插入相应的位置可实现电平的测量。用鼠标单击万用表左上方的小图标可

23、将万用表恢复至最小化状态。2 深入使用16c) 多余元件或导线的删除在元件上双击鼠标可以将该元件删除。在已连接在面包板上的导线的端点处单击鼠标则可以自动将导线删除。d) 电路的保存和调入在面包板的空白处单击鼠标右键则出现一菜单，选择保存电路可以将当前连接的电路保存，选择调用电路则可重新调入以前保存过的电路。2.4 实验报告使用实验报告的管理与使用分三级用户：管理员、教员、学员。2.4.1 管理员管理员用户用于建立、修改或删除教员用户。管理员登录的用户名和密码保存在（.c_virtualc_report 目录下）sn.txt 文件中，对该文本文件的修改可更改管理员用户名和密码，注意格式必须是：用

24、户名，密码。原始用户名和密码为：青岛分院，4613829登录方法当点击主页面中或导航条中实验报告后可出现界面如图 2.22。图 2.22 实验报告登录界面点击教员后在出现的界面中输入管理员的用户名和密码并点击提交可进入教员用户的管理界面。图 2.23 教员用户的管理界面登录2 深入使用17图 2.24 教员用户的管理界面2.4.2 教员教员用户用于管理实验报告、学员名单以及批阅实验报告。教员按管理员提供的用户名和密码登录进入管理的界面如图 2.25。图 2.25 学员用户的管理界面该界面教员可增加班级名称。当点击班级名称后可对该班级的人员名单和需要提交实验报告的实验名称进行管理，进入的界面如图 2.26。2 深入使用18图 2.26 各项目实验报告的管理若教员登录后进入批阅实验报告界面可选择班级、实验名称和学生，按页面提示对实验报告进行批阅，其界面如图 2.27。图 2.27 实验报告批阅界面2.4.3 学员学员用户只能用于查阅实验报告评语或提交实验报告。当选择学员登录后，进入界面如图 2.28。2 深入使用19图 2.28 学员用户登录界面选择教员、课程和班级，输入正确的姓名和密码后，进入实验报告评语查阅和提交的如下界面。图 2.29 学员用户查看批阅的实验报告界面