基于MATLAB Simulink的模拟电路与数字电路虚拟实验平台设计

魏鑫强，赵乙珑，张欣濡，孙宁欣，刘艳丽

（承德医学院，河北 承德 067000）

0 引言

新工科建设是基于国家战略发展的新需求和国际竞争的新形势提出的高等教育改革的方向[1]。随着当今科技的不断进步，越来越多的人机交互平台出现，为实验教学的顺利进行助力。本文以数字电路和模拟电路为研究对象，基于Matlab Simulink对它们进行仿真，并完成相关实验，并利用GUI呈现友好的人机交互界面，使实验教授过程更加顺利[2]。本实验平台设有数字电路和模拟电路两大模块，其中还分别有二极管电路、三极管电路、负反馈电路、加法器、译码器和触发器这些小模块，实验过程中学生可根据具体需要对电路进行改造，能更好地培训学生的创新能力。

1 虚拟实验平台的总体设计

该虚拟实验平台采用GUI设计人机交互界面，在主界面中利用按钮来跳转到不同的siumlink电路仿真图，来进行虚拟仿真实验。总体框架和仿真平台界面如图1和图2所示。

图1 实验平台总体框架

图2 虚拟实验平台界面

2 基于Matlab Simulink的虚拟仿真实验

2.1 数字电路

2.1.1 加法器

图3为实验平台利用Simulink搭建好加法器仿真电路，操作者可通过改变PulseGenerator模块的Amplitude参数来获取高电平或低电平信号输入电路[3]。使用者亦可根据需要在Simulink Library Browser中找到所需模块改造电路，进行试验。

图3 加法器实验及仿真

2.1.2 译码器

图4为实验平台利用Simulink搭建好译码器电路，并进行试验得到真值表。

图4 译码器实验及仿真

2.2 模拟电路

2.2.1 二极管电路

图5 为模拟电路模块仿真图，实验平台利用Simulink搭建好二极管电路，二极管为理想硅二极管，电源电压为5V，电阻为10R，在Simulink中搭建的仿真电路图运行得到ID和VD结果与使用理想模型、恒压降模型和折线模型进行计算所得结果相同。在此电路图中需注意，要加上Powergui模块，否则电路无法运行[4]。

图5 模拟电路模块仿真

2.2.2 三极管电路和负反馈电路

三极管电路和负反馈电路需要注意的有以下几点：（1）在有三极管的电路中需要在电路任意部位连接SolverConfiguration模块，否则电路运行会报错；（2）同样的，需要加入Powergui模块；（3）在这两个电路中，使用电压表和电流表测量数据时，需要使用模-数转换模块PS-SimulinkConverter来连接测试表和scope或者display[5]。

3 结语

本平台基于Matlab的GUI 技术和Simulink仿真技术实现了数字电路和模拟电路在计算机中的仿真实验，打破了传统电路连接实验的限制，学生可灵活创新，对自己所需电路进行连接并仿真。