Мнушка О.В., Ксензик А.В.
Харківський національний автомобільно-дорожній
університет, кафедра “Інформатики”,
Украинская инженерно-педагогическая академия (УИПА) каф.ТОЭ.
ЭЛЕКТРОННЫе КОМПЬЮТЕРНЫе ЛАБОРАТОРИи ДЛЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
На сегодняшний день
лабораторная база учебных заведений материально и морально устарела,
большинство контрольно – измерительных приборов имеет срок эксплуатации
двадцать – тридцать лет. Модернизация лабораторной базы сопряжена с огромными
материальными затратами, которые не могут себе позволит большинство учебных
заведений.
Применение различных
виртуальных компьютерных технологий позволяет с минимальными материальными
затратами модернизировать устаревшую материальную базу учебных заведений и
эффективно организовать дистанционное обучение по лабораторным занятиям.
Анализ публикаций показал: на сегодняшний день выбор виртуальных
лабораторий определяется в основном ее распространенностью, наличием книг и
методических разработок [1-4].
Следует отметить изменения в законодательстве Украины по защите прав
интеллектуальной собственности в сторону их ужесточения, что делает практически
невозможным применение ряда традиционно используемых программ [5-7].
В связи с выше указанным возникает задача анализа существующих бесплатных
виртуальных лабораторий, которые могли бы заменить по функциональным возможностям
такие программы как «Electronics
Workbench», Multisim, LabVIEW.
Цель статьи. Провести
анализ существующего бесплатного программного обеспечения, предназначенного для
моделирования электронных схем, при изучении
электротехнических дисциплин.
На рынке программного
обеспечения присутствует большое число бесплатных программ [8].,
предназначенных для применения в качестве электронной компьютерной лаборатории,
которые могут быть использованы в учебном процессе.
Для учебных
заведений, достаточно ограниченных в материальных средствах, использование
бесплатного ПО может быть единственным вариантом использованием программного
обеспечения для организации учебного процесса как в аудиторных, так и в
дистанционных курсах.
Рассмотрим основные
возможности программ, которые могут быть использованы для организации
виртуальной лаборатории.
1. Программа SwitcherCAD III (http://www.linear.com/) является третьим поколение программ, предназначенным для
разработки устройств электронной техники (рис. 1.).
Достоинства
программы: развитые возможности по моделированию аналоговых переключательных и
усилительных схем; использование SPICE – симулятора, простой интерфейс, наличие
литературы и методических указаний; применение в радиолюбительской практике,
большое число сайтов, посвященных работе с программой.
Недостатки программы:
ориентирована на пользователя со средним и достаточно высоким уровнем базовой
подготовки в области электроник и моделирования, необходимость изменения
моделей на низком уровне, исходная ориентация на полупроводниковые приборы
фирмы - разработчика программы, непонятный с точки зрения законодательства тип
лицензии.
2. Программа –
симулятор SpiceOpus (http://www.fe.uni-lj.si/~spice/) является схемным
симулятором с оптимизационными утилитами (рис. 2.).
Основное назначение
проекта – профессиональное приложение различных методов оптимизации в целях моделирования.
В пакет включено десять различных оптимизационных подходов. Применение такого
инструмента можно порекомендовать для очень подготовленных пользователей,
знакомых с методами оптимизации и умеющими произвести выбор наилучшего из них
для решения поставленной задачи.
Рисунок 1. Рисунок
2.
Достоинства
программы: бесплатная (lite), широкие возможности по организации и
визуализации проектирования.
Недостатки программы:
отсутствие графического редактора; нет локализации; нет виртуальных приборов; практическое
отсутствие литературы и методических указаний на украинском или русском языке
ориентированна больше на исследователей, занимающихся проблемами моделирования.
чем на инженеров-практиков.
3. Программа KTechLab (http://ktechlab.org/index.htm) –
интегрированная среда разработки для электронных аналоговых и цифровых цепей и схем
с применением микроконтроллеров (рис. 3.).
Основное направление
программы – обучение и самообучение основам электроники и схемотехники
аналоговых, цифровых и смешанных устройств.
Достоинства: программа
обладает простым и интуитивно понятным интерфейсом, в составе программы имеются
виртуальные приборы – вольтметр, амперметр, осциллограф, логический анализатор
и др., бесплатная; ориентирована на применение пользователями с начальным и
средним уровнем подготовки; возможность проектирования и анализа смешанных
цифро – аналоговых и аналогово – цифровых схем.
Недостаток: программа
ориентирована только на ОС Linux и оболочку KDE, недостаточное
количество измерительных приборов для организации полноценной электронной
лаборатории; практическое отсутствие литературы и методических указаний.
Рисунок 3 Рисунок 4.
4. Программа QUCS (Quite Universal Circuit Simulator, http://qucs.sourceforge.net/index.html). предназначена для
моделирования аналоговых и цифровых (за счет внешней программы FreeHDL) схем с выводом
результатов в виде различных таблиц и
графиков (рис. 4.).
Важной и интересной
особенностью программы является работа с СВЧ - цепями, а именно: расчет S-параметров и
согласование цепей в полуавтоматическом режиме; расчет параметров полосковых
линий и волноводов; одновременное согласования входа и выхода четырехполюсной
цепи.
Достоинства программы: бесплатная, ориентация на пользователя с начальным и средним уровнем
подготовки, большой выбор элементов, возможность создания макроэлементов,
хорошие средства визуализации результатов моделирования, возможность цифрового
моделирования, поддержка основных операционных систем, наличие локализации.
Недостатки: недостаточно
удобный интерфейс, перегруженный сообщениями модуля анализа; необходимость
внешней программы цифрового моделирования и дополнительно компилятора gcc в Windows; небольшой выбор
виртуальных приборов; недостаточное количество литературы и методических
указаний на украинском или русском языке.
Выводы. Приведенный обзор программного обеспечения, которое может использоваться
при организации электронных компьютерных лабораторий не является исчерпывающим,
тем не менее, с точки зрения авторов, охватывает наиболее типичных
представителей данного класса программ.
Проведен анализ существующего программного обеспечения, предназначенного
для расчета и моделирования электронных схем различного назначения.
Литература:
1.
Средства дистанционного обучения. Методика,
технология, инструментарий. /Авторы: Агапонов С. В., Джалиашвили 3. О., Кречман
Д. Л., Никифоров И. С, Чеиосова Е. С, Юрков А. В. / Под ред. 3. О. Джалиашвили.
— СПб.: БХВ-Петербург, 2003. — 336 с: ил.
2.
Евдокимов Ю.К., Кирсанов А.Ю. Организация типовой
дистанционной автоматизированной лаборатории с использованием
LabVIEW-технологий в техническом ВУЗе / В сб. трудов Межд. конференции
"Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и
технологии National Instruments". Москва, 14-15 ноября, 2003.
3.
Ксензик А.В. Применение электронных компьютерных лаборатории в дистанционном
обучении при изучении электротехнических дисциплин // Проблеми інженерно
– педагогічної освіти. Збірник наукових праць,
Випуск 12, Харків, УІПА, 2006. -
С.197-202
4.
Короновский А.А., Храмов А.Е. Применение
Electronics Workbench для моделирования электронных схем. Учебно-методическое
пособие. Саратов: Изд-во ГосУНЦ «Колледж». 2004. 24 с.
5.
Цивільний кодекс України (435-15)
6.
Кримінальний кодекс України (2341-14)
7.
Кодексу України про адміністративні правопорушення ( 80731-10, 80732-10 )
8.
Free Software Foundation // http://www.fsf.org