Matlab與Origin軟件在“電路及磁路”教學(xué)中的應(yīng)用

鄒龍生 唐 婧 楊 紅

（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160）

1 前 言

在“電路及磁路”教學(xué)過(guò)程中，正弦交流電波形圖的繪制是一個(gè)比較棘手的問(wèn)題.對(duì)于波形圖的繪制，有的老師采用Excel軟件來(lái)描述它，但是存在數(shù)據(jù)點(diǎn)不夠多的障礙；也有的老師采用AutoCAD軟件來(lái)繪制，但是存在曲線不夠精確的困境.為此，本文根據(jù)Matlab和Origin軟件各自的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)它們的互補(bǔ)性來(lái)描述如何繪制正弦交流電的波形圖，期望解決“電路及磁路”教學(xué)過(guò)程中面臨的一個(gè)難題.

2 軟件介紹

Matlab軟件自1984年推向市場(chǎng)以來(lái)，已經(jīng)成為世界公認(rèn)的、比較優(yōu)秀的應(yīng)用軟件.它是一種直觀、高效的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，同時(shí)又是一個(gè)科學(xué)計(jì)算平臺(tái).它為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、算法和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，提供了最核心的數(shù)學(xué)和高級(jí)圖形工具.一般認(rèn)為，Matlab軟件具有三大特點(diǎn)：一是功能強(qiáng)大，它具有數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算、計(jì)算結(jié)果、編程可視化、數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理、離線和在線計(jì)算等功能；二是界面友善、語(yǔ)言自然，Matlab以復(fù)數(shù)處理作為計(jì)算單元，指令表達(dá)與數(shù)學(xué)表達(dá)式相近；三是開(kāi)放性強(qiáng).Matlab還具有圖像處理的功能，圖像處理工具包是由一系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成的，所支持的圖像處理操作有：幾何操作、區(qū)域操作和塊操作；線性濾波和濾波器設(shè)計(jì)；變換（DCT變換）；圖像分析和增強(qiáng)功能.圖像處理工具包的函數(shù)，有以下幾類(lèi)：圖像顯示；圖像文件輸入與輸出；幾何操作；象素值和統(tǒng)計(jì)；圖像分析與增強(qiáng)；圖像濾波；線性二維濾波器設(shè)計(jì)；圖像變換；領(lǐng)域和塊操作.因此Matlab軟件不但具有鮮明的個(gè)性特性[1]，而且應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要應(yīng)用于模擬領(lǐng)域[2-3]、數(shù)字電路設(shè)計(jì)[4]等.

Origin軟件是Windows平臺(tái)下用于數(shù)據(jù)分析、工程繪圖的軟件.Origin軟件與Word和Excel等軟件相類(lèi)似，是一個(gè)多文檔界面的應(yīng)用程序.Origin軟件具有使用簡(jiǎn)單的特性，常用領(lǐng)域是數(shù)據(jù)分析和繪圖[5-9].數(shù)據(jù)分析包括數(shù)據(jù)的排序、調(diào)整、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、頻譜變換、曲線擬合等.

Origin的繪圖是基于模版的，其本身提供了幾十種二維和三維繪圖模版，而且允許用戶(hù)自己定制模版.使用繪圖命令時(shí)，只要選擇所需要的模版就可以了.

3 實(shí)例分析

已知正弦交電流的瞬時(shí)解析式為[10]：

對(duì)于正弦電流的波形圖，可以用 AutoCAD軟件來(lái)描述，也可以用Excel軟件來(lái)繪制，采用上述的兩種方法來(lái)表達(dá)波形圖，都有各自的不足，為了更簡(jiǎn)單、方便地繪制波形圖，根據(jù)課程的教學(xué)實(shí)踐，擬采用Matlab與Origin軟件相結(jié)合的方法來(lái)完成正弦交流電的波形圖.現(xiàn)以方程(1)為例，詳細(xì)闡述正弦交流電的波形圖繪制的步驟.

3.1 Matlab軟件計(jì)算方程(1)

寫(xiě)出用Matlab軟件計(jì)算的程序，語(yǔ)句為：

①%給出角度的取值范圍；

將上述語(yǔ)句在Matlab軟件中運(yùn)行，結(jié)果如下：

表1 方程(1)的計(jì)算值

3.2 Origin軟件繪制方程(1)的波形圖

將表1中的數(shù)據(jù)輸入Origin軟件相應(yīng)的命令，通過(guò)plot命令，經(jīng)過(guò)整理和調(diào)整，輸出的圖形如圖1所示.將圖1和圖2[11]對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩條曲線變化的趨勢(shì)是相似的，可以認(rèn)為圖1符合正弦曲線的變化規(guī)律，也是方程(1)的波形圖.

圖1 方程(1)的波形圖

圖2 正弦交流電的波形圖

4 結(jié) 論

本文探討Matlab與Origin軟件相結(jié)合在“電路及磁路”教學(xué)中的應(yīng)用.通過(guò)實(shí)例分析，闡述了Matlab與Origin軟件的結(jié)合應(yīng)用，能顯著提高正弦交流電波形圖的準(zhǔn)確度.采用此方法繪制的曲線，操作簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用，而且曲線光滑、整潔，減少了因繪圖方法不當(dāng)造成的偏差，有助于吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生對(duì)“電路及磁路”學(xué)習(xí)的興趣，對(duì)于學(xué)生以后從事科研和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作大有幫助.

[1]樊啟斌，李虹.MATLAB語(yǔ)言的功能、特點(diǎn)及其應(yīng)用[J].測(cè)繪信息與工程，2000（4）：29-32，37.

[2]師青梅，常宇. Matlab仿真技術(shù)在大學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力教育，2012（15）：78-79，87.

[3]陳丁，王森，王穩(wěn)奇.基于 MATLAB/SIMULINK的仿真應(yīng)用研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2005（7）：1018-1020.

[4]董圣英.Matlab在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（3）：86-88.

[5]王小華，曾翠連，劉志，等.Origin處理化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[J].化學(xué)工程與裝備，2009（7）：237-239.

[6]王宇，胡贅，曹仲義，等.Origin軟件在化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010（1）：86-88，93.

[7]李曉波，謝志遠(yuǎn).Origin作圖在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用及評(píng)價(jià)[J].襄樊學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（8）：86-88，93.

[8]徐衛(wèi)華.用 Microcal Origin軟件模擬研究檢流計(jì)保護(hù)電阻的作用[J].楚雄師專(zhuān)學(xué)報(bào)，2000（3）：80-82.

[9]劉湘敏，張軍朋，吳先球.用Origin變換坐標(biāo)精確測(cè)量 RLC并聯(lián)諧振電路的共振頻率[J].海南師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006（4）：328-331.

[10]蔡元宇，朱曉萍，霍龍.電路及磁路[M].北京:高等教育出版社，2012.

[11]http://image.baidu.com/i?ct=503316480&z=&tn=baiduimagedetail&ipn=d&word=%E6%AD%A3%E5%BC%A6%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5%E6%B3%A2%E5%BD%A2%E5%9B%BE&step_word=&ie=utf-8&in=24072&cl=2&lm=-1&st=&pn=4&rn=1&di=9189331030&ln=1930&fr=ala0&&fm q=1393228145472_R&ic=&s=&se=&sme=0&tab=&width=&h eight=&face=&is=&istype=&ist=&jit=&objurl=http%3 A%2F%2F221.203.108.70%3A8080%2Fzykc%2FUploadFile s_1578%2F201008%2F20100824162433231.jpg#pn4&-1&d i9189331030&objURLhttp%3A%2F%2F221.203.108.70%3A 8080%2Fzykc%2FUploadFiles_1578%2F201008%2F201008 24162433231.jpg&fromURLippr_z2C%24qAzdH3FAzdH3Fd d8_z%26e3Bdan_z%26e3B8ab_z%26e3B0a_z2C%24qbabaAz dH3FzyhvAzdH3FSi5oA6ptvsj_z%26e3Bwfr%3FA6ptvsjID%3D9d8&W649&H190&T9925&S12&TPjpg.