虛擬儀器畢業(yè)設(shè)計論文--虛擬儀器在電子類實驗教學中的應用

1、<p>　　2012年度本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）</p><p>　　虛擬儀器在電子類實驗教學中的應用</p><p>　　學 院： 電子信息工程學院　 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學與技術(shù) </p><p>　　年 級：

2、 </p><p>　　學生姓名： 　 </p><p>　　學 號： </p><p>　　導師及職稱： </p><p><b>　　2013年 1 月<

3、/b></p><p>　　Simple numerical control dc voltage stabilizer design</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　進入二十一世紀，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)持續(xù)的進步，教學方法不斷的改革，使得實踐環(huán)節(jié)成為學生深刻理解理論知識的一個必不可少的環(huán)節(jié)，實驗成為教學環(huán)節(jié)中不

4、可缺少的重要組成部分，成為提高學生創(chuàng)造性和實踐能力和學習興趣的一個最為有效的方法。</p><p>　　目前，我國部分高校電子類課程存在著實驗設(shè)備陳舊、教學方式呆板等問題。如果對教學硬件進行更新，就不得不投入大量資金，且維護較困難。傳統(tǒng)儀器的缺陷和不足日益凸顯。為了改善實驗條件、改革試驗教學方法，本文把虛擬儀器引入實驗教學，創(chuàng)建虛擬實驗平臺，用一臺計算機取代多臺傳統(tǒng)儀器，添加少量輔助硬件即可完成過去需多臺儀器才可

5、完成的教學實驗工作。</p><p>　　本文著重于虛擬儀器在電子類實驗教學中的應用這一角度，敘述了基于虛擬儀器的教學實驗平臺的設(shè)計思想、總體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合現(xiàn)有的條件，利用LabVIEW軟件開發(fā)出了幾個電子類教學實驗應用實例，通過實驗增加了學生做實驗的興趣，同時也提高了教學質(zhì)量。</p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器：教學實驗：信號：LabView</p><p>&

6、lt;b>　　Abstract</b></p><p>　　Entering the 21st century, with the development of modern information technology, continuous improvement, the teaching method reform continuously, which makes the studen

7、ts practice become a deep understanding of the theoretical knowledge a necessary link, the experiment teaching become the indispensable important constituent part, be creative and practical ability to improve students

8、9; interest in learning and one of the most effective method</p><p>　　At present, our country some universities electronic courses there are laboratory equipment is old, teaching methods, such as mechanical

9、problems. If the teaching hardware updates, you have to invest a lot of money, and it is difficult to maintain. The defects of traditional instruments and the insufficiency is highlighted. In order to improve the experim

10、ent condition, reform test teaching method, this paper introduced the virtual instrument experiment teaching, create virtual experimental platf</p><p>　　This paper focuses on the virtual instrument in the el

11、ectronic experiment teaching in application of this point of view, the narrative based on virtual instrument teaching experiment platform design, general structure, and combining with the existing conditions, using LabVI

12、EW software developed several electronic teaching experimental applications, through the experiment increase the students do the experiment interest, but also improve the quality of teaching.</p><p>　　Keywor

13、ds: virtual instrument: teaching experiment: signal: LabView</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論··············

14、83;····································&

15、#183;··</p><p>　　1.1 課題背景····························

16、3;························</p><p>　　1.1.1 目前高校實驗教學存在的問題·····&#

17、183;······················</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外虛擬儀器在實驗教學中的應用現(xiàn)狀······&

18、#183;···········</p><p>　　1.2 研究意義···················

19、3;·································</p><p>

20、;　　1.3 研究內(nèi)容 ··································

21、3;························ </p><p>　　第二章 虛

22、擬儀器概述····································

23、;··········</p><p>　　2.1 虛擬儀器·····················&#

24、183;·······························</p><p>　　2.1.1 虛

25、擬儀器的概念···································

26、3;······</p><p>　　2.1.2 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的不同·······················

27、83;········</p><p>　　2.1.3 虛擬儀器的組成······················&

28、#183;···················</p><p>　　2.1.3.1 虛擬儀器的硬件平臺··········&

29、#183;····················</p><p>　　2.1.3.2 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)·········&

30、#183;·····················</p><p>　　2.1.4 虛擬儀器的分類·········

31、;·································</p><p>

32、　　2.1.5 虛擬儀器的功能及特點·································

33、3;··</p><p>　　2.1.5.1 虛擬儀器的功能····························

34、·······</p><p>　　2.1.5.2 虛擬儀器的特點·······················&#

35、183;···········</p><p>　　2.2 虛擬儀器開發(fā)工具簡介···················

36、;······················</p><p>　　2.2.1 虛擬儀器開發(fā)工具········&#

37、183;·······························</p><p>　　2.2.2

38、labview的主要功能··································

39、3;··</p><p>　　2.3 開發(fā)環(huán)境及設(shè)計的一般過程····························

40、;·········</p><p>　　2.3.1 labview開發(fā)設(shè)計過程····················&#

41、183;···············</p><p>　　2.3.2 使用NI Multisim完善實驗·············&

42、#183;··</p><p>　　第三章 高校電工電子虛擬實驗室的設(shè)計與實驗·······················</p><p>

43、　　3.1 數(shù)字電子技術(shù)虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　3.1.1 完成基礎(chǔ)實驗題目的虛擬儀器的設(shè)計</p><p>　　3.1.2 完成綜合實驗題目虛擬儀器的設(shè)計</p><p>　　3.2 模擬電子技術(shù)和電工技術(shù)實驗虛擬實驗室設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　2.4.1　示波器····&#

44、183;····································

45、··········</p><p>　　2.4.2　頻率計·····················&#

46、183;·····························</p><p>　　2.4.3　信號發(fā)生器·&#

47、183;····································

48、·········</p><p>　　2.4.4　萬用表······················&#

49、183;····························</p><p>　　第三章　虛擬儀器實驗教學系統(tǒng)應用實例·&

50、#183;····························</p><p>　　3.1　聲音信號采集系統(tǒng)··

51、····································

52、3;······</p><p>　　3.2　波形測量與分析························

53、3;······················</p><p>　　第四章　總結(jié)與展望·········

54、····································

55、3;··4.1 總結(jié)·································

56、························</p><p>　　4.2　展望········

57、;····································

58、83;············</p><p>　　參考文獻···················

59、3;····································&#

60、183;·</p><p>　　致謝·······························

61、;·······························</p><p><b>　　第

62、一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　在大學學習教學中，尤其是理工教學中，實驗占據(jù)著舉足輕重的位置，而且是教學活動中一個十分重要的環(huán)節(jié)，很多課程都是以實驗為基礎(chǔ)的。大學課程繁多，理論知識豐富，實驗可以在很大程度上加深學生對所學理論知識的理解，增強學生的學習興趣，鍛煉學生的動手能力，以及在實驗過程中發(fā)現(xiàn)

63、問題，分析問題，解決問題的能力。如今，我們國家正處在教育制度改革的關(guān)鍵時期，在大力倡導素質(zhì)教育的今天，高校教學中辦好實驗對于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和實踐技能是非常重要的。一所大學的實驗條件也在很大程度上反映了該校的辦學水平和科研水平。</p><p>　　但是近年來，各高校在實驗教學方面還有很大的提高空間，尤其是虛擬儀器在電子信息類實驗教學方面。大學課程中的一些抽象復雜的實驗，如果只是簡單的做一次或者幾次，學生不一定

64、能完全理解掌握，所以有時候要從不同的角度，反復實驗，反復思考，增加印象，加深理解。</p><p>　　1.1.1目前高校實驗教學存在的問題</p><p>　　傳統(tǒng)的實驗教學，大多采用實物儀器，其設(shè)備為往往那個網(wǎng)比較陳舊，不能及時更新，從而跟不上教育的飛速發(fā)展。目前高等工科院校仍然沿用著傳統(tǒng)的實驗教學方法，其缺點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　1.實

65、驗內(nèi)容和實驗設(shè)備依附與理論課程進行劃分，各實驗室和實驗內(nèi)容沒有形成一個有機的整體，缺乏系統(tǒng)的觀念。</p><p>　　2.實驗設(shè)備重復建設(shè)，沉積較多。</p><p>　　3.實驗設(shè)備層次不齊，大部分設(shè)備落后于課程建設(shè)的需要。</p><p>　　4.實驗的內(nèi)容側(cè)重于理論的驗證和模仿訓練，每個學生的實驗內(nèi)容千篇一律，將學生的思維限定在一個狹窄的的范圍內(nèi)，缺乏對學生

66、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和綜合能力的提高。</p><p>　　5.滯后的實驗設(shè)備和四班的實驗模式難以調(diào)動學生的主動性和創(chuàng)造性，實驗教學處于應試階段。</p><p>　　這些在很大程度上制約了實驗教學的發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。究其原因，不能不說，在科技飛速發(fā)展的今天，以教育有限的投入還無法滿足實驗設(shè)備價格昂貴更新速度快的要求，這才是最根本的原因。這就要求從事實驗教學研究的工作者，開發(fā)能夠滿足現(xiàn)代

67、實驗教學要求，物美價廉的實驗教學儀器，以提高實驗教學水平，培養(yǎng)高素質(zhì)的適應時代要求的合格人才。</p><p>　　本文正是在這樣的背景下，以虛擬儀器在電子類實驗教學中的應用為課題進行相關(guān)的探討。</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外虛擬儀器在實驗教學中的應用現(xiàn)狀</p><p><b>　　1.國內(nèi)應用現(xiàn)狀</b></p>

68、<p>　　目前，在我國已有一些高校引入輸入信號減小和輸出信號功率放大的功能實驗箱。實驗箱是為在虛擬儀器環(huán)境下開發(fā)若干有典型意義基礎(chǔ)實驗和若干綜合性提高實驗而專門設(shè)計制作的，提供有足夠量的多種電路元器件，指零儀表和集成電路芯片等。</p><p>　　另外，國內(nèi)許多大學在研究EVlab系統(tǒng)的過程中，采用了QTVR和VRML相結(jié)合的做法，通過結(jié)合VRML較強的用戶交互功能和QTVR實景建模的功能，可以構(gòu)建

69、真實感很強的，具有良好交互性的虛擬實驗室。</p><p><b>　　2.國外應用現(xiàn)狀</b></p><p>　　美國的John.Waller和Natalie Foster用屏幕拷貝監(jiān)視器顯示的方法設(shè)計一個虛擬的氣象色譜質(zhì)譜儀。學生可以在Web上使用這個虛擬儀器，從而可以較快的掌握這種復雜儀器的使用方法，而真實的儀器則能被用來進行更有價值的實驗和獲取數(shù)據(jù)。<

70、/p><p>　　澳大利亞RMIT大學清楚地了解到學生面臨的困難。這個虛擬實驗使用了多種人機交互手段，為學生提供了一個易于使用的實驗學習環(huán)境。</p><p>　　縱觀國內(nèi)外，虛擬儀器在電子類實驗教學中的應用目前還不是很深入很廣泛，希望本文能以前人之鑿，修己之石，引后人之玉。</p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p>

71、<p>　　傳統(tǒng)儀器下的高校實驗教學，已經(jīng)嚴重落后于信息時代和工程實際的需要。其根本原因在于實驗教學內(nèi)時性好，具有良好的人機界面，虛擬儀器正可以實現(xiàn)這些要求。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下優(yōu)點：</p><p>　　1.在通用硬件平臺確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來完成儀器的功能；</p><p>　　2.儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來定義的，而不是事先由生產(chǎn)廠家定義

72、好的；</p><p>　　3.儀器性能的改進和功能的擴展只需進行相關(guān)軟件的更新，而不需要購買新的儀器；</p><p>　　4.研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短，且成本低廉；</p><p>　　5.虛擬儀器具有開放性和靈活性，可與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。</p><p>　　通過虛擬實驗室，可以隨時將電子技術(shù)實驗搬到課堂上進行

73、演示，理論聯(lián)系</p><p>　　實踐，實現(xiàn)“實驗室弦走進課堂，“儀器力搬上講臺，現(xiàn)場操作儀器，動態(tài)顯示</p><p>　　測試原理，強化了教學效果。在課下，還可以使每個學生立刻進入“虛擬實驗室”“實地”紓反復操作儀器，教師也不必擔心。儀器一會被損壞。這樣可以大大提高學生們在實際操作中的動手能力，提高實驗教學的效果。電子技術(shù)虛擬實驗室能夠復現(xiàn)實驗內(nèi)容，對實現(xiàn)過程的細節(jié)放大，加深實驗的感

74、受，為實驗者提供大量的實驗機會，并且通過計算機的廣博，對電子技術(shù)的各方面都能系統(tǒng)便捷地學習，這是普通的實驗臺根本無法比擬的。同時，發(fā)展虛擬實驗室，能夠節(jié)約大量資金和物力，減少器件的損壞，并且能夠不斷更新，利用現(xiàn)有的豐富的計算機資源，進行學習、設(shè)計和仿真。電子技術(shù)實驗是各類專業(yè)非常重要的基礎(chǔ)課程，因此其虛擬實驗室的建立有很重要的意義。</p><p><b>　　1.3 研究內(nèi)容</b><

75、;/p><p>　　本文共分為四個部分，第一部分介紹課題的研究背景，縱觀了該課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并指出了研究的意義。第二部分介紹了本課題的研究對象——虛擬儀器，闡述了它的定義，組成，分類，性能和特點以及虛擬儀器的開發(fā)工具，開發(fā)環(huán)境和在電子信息類實驗教學中的具體應用。第三部分從聲音信號采集系統(tǒng)和波形測量與分析兩個方面介紹虛擬儀器在實驗教學系統(tǒng)中的應用實例。第四部分是結(jié)論部分，對整個設(shè)計進行總結(jié)并對未來做了展望。&l

76、t;/p><p>　　第二章 虛擬儀器概述</p><p><b>　　2.1 虛擬儀器</b></p><p>　　2.1.1 虛擬儀器概述</p><p>　　儀器技術(shù)發(fā)展至今，經(jīng)歷了模擬儀器，數(shù)字化儀器，智能儀器以及單臺儀器，層疊式儀器系統(tǒng)階段，從20世紀80年代進入虛擬儀器系統(tǒng)時代。20年來，無論是初學乍用的新手還是

77、經(jīng)驗豐富的程序開發(fā)人員，虛擬儀器（Virtual Instrument）在各種不同的工程應用和行業(yè)的測量及控制的用戶中廣受歡迎</p><p>　　電子技術(shù)的飛速發(fā)展及助于PC機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立圖形化的“虛擬的”儀器面板，完成對儀器的控制，數(shù)據(jù)分析與顯示。這種與PC機結(jié)合構(gòu)成的，包含實際儀器使用與操作信息軟件的儀器，稱為“虛擬儀器”。</p><p>　　1986年，美國

78、NI公司功能強大的應用軟件，低成本的硬件，它們在一起共同完成傳統(tǒng)儀器的功能。</p><p>　　VXI體積將會更小，甚至可以移植到被測試的設(shè)備或者電路中去，并且具有自我診斷，自我校準和自我感知的能力。</p><p>　　1986年10月，美國NI公司推出了圖形化虛擬儀器專用開發(fā)平臺LabVIEW,它采用了獨特的圖形化編程方式，編程過程簡單方便，是目前最受歡迎的虛擬儀器主流開發(fā)平臺。在軟

79、件上，為了兼顧其它高級語言開發(fā)者的習慣，NI還推出了LabWindows\CVI.ComPonentworks等交互式開發(fā)平臺。</p><p>　　所謂虛擬儀器測試功能。</p><p>　　虛擬儀器是基于計算機的及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能 。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。</p><p>　　“虛擬”二字主要包含兩方面的含

80、義：</p><p>　　第一，虛擬儀器的面板是虛擬的：</p><p>　　虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的。如由各種開關(guān)，按鍵，顯示器等實驗儀器電源的通，斷；被測信號“輸入通道”，“放大倍數(shù)”等參數(shù)設(shè)置；測量結(jié)果的“數(shù)值顯示”，“波形顯示”等。</p><p>　　第二，虛擬儀器測量功能是由軟件編程來實現(xiàn)的：<

81、/p><p>　　在以PC機為核心組成的硬件實現(xiàn)了測試技術(shù)與計算機技術(shù)深層次的結(jié)合。</p><p>　　2.1.2 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的不同</p><p>　　虛擬儀器由用戶定義，而傳統(tǒng)儀器則功能固定且由廠商定義。每一個虛擬儀器系統(tǒng)都由兩部分組成——軟件和硬件。對于當前的測量任務(wù)，虛擬儀器系統(tǒng)的價格與具有相似功能的傳統(tǒng)儀器相差無幾，甚至比它少很多倍。而且，由于虛擬儀

82、器在測量任務(wù)需要改變時具有更大的靈活性，因而隨著時間的流逝，節(jié)省的成本也不斷累計。不使用廠商定義的、預封裝好的軟件和硬件，工程師和科學家獲得了最大的用戶定義的靈活性。傳統(tǒng)儀器把所有軟件和測量電路封裝在一起利用儀器前面板為用戶提供一組有限的功能。而虛擬儀器系統(tǒng)提供的則是完成測量或控制任務(wù)所需的所有軟件和硬件設(shè)備，功能完全由用戶自定義。此外，利用虛擬儀器計數(shù)，工程師和科學家們還可以使用高效且功能強大的軟件來自定義采集、分析、存儲、共享和顯

83、示功能。這里有一些體現(xiàn)虛擬儀器靈活性的例子：　　(1) 一個應用，不同的設(shè)備 在這個例子中， 一位工程師正在實驗室的臺式計算機PCI總線上使用NI LabVIEW和M系列DAQ設(shè)備開發(fā)一個應用程序，以創(chuàng)建一個直流（DC）電壓和溫度測量應用。在完成了系統(tǒng)構(gòu)建之后，他需要在一個生產(chǎn)層PXI系統(tǒng)上配置應用程序以完成新產(chǎn)品的測試。或者，他可能需要</p><p>　　2.1.3 虛擬儀器的組成</p&g

84、t;<p>　　虛擬儀器一般由通用儀器硬件平臺（簡稱硬件平臺）和應用軟件兩大部分組成。</p><p>　　2.1.3.1 虛擬儀器的硬件平臺</p><p>　　構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺有兩大部分：</p><p>　　1.計算機：一般為一臺PC機或者工作站，它是硬件平臺的核心。虛擬儀器使用的個人計算機中，微處理器和總線成為最重要的因素。</p&

85、gt;<p>　　其中，微處理器和其它控制系統(tǒng)中，總線技術(shù)的發(fā)展和采集結(jié)合在一起。</p><p>　　2.Ｉ＼Ｏ接口設(shè)備：主要完成被測信號的采集，放大，模＼數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)＼模轉(zhuǎn)換和信號輸出控制等?？筛鶕?jù)不同的總線情況采用不同的Ｉ＼Ｏ接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡（DAQ），GPIB總線儀器，VXI總線儀器模塊，串口儀器等，虛擬儀器構(gòu)成方式有五種類型</p><p>　　a.PC—D

86、AQ系統(tǒng)：以數(shù)據(jù)采集板，信號調(diào)理電路和計算機為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。采用計算機本身的總線PCI或ISA，故將數(shù)據(jù)采集卡版（DAQ）插入計算機空槽中即可。</p><p>　　PC—DAQ\PCI插片式虛擬屏蔽，散熱條件差等。但PC—DAQ\PCI插卡式虛擬儀器在五種虛擬儀器系統(tǒng)中，是虛擬儀器最廉價最基本的構(gòu)成形式。</p><p>　　b.GPIB系統(tǒng)：以GPIB標準總線儀

87、器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。</p><p>　　GPIB總線虛擬儀器測一個GPIB總線虛擬儀器測試系統(tǒng)，也可以作為獨立的單臺儀器使用。</p><p>　　c.VXI系統(tǒng)：以VXI標準總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。</p><p>　　VXI總線系統(tǒng)具有標準化，通用化，系列化，模塊化的的顯著優(yōu)點，它集測量，計算，通信

88、功能于一體，是國際上20世紀的一項高新科技。它不僅繼承了GPIB智能儀器和ＶＭＩ總線的特點，還具有高速，模塊化，易于使用等優(yōu)勢。VXI總線系統(tǒng)可簡化為資源管理器和組態(tài)寄存器兩種結(jié)構(gòu)。</p><p>　　d.PXI系統(tǒng)：以PXI標準總線儀器模塊與計算機為儀器儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。</p><p>　　PXI的重要特性之一是維用的基本功能而不是完整的PXI特性。</p&g

89、t;<p>　　e.串口系統(tǒng)：以Serial標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。</p><p>　　RS—232總線是早期總線，尤其是IEEE1394總線，它是一種高速串行總線，由它構(gòu)建的虛擬儀器系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸速度已經(jīng)達到100mb/s.</p><p>　　無論上述哪種VI系統(tǒng)，都是通過應用軟件將儀器硬件與通用計算機相結(jié)合。其中，PC—DAQ測量系統(tǒng)

90、是構(gòu)成VI的最基本的方式，也是最廉價的方式。</p><p>　　2.1.3.2 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)</p><p>　　虛擬儀器軟件由兩大部分組成，即應用程序和I/O接口儀器驅(qū)動程序。</p><p>　　1.應用程序（它包含兩個方面的程序）</p><p>　　a.實現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序；</p><p>

91、;　　b.定義儀器測試功能的流程圖軟件程序。</p><p>　　2.I/O接口儀器驅(qū)動程序：這類程序用來完成特定外部硬件設(shè)備的擴展，驅(qū)動與通信。</p><p>　　輸入/輸出（I/O）接口軟件軟件中心。在VPP系統(tǒng)規(guī)范中，詳細規(guī)定了虛擬儀器系統(tǒng)輸入/輸出（I/O）接口軟件定義為VISA軟件。</p><p>　　儀器驅(qū)動程序是連接上層應用軟件與底層輸入/輸出（I

92、/O）軟件的紐帶和橋梁。</p><p>　　在過去，用戶只能見到儀器源程序也容易理解。這樣，用戶就可以修改儀器驅(qū)動程序，可以對儀器功能進行擴展，將儀器使用的主動權(quán)真正交給了用戶。</p><p>　　開發(fā)虛擬儀器，必須有合適的軟件開發(fā)平臺，目前已經(jīng)有多種虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺，大體可分為兩類：</p><p>　　a.基于文本式編程語言：al Basic,Labw

93、indows/CVI等</p><p>　　b.基于圖形化編程語言：LabVIEW ,HPVEE等</p><p>　　這些軟件開發(fā)工具為用戶設(shè)計虛擬儀器應用軟件提供了最大限度的方便條件與良好的開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　2.1.4 虛擬儀器的分類</p><p>　　虛擬儀器可以按接口總線可分為數(shù)據(jù)采集插卡式(DAQ)虛擬儀器、RS23

94、2／RS422虛擬儀器、并行接口虛擬儀器、VXI虛擬儀器、PXI虛擬儀器、USB虛擬儀器、GPm虛擬儀器和最新的IEEEl394接口虛擬儀器</p><p><b>　　。</b></p><p>　　2.1.5 虛擬儀器的功能及特點</p><p>　　2.1.5.1 虛擬儀器的功能</p><p>　　虛擬儀器的基本

95、功能主要由以下三點：</p><p>　　1.信號調(diào)理與采集功能</p><p>　　這項功能主要是由虛擬儀器總線接口的儀器，如GPIB，VXI，PXI，STD，PCI總線儀器和網(wǎng)絡(luò)化儀器等。</p><p>　　2.數(shù)據(jù)分析與處理功能</p><p>　　虛擬儀器充分利用了計算，統(tǒng)計處理，數(shù)值計算，信號分析，數(shù)據(jù)壓縮，模式識別等數(shù)字信號處理

96、。</p><p>　　3.參數(shù)設(shè)置和結(jié)果表達功能</p><p>　　虛擬儀器最常見的應用是取代傳統(tǒng)的臺式儀器。隨著插入式數(shù)據(jù)采集板速率的提高和觸發(fā)技術(shù)的改進，插入式數(shù)據(jù)采集板技術(shù)使臺式儀器獲得了新生。</p><p>　　2.1.5.2 虛擬儀器的特點</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)就是基于PC技術(shù)的，用戶自定義的測試和測量解決方案，其

97、四大優(yōu)勢在于：性能強性價比高，擴展性強，開發(fā)時間短，以及出色的集成功能。</p><p><b>　　1.性能強性價比高</b></p><p>　　以軟件為主的測量系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換器放置在PC機中，就能以高達每秒100mb的速度將數(shù)據(jù)導入磁盤。</p><p>　　另外，由于傳送的信號大多是數(shù)字信號，數(shù)據(jù)的處理幾乎是軟件實現(xiàn)的，從而大大降低了環(huán)境

98、干擾和系統(tǒng)誤差的影響。</p><p><b>　　2.擴展性強</b></p><p>　　虛擬儀器的硬軟件具有開入一個通用儀器模塊或更換一個儀器模塊，而不必購買一個全新的系統(tǒng)，大大有利于測試系統(tǒng)的功能擴展。</p><p>　　虛擬儀器改變了傳統(tǒng)儀器的功能，故虛擬儀器可作為許多儀器設(shè)備來使用。</p><p><

99、;b>　　3.開發(fā)時間短</b></p><p>　　在驅(qū)動和應用兩個層面上地配置，創(chuàng)建，部署和維護高性能，低成本的測量和控制解決方案。</p><p>　　另外，由于充分利用，完善了數(shù)據(jù)的傳輸，交換等性能，使得組建系統(tǒng)變得更加靈活和簡單，增強了數(shù)據(jù)處理能力。</p><p><b>　　4.出色的集成 </b></p&

100、gt;<p>　　虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷的趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，但是這些不同設(shè)備間的連接和集成總需要耗費大量的時間，并不是輕易可以完成的。虛擬儀器軟件平臺為大部分I/O設(shè)備提供了標準的接口，例如數(shù)據(jù)采集，視覺，分布式I/O等等，幫助用戶輕松地將多個測量設(shè)備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復雜性。</p><p>　　2

101、.2 虛擬儀器開發(fā)工具簡介</p><p>　　2.2.1 虛擬儀器開發(fā)工具</p><p>　　軟件在現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)構(gòu)成與開發(fā)費用中所占的比例越來越大，測試軟件編程對廣大測試工程師和科學家編程能力的要求越來越高，帶來的負擔也越來越重。使用一套效率高，功能強的測試編程軟件開發(fā)工具，不斷可以節(jié)省工程師在程序編碼和調(diào)試中的時間和精力，還可以提高軟件的生成和維護效益。虛擬儀器的開發(fā)工具比較廣泛

102、，目前比較流行的軟件開發(fā)技術(shù)是面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)和圖形編程技術(shù)，兩者在虛擬儀器開發(fā)中都有應用。可視化編程語言VisualC++,Visual Basic均可以作為開發(fā)虛擬儀器的配套軟件，但相比較于圖形編程語言來說，編程難度較大，開發(fā)周期較長且不易進行修改，升級和維護等 。而圖形編程語言在這方面具有無可比擬的優(yōu)勢，它簡單易學開發(fā)周期短，開發(fā)出的應用程序界面美觀，功能強大。目前，最具有代表性的是美國NI公司的LabWindows/CVI，L

103、abView和惠普公司的HP VEE。</p><p>　　LabWindows/CVI是一個完全的標準C的開發(fā)環(huán)境，用于開發(fā)虛擬儀器應用系統(tǒng)，它以C語言為基礎(chǔ)，提供內(nèi)置式函數(shù)庫用于數(shù)據(jù)采集，分析和顯示任務(wù)，它還提供簡單的托放式用戶界面編輯器以及自動代碼生成工具。利用這些功能，可以在將代碼加入到某項目之前，先對其進行互動式的測試，還可以利用LabWindows/CVI定義和建立用戶界面，生成和運行ActiveX組

104、件，及開發(fā)多線程應用。作為交互式的集成開發(fā)環(huán)境，LabWindows/CVI是熟悉C語言的開發(fā)人員編寫檢測，數(shù)據(jù)采集，監(jiān)控程序的理想工具。</p><p>　　HP—VEE是惠普公司開發(fā)的用于儀器控制和信號分析的圖形化編程環(huán)境。HP—VEE提供了豐富的函數(shù)模塊以及大量的儀器驅(qū)動程序。HP—VEE簡單易用，編程時只需根據(jù)測試流程用鼠標將各模塊連接起來即可，而無需接觸更底層的編程。在儀器控制方面，HP--VEE提供了

105、直觀的儀器軟面板(Instrument Panel)和靈活的直接輸入輸出(Direct I／O)方式，從而用戶在編程時可以將更多注意力放在測量的定義、程序的結(jié)構(gòu)、儀器的使用等方面。作為一種面向?qū)嶋H測試人員的、靈活方便、功能強大的編程環(huán)境，HP--VEE己被廣泛用于各種測試領(lǐng)域，具有廣泛的應用前景。</p><p>　　LabView是美國NI公司的創(chuàng)新產(chǎn)品，也是目前應用最廣，發(fā)展最快，功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成

106、環(huán)境。LabVIEW的產(chǎn)生來源于NI公司的創(chuàng)始人杰姆·特魯查德博士的一個創(chuàng)新設(shè)想能否像為財務(wù)人員設(shè)計的電子表格軟件一樣，為廣大測試工程師和科學家開發(fā)一個基于數(shù)據(jù)流圖來設(shè)計程序的軟件工具。20世紀80年代中期，特魯查德博士領(lǐng)導的一個小組經(jīng)過幾年研究，首先提出測試軟件有多層虛擬儀器(Virtual Instrument，Ⅵ)構(gòu)成的新概念。二個Ⅵ可以由更底層的多個Ⅵ組成，就像真實儀器由印制電路板組成，而印制電路板又由集成電路Ic組成

107、一樣。底層Ⅵ代表了最基本的計算、I／O操作與界面設(shè)計功能，各層Ⅵ都有相同的結(jié)構(gòu)形式。虛擬儀器模型的另一個主要特征是每個Ⅵ都有用戶接口組件。虛擬儀器模型：圖形界面和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)流程圖編程是LabVIEW的三大核心技術(shù)1181，1990年結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)流程圖和虛擬儀器面板還獲得了兩項美國專利。LabVIEW本身是一個功能比較完善的軟件開發(fā)環(huán)境，它是作為替代常規(guī)的BASIC或C語言來設(shè)計的，并不僅僅是一個軟件開發(fā)環(huán)境。作為編寫應用程序的語言，除了編

108、程方式不同外，LabVIEW具備編</p><p>　　2.2.2 labview的主要功能</p><p>　　ＬabView是虛擬儀器必不可缺的一部分，因為它為用戶提供了一個簡單易用的程序開發(fā)環(huán)境，并且特別考慮了工程師和科學家的需要而專門設(shè)計。ＬabView為工程師和科學家們提供的最有力的特性就是圖形化的編程環(huán)境，你可以在電腦屏幕上創(chuàng)建一個圖形化的用戶界面，即可設(shè)計出完全符合自己的要

109、求的虛擬儀器，可以輕松完成以下任務(wù)：數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)顯示。</p><p>　　1. ＬabView用于數(shù)據(jù)采集 憑借NI LabView,可以從數(shù)千種儀器，數(shù)據(jù)采集和測量設(shè)備上快速采集數(shù)據(jù)。NI LabView是一個開放式的開發(fā)環(huán)境，專為簡化與各種測量硬件連接而設(shè)計。借助NI LabView的一些交互式助手，自動代碼生成工具及與數(shù)千種儀器輕松連接的驅(qū)動程序，數(shù)據(jù)采集任務(wù)就會變得相當簡單。<

110、/p><p>　　因為LabView可提供幾乎與所有測量設(shè)備的連接，不論有什么樣的硬件需求，LabView都可以提供一個接口，輕松連接所用的I/O信號。使用NI LabView，可以快速從各種插入式板卡，USB測量設(shè)備和基于以太網(wǎng)的采集系統(tǒng)中采集并發(fā)生信號。這些I/O功能，以及特殊的數(shù)據(jù)類型和測量分析函數(shù)，是為了盡可能快速，方便的從所用的物理傳感器中獲得需要的測量數(shù)據(jù)而專門設(shè)計的。</p><p&

111、gt;　　LabView可用于各種各樣的測量應用，包括：溫度，電壓，阻抗，壓力，張力，電流，脈沖，力，振動，頻率，周期，聲音，光，數(shù)字信號等。</p><p><b>　　2.用于數(shù)據(jù)分析</b></p><p>　　憑借交互向?qū)Ш蚅abView內(nèi)建的500多個測量分析和信號處理函數(shù)，可以從數(shù)據(jù)中提取有用信息。軟件內(nèi)置600多個分析函數(shù)，用于信號生成，頻率分析，概率，

112、統(tǒng)計，數(shù)學運算，曲線擬合，差值，數(shù)字信號處理等等各種數(shù)據(jù)分析應用。此外，還可以將擴展諸多特定的信號中，如聲音與振動，機器視覺等等。</p><p><b>　　3.用于數(shù)據(jù)顯示</b></p><p>　　經(jīng)圖形和圖表顯示結(jié)果。通過文本，HTML，WORD等等多種形式，創(chuàng)建用戶自定義界面和報告。</p><p>　　在對采集的數(shù)據(jù)進行分析后，很

113、可能需要再把數(shù)據(jù)顯示出來。數(shù)據(jù)顯示包括有：數(shù)據(jù)的可視化，報告生成，數(shù)據(jù)存儲，網(wǎng)頁發(fā)布，數(shù)據(jù)庫連接等等。</p><p>　　利用表格或者文字格式的形式，總是無法充分有效的顯示所需的數(shù)據(jù)。使用NI LabView，可以通過各種用戶界面，如圖表，圖形，溫度計，二維和三維視覺化工具等，圖形化的顯示數(shù)據(jù)。甚至可以不需要編程而完成對顏色，字體尺寸，圖表類型，動態(tài)旋轉(zhuǎn)，縮放，全景圖等對象特征的配置。</p>&

114、lt;p>　　專為工程師和科技人員設(shè)計的NI LabView提供了上百種適于特定測量的用戶界面對象，方便快速的開發(fā)專業(yè)UI。輕松地將內(nèi)置對象拖放到UI上，并利用交互的特性界面定制對象行為。</p><p>　　使用LabView StorageVI和FileI/OVI程序，可以快速將數(shù)據(jù)寫入文本文件和二進制文件。也可以在數(shù)據(jù)文件中包含定制的元數(shù)據(jù)，以方便之后提取有用的</p><p>

115、;<b>　　信息。</b></p><p>　　綜上所述，本課題選擇了LabVIEW作為虛擬電子技術(shù)實驗室中虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺。</p><p>　　2.3 開發(fā)環(huán)境及設(shè)計的一般過程</p><p>　　2.3.1 labview開發(fā)設(shè)計過程</p><p>　　虛擬儀器的開發(fā)平臺L曲ⅧW是一種圖形化編程語言，它

116、以簡單直觀的編程方式，配合眾多的設(shè)備驅(qū)動程序，把復雜、煩瑣、費時。難學的語言編程簡化成為功能方框圖、或?qū)嶓w圖形，通過簡單的連線方式完成程序設(shè)計，并設(shè)有自動除錯及自動測試功能，令程序開發(fā)時間大為縮短。</p><p>　　LabⅥEW應用程序的構(gòu)成：</p><p>　　所有的應用程序，即，虛擬儀器(Ⅵ)，包括前面板(fi-om panel)，流程圖(blockdiagram)以及圖雕結(jié)器(

117、icon／connector)三部分</p><p>　　(1)前面板是圖形用戶界面，也就是Ⅵ的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)為：開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制(contr01)和顯示對象(indicator)。一個信號發(fā)生和顯示分析Ⅵ的前面板，上面有一個顯示對象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機數(shù)。還有一個控制對象——開關(guān)，可以啟動和停止工作。顯然，并非簡單地放置兩個控件就可以

118、運行程序，在前面板之后還有一個與之配套的流程圖。</p><p>　　(2)流程圖提供Ⅵ的圖形化源程序。在流程圖中對Ⅵ進行編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖包括前面板上的控件的連線子，還包括一些前面板上沒有但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。圖2．3是與圖2-2對應的流程圖。我們可以看到流程圖中包括了前面板上的開關(guān)</p><p>　　和隨機數(shù)顯示器的連線端子

119、，還有一個隨機數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機信號送到顯示控件，為了使它持續(xù)上作下去，設(shè)置了一個While Loop循環(huán)，開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。</p><p>　　(3)圖標/連接器是子Ⅵ被其它調(diào)用的接口。圖標是子Ⅵ在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(xiàn)形式，而連接器則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入腧出口，就像函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應。連接器一般情況下隱含不

120、顯示，除非用戶選擇打開觀察它.</p><p>　　LabⅥEW程序設(shè)計的一般過程如下：</p><p>　　(1)創(chuàng)建前面板：用戶使用時最先觀察到的就是前面板，而且在前面板中執(zhí)行對儀器的操作，所以應根據(jù)實際中的儀器面板以及該虛擬儀器所要實現(xiàn)的功能來設(shè)計前面板。前面板中主要由輸入控制器和輸出指示器組成，利用工具模板來添加輸入控制器和輸出指示器添加后會在框圖程序中出現(xiàn)對應的控制器或指示<

121、;/p><p>　　器框圖。控制器使用戶可以輸入數(shù)據(jù)到程序，而指示器則用來顯示程序產(chǎn)生的數(shù)值?？刂破骱惋@示器部件有許多種類，可以從控制模板的各個子模板中選取。</p><p>　　(2)框圖程序的設(shè)計：框圖程序相當于源代碼，只有在創(chuàng)建了框圖程序以后該程序才能真正運行。所以在設(shè)計好前面板之后，就要根據(jù)各個框圖之間的關(guān)系以及對數(shù)據(jù)的處理方法等設(shè)計框圖程序。對框圖程序的設(shè)計主要是對節(jié)點、數(shù)據(jù)端口和連

122、線的設(shè)計。節(jié)點是Ⅵ程序運行的要素，可以把它理解為程序的語句、</p><p>　　函數(shù)或子程序，它包括種類型函數(shù)、Ⅵ子程序、結(jié)構(gòu)和代碼接口。</p><p>　　(3)程序的調(diào)試：當前面板和程序框圖設(shè)計好以后，程序的執(zhí)行過程中可能會遇到很多方面的錯誤，因此要對程序進行調(diào)試。首先查找錯誤，如果一個程序不能執(zhí)行，運行按鈕會出現(xiàn)一個折斷的箭頭。點擊折斷箭頭的運行按鈕則會列出錯誤清單，雙擊列表中的

123、錯誤清單，則出錯的對象或端口就會高亮顯示。</p><p>　　程序的調(diào)試方法主要有：</p><p>　　(1)加亮執(zhí)行，在程序執(zhí)行前點擊加亮執(zhí)行按鈕，則程序執(zhí)行時可以觀察到數(shù)據(jù)流的動畫演示，其目的是方便理解數(shù)據(jù)流在框圖中如何流動。</p><p>　　(2)單步執(zhí)行，如果要使框圖程序一個節(jié)點一個節(jié)點地執(zhí)行，則按下單步執(zhí)行按鈕從而進入單步執(zhí)行模式。這樣下一個將要執(zhí)

124、行的節(jié)點就會閃爍，指示它將被執(zhí)行。再次點擊單步按鈕，程序?qū)兂蛇B續(xù)執(zhí)行方式。</p><p>　　(3)探針，從所用工具模板中選擇探針工具將探針置于該連線上，可以用來查看運行過程中數(shù)據(jù)流在某根連線時的數(shù)據(jù)。</p><p>　　(4)斷點，使用斷點工具可以在程序的某一地方終止程序運行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。 </p><p>　　2．3．2使用NI Mult

125、isim完善實驗</p><p>　　目前，電工電子實驗正朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面發(fā)展。既可用計算機來管</p><p>　　理實驗，又可以用它來采集處理實驗數(shù)據(jù)、控制實驗時間、了解學生操作的故障</p><p>　　次數(shù)，以及實驗報告的批改和網(wǎng)絡(luò)教學等。而且設(shè)備的保護措施很完善，便于實</p><p>　　驗室的開放。學生可以在課余時間進入實

126、驗室進行實訓。但是，無論該裝置的智</p><p>　　能化程度如何的高，實驗題目總受設(shè)備提供的元器件的限制，在一定程度上也制</p><p>　　約了老師和學生設(shè)計潛能的充分發(fā)揮。并且，每個實驗裝置所配的計算機也沒有</p><p>　　得到充分的利用。因此，基于設(shè)備自身的配置和實驗室的實際情況，把NI的EDA</p><p>　　仿真軟件

127、Multisim9安裝到計算機上，使該實驗裝置如虎添翼，更加完善了實驗</p><p>　　室的功能。教師和學生也有了施展才能的空間。</p><p>　　Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司(Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬／數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入，電路硬件

128、描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。2005年12月——隸屬于美國國家儀器公司(NationalInstruments，簡稱NI)的Electronics Workbench公司發(fā)布了Multisim 9軟件。使用Multisim 9，工程師可以通過運用仿真數(shù)據(jù)來提高測試能力，這些實際的數(shù)據(jù)都是由LabVIEW采集，作為虛擬電路測試時的數(shù)據(jù)來源。通過集成模擬數(shù)據(jù)庫及仿真測試，可以減少失誤，縮減設(shè)計時間，增加設(shè)計量。除了軟件提供的2

129、0種儀器外．還可以運用LabVIEW來實現(xiàn)完全自定義的虛擬儀器，并將這些儀器用在Multisim環(huán)境中。</p><p>　　Multisim9具有以下功能。</p><p>　　1．具有豐富的元件庫Multisim9主元件庫提供了一個龐大的元件模型數(shù)據(jù)</p><p>　　庫，并且用戶通過新增的元件編輯器可以建立自己的元件庫。</p><p&g

130、t;　　2．類型齊全的仿真在Multisim9電路窗口中，既可以分別對數(shù)字或模擬電</p><p>　　路進行仿真，也可以將數(shù)字元件和模擬元件連接在一起進行仿真分析，還可以對</p><p><b>　　射頻電路進行仿真。</b></p><p>　　3．高度集成的操作界面’Multisim9將電路原理圖的創(chuàng)建，電路的測試分析</p>

131、;<p>　　和結(jié)果的圖表顯示等，全部集成到同一個電路窗口中。整個操作界面就像一個實</p><p>　　驗工作臺，有存放仿真元件的元件箱，有存放測試儀器儀表的儀器庫，有進行仿</p><p>　　真分析的各種操作命令i‘</p><p>　　4．強大的分析功能Multisim9提供了十幾種電路的分析功能，有直流工作</p><p&

132、gt;　　點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析等，可幫助設(shè)計者分析電路的性能，</p><p><b>　　大大縮短分析時間。</b></p><p>　　5．強大的虛擬儀器儀表功能．Multisim9提供了雙蹤示波器、邏輯分析儀、</p><p>　　波特圖示儀、數(shù)字萬用表等十多種虛擬儀器、儀表，操作界面如同在實驗室中親</p>

133、<p>　　手操作儀器一樣，可非常方便地用于分析研究和教學，邏輯分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀</p><p>　　更是一般實驗室不可多得的高檔儀器。</p><p>　　6．具有VHDL／Venlog的設(shè)計和仿真功能1 Multisim9包含了VHDL／</p><p>　　Verilog的設(shè)計和仿真，使得大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷脑O(shè)計和仿真與模擬電路、</p

134、><p>　　數(shù)字電路的設(shè)計和仿真融為一體，突破了原來大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷o法與普遍</p><p>　　電路融為一體仿真的缺陷。</p><p>　　7．提供多種輸入輸出接口Multisim9可以輸入由Spice等其他電路仿真軟</p><p>　　件所創(chuàng)建的Spice網(wǎng)表文件并自動形成相應的電路原理圖，可以把Multisim 9</p&

135、gt;<p>　　環(huán)境下創(chuàng)建的電路原理圖文件輸出給Protel等常見的PCB軟件進行印刷電路板</p><p>　　設(shè)計，也可以將仿真結(jié)果輸送到MathCAD和Excel等應用程序中。</p><p>　　通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，電子學教育工作者可以完成從理論到原理</p><p>　　圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流

136、程。Multisim 9計算機仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好的解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一老大難問題。</p><p><b>　　16</b></p><p>　　第三章 電工電子虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　高校電工電子實驗課主要開設(shè)數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)和電工技術(shù)這3 門基礎(chǔ)實驗課。本文利用LabVIEW8． 6

137、軟件創(chuàng)建多個虛擬儀器共同作用，同樣可以完成上述3 門基礎(chǔ)專業(yè)課實驗教學任務(wù)</p><p>　　3.1 數(shù)字電子技術(shù)虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　為了實現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)實驗課的教學目標，本文設(shè)計2 類實驗題目: ①基礎(chǔ)實驗題目; ②綜合實驗題目。并且，本文設(shè)計的數(shù)字電子技術(shù)虛擬實驗室完全利用LabVIEW 中的虛擬儀器來構(gòu)建。</p><p>　　3.1

138、.1 完成基礎(chǔ)實驗題目的虛擬儀器的設(shè)計</p><p>　　( 1) 基礎(chǔ)實驗題目總體設(shè)計。見下圖</p><p>　　虛擬數(shù)字電路實驗平臺能完成的實驗題目</p><p>　　( 2) 系統(tǒng)操作界面設(shè)計及系統(tǒng)。在系統(tǒng)功能實現(xiàn)中，本文創(chuàng)建5 個不同子VI 控件，分別完成基本門電路的邏輯功能測試實驗、譯碼器實驗、觸發(fā)器實驗、加法器實驗和數(shù)據(jù)選擇器實驗這些基礎(chǔ)實驗。利用

139、Subpanel 控件控制這5 個子VI 動態(tài)載入主VI 界面［2-4］。其中，基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)實驗主系統(tǒng)的虛擬儀器設(shè)計見圖3 和圖4</p><p>　　圖3 中，Subpanel 容器控件命名為基礎(chǔ)數(shù)字電子實驗。容器左側(cè)的5 個布爾輸入控件控制5 個子VI動態(tài)載入容器Subpanel 控件中。當主系統(tǒng)運行后，點擊其中1 個布爾控件中就會將該子VI 載入Subpanel容器控件中。圖3 中，該容器顯示的是數(shù)據(jù)選

140、擇器實驗的子VI 界面，界面上的STOP 控件用來控制主系統(tǒng)停止運行。</p><p>　　圖4 中，主控件是一個WHILE 循環(huán)控件和嵌入其中的一個事件結(jié)構(gòu)控件。關(guān)于控制5 個子VI 動態(tài)載入Subpanel 容器控件的所有控件大致分為以下幾部分: Pane0 ～ Pane4 控件是圖3 中基礎(chǔ)數(shù)字電路實驗容器左側(cè)的5 個布爾控件對應的程序控件，也是5 個子VI 控件的文件名稱; 搜索子VI 文件存放位置的控件

141、;方法節(jié)點Insert VI 控制各子VI 動態(tài)插入到基礎(chǔ)數(shù)字電子實驗容器，該控件是前面板中Subpanel 控件所對應的函數(shù)控件。通過上述所有控件共同將5 個子VI動態(tài)載入基礎(chǔ)數(shù)字電子實驗容器中。</p><p>　　( 3) 完成基礎(chǔ)數(shù)字電子實驗的各子VI 設(shè)計。本文以譯碼器實驗為例來說明各子VI 的設(shè)計思路，完成其他與之類似的基礎(chǔ)數(shù)字電子實驗的虛擬儀器設(shè)計思路。下面，具體介紹完成譯碼器實驗的虛擬儀器的設(shè)計過

142、程。在圖5 中，A2 ～ A033 個布爾輸入控件代表譯碼器的地</p><p>　　址輸入信號，Y0 ～ Y7 這8 個布爾顯示控件代表譯碼器的輸出信號。通過點擊A2 ～ A033 個布爾輸入控件，可以使它們產(chǎn)生不同的組合狀態(tài)，進而控制輸出控件Y0 ～ Y7 產(chǎn)生不同的組合狀態(tài)。操作者根據(jù)輸入控件和顯示控件的狀態(tài)填寫譯碼器的真值表，然后就能得出對應的邏輯表達式和相應的邏輯功能。通過點擊實驗說明、實驗步驟按鈕可以

143、查詢實驗指導信息，幫助學生更好地完成實驗任務(wù)。與圖5 對應的程序框圖見圖6，該圖主要包括基本的虛擬邏輯控件和前面板對應控件的程序控件。</p><p>　　3． 1． 2 完成綜合實驗題目虛擬儀器的設(shè)計</p><p>　　在數(shù)字電子技術(shù)實驗教學中，大綱還要求開設(shè)一些設(shè)計性和綜合性實驗。本文利用虛擬儀器來實現(xiàn)此目的。在實驗設(shè)計中，所需要的虛擬單元器件在LabVIEW 軟件平臺中事先創(chuàng)建好，