虛擬儀器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文--虛擬儀器在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

1、<p>　　2012年度本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　虛擬儀器在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用</p><p>　　學(xué) 院： 電子信息工程學(xué)院　 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　年 級(jí)：

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： 　 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　導(dǎo)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(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)持續(xù)的進(jìn)步，教學(xué)方法不斷的改革，使得實(shí)踐環(huán)節(jié)成為學(xué)生深刻理解理論知識(shí)的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)成為教學(xué)環(huán)節(jié)中不

4、可缺少的重要組成部分，成為提高學(xué)生創(chuàng)造性和實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)興趣的一個(gè)最為有效的方法。</p><p>　　目前，我國(guó)部分高校電子類課程存在著實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、教學(xué)方式呆板等問(wèn)題。如果對(duì)教學(xué)硬件進(jìn)行更新，就不得不投入大量資金，且維護(hù)較困難。傳統(tǒng)儀器的缺陷和不足日益凸顯。為了改善實(shí)驗(yàn)條件、改革試驗(yàn)教學(xué)方法，本文把虛擬儀器引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代多臺(tái)傳統(tǒng)儀器，添加少量輔助硬件即可完成過(guò)去需多臺(tái)儀器才可

5、完成的教學(xué)實(shí)驗(yàn)工作。</p><p>　　本文著重于虛擬儀器在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用這一角度，敘述了基于虛擬儀器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)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(gè)電子類教學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)例，通過(guò)實(shí)驗(yàn)增加了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣，同時(shí)也提高了教學(xué)質(zhì)量。</p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器：教學(xué)實(shí)驗(yàn)：信號(hào)：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(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題·····&#

17、183;······················</p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)外虛擬儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀······&

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

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

20、;　　1.3 研究?jī)?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(tái)··········&

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(diǎn)·································

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(diǎn)·······················&#

35、183;···········</p><p>　　2.2 虛擬儀器開發(fā)工具簡(jiǎn)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(jì)的一般過(guò)程····························

40、;·········</p><p>　　2.3.1 labview開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程····················&#

41、183;···············</p><p>　　2.3.2 使用NI Multisim完善實(shí)驗(yàn)·············&

42、#183;··</p><p>　　第三章 高校電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)·······················</p><p>

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

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

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

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

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

48、·········</p><p>　　2.4.4　萬(wàn)用表······················&#

49、183;····························</p><p>　　第三章　虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例·&

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

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

52、3;······</p><p>　　3.2　波形測(cè)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(xiàn)···················

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(xué)學(xué)習(xí)教學(xué)中，尤其是理工教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)占據(jù)著舉足輕重的位置，而且是教學(xué)活動(dòng)中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，很多課程都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。大學(xué)課程繁多，理論知識(shí)豐富，實(shí)驗(yàn)可以在很大程度上加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，以及在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)

63、問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。如今，我們國(guó)家正處在教育制度改革的關(guān)鍵時(shí)期，在大力倡導(dǎo)素質(zhì)教育的今天，高校教學(xué)中辦好實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐技能是非常重要的。一所大學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件也在很大程度上反映了該校的辦學(xué)水平和科研水平。</p><p>　　但是近年來(lái)，各高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)方面。大學(xué)課程中的一些抽象復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，如果只是簡(jiǎn)單的做一次或者幾次，學(xué)生不一定

64、能完全理解掌握，所以有時(shí)候要從不同的角度，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，反復(fù)思考，增加印象，加深理解。</p><p>　　1.1.1目前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題</p><p>　　傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大多采用實(shí)物儀器，其設(shè)備為往往那個(gè)網(wǎng)比較陳舊，不能及時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1.實(shí)

65、驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備依附與理論課程進(jìn)行劃分，各實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒(méi)有形成一個(gè)有機(jī)的整體，缺乏系統(tǒng)的觀念。</p><p>　　2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備重復(fù)建設(shè)，沉積較多。</p><p>　　3.實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的內(nèi)容側(cè)重于理論的驗(yàn)證和模仿訓(xùn)練，每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容千篇一律，將學(xué)生的思維限定在一個(gè)狹窄的的范圍內(nèi)，缺乏對(duì)學(xué)生

66、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和綜合能力的提高。</p><p>　　5.滯后的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和四班的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ诫y以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)處于應(yīng)試階段。</p><p>　　這些在很大程度上制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。究其原因，不能不說(shuō)，在科技飛速發(fā)展的今天，以教育有限的投入還無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)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(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的工作者，開發(fā)能夠滿足現(xiàn)代

67、實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，物美價(jià)廉的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，培養(yǎng)高素質(zhì)的適應(yīng)時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用為課題進(jìn)行相關(guān)的探討。</p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)外虛擬儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p><b>　　1.國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀</b></p>

68、<p>　　目前，在我國(guó)已有一些高校引入輸入信號(hào)減小和輸出信號(hào)功率放大的功能實(shí)驗(yàn)箱。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)和若干綜合性提高實(shí)驗(yàn)而專門設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)許多大學(xué)在研究EVlab系統(tǒng)的過(guò)程中，采用了QTVR和VRML相結(jié)合的做法，通過(guò)結(jié)合VRML較強(qiáng)的用戶交互功能和QTVR實(shí)景建模的功能，可以構(gòu)建

69、真實(shí)感很強(qiáng)的，具有良好交互性的虛擬實(shí)驗(yàn)室。</p><p><b>　　2.國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀</b></p><p>　　美國(guó)的John.Waller和Natalie Foster用屏幕拷貝監(jiān)視器顯示的方法設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬的氣象色譜質(zhì)譜儀。學(xué)生可以在Web上使用這個(gè)虛擬儀器，從而可以較快的掌握這種復(fù)雜儀器的使用方法，而真實(shí)的儀器則能被用來(lái)進(jìn)行更有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)和獲取數(shù)據(jù)。<

70、/p><p>　　澳大利亞RMIT大學(xué)清楚地了解到學(xué)生面臨的困難。這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)使用了多種人機(jī)交互手段，為學(xué)生提供了一個(gè)易于使用的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境。</p><p>　　縱觀國(guó)內(nèi)外，虛擬儀器在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)，已經(jīng)嚴(yán)重落后于信息時(shí)代和工程實(shí)際的需要。其根本原因在于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)時(shí)性好，具有良好的人機(jī)界面，虛擬儀器正可以實(shí)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(diǎn)：</p><p>　　1.在通用硬件平臺(tái)確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來(lái)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(lái)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(jìn)和功能的擴(kuò)展只需進(jìn)行相關(guān)軟件的更新，而不需要購(gòu)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(jì)算機(jī)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(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以隨時(shí)將電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)搬到課堂上進(jìn)行

73、演示，理論聯(lián)系</p><p>　　實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)室弦走進(jìn)課堂，“儀器力搬上講臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)操作儀器，動(dòng)態(tài)顯示</p><p>　　測(cè)試原理，強(qiáng)化了教學(xué)效果。在課下，還可以使每個(gè)學(xué)生立刻進(jìn)入“虛擬實(shí)驗(yàn)室”“實(shí)地”紓反復(fù)操作儀器，教師也不必?fù)?dān)心。儀器一會(huì)被損壞。這樣可以大大提高學(xué)生們?cè)趯?shí)際操作中的動(dòng)手能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程的細(xì)節(jié)放大，加深實(shí)驗(yàn)的感

74、受，為實(shí)驗(yàn)者提供大量的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)的廣博，對(duì)電子技術(shù)的各方面都能系統(tǒng)便捷地學(xué)習(xí)，這是普通的實(shí)驗(yàn)臺(tái)根本無(wú)法比擬的。同時(shí)，發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)資源，進(jìn)行學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)和仿真。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是各類專業(yè)非常重要的基礎(chǔ)課程，因此其虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立有很重要的意義。</p><p><b>　　1.3 研究?jī)?nèi)容</b><

75、;/p><p>　　本文共分為四個(gè)部分，第一部分介紹課題的研究背景，縱觀了該課題在國(guó)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(duì)象——虛擬儀器，闡述了它的定義，組成，分類，性能和特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用。第三部分從聲音信號(hào)采集系統(tǒng)和波形測(cè)量與分析兩個(gè)方面介紹虛擬儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。第四部分是結(jié)論部分，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)并對(duì)未來(lái)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(tái)儀器，層疊式儀器系統(tǒng)階段，從20世紀(jì)80年代進(jìn)入虛擬儀器系統(tǒng)時(shí)代。20年來(lái)，無(wú)論是初學(xué)乍用的新手還是

77、經(jīng)驗(yàn)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(yīng)用和行業(yè)的測(cè)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(jī)強(qiáng)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(duì)儀器的控制，數(shù)據(jù)分析與顯示。這種與PC機(jī)結(jié)合構(gòu)成的，包含實(shí)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(guó)

78、NI公司功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件，低成本的硬件，它們?cè)谝黄鸸餐瓿蓚鹘y(tǒng)儀器的功能。</p><p>　　VXI體積將會(huì)更小，甚至可以移植到被測(cè)試的設(shè)備或者電路中去，并且具有自我診斷，自我校準(zhǔn)和自我感知的能力。</p><p>　　1986年10月，美國(guó)NI公司推出了圖形化虛擬儀器專用開發(fā)平臺(tái)LabVIEW,它采用了獨(dú)特的圖形化編程方式，編程過(guò)程簡(jiǎn)單方便，是目前最受歡迎的虛擬儀器主流開發(fā)平臺(tái)。在軟

79、件上，為了兼顧其它高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)者的習(xí)慣，NI還推出了LabWindows\CVI.ComPonentworks等交互式開發(fā)平臺(tái)。</p><p>　　所謂虛擬儀器測(cè)試功能。</p><p>　　虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)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(shí)驗(yàn)儀器電源的通，斷；被測(cè)信號(hào)“輸入通道”，“放大倍數(shù)”等參數(shù)設(shè)置；測(cè)量結(jié)果的“數(shù)值顯示”，“波形顯示”等。</p><p>　　第二，虛擬儀器測(cè)量功能是由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的：<

81、/p><p>　　在以PC機(jī)為核心組成的硬件實(shí)現(xiàn)了測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)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(gè)虛擬儀器系統(tǒng)都由兩部分組成——軟件和硬件。對(duì)于當(dāng)前的測(cè)量任務(wù)，虛擬儀器系統(tǒng)的價(jià)格與具有相似功能的傳統(tǒng)儀器相差無(wú)幾，甚至比它少很多倍。而且，由于虛擬儀

82、器在測(cè)量任務(wù)需要改變時(shí)具有更大的靈活性，因而隨著時(shí)間的流逝，節(jié)省的成本也不斷累計(jì)。不使用廠商定義的、預(yù)封裝好的軟件和硬件，工程師和科學(xué)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(cè)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(cè)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(jì)數(shù)，工程師和科學(xué)家們還可以使用高效且功能強(qiáng)大的軟件來(lái)自定義采集、分析、存儲(chǔ)、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(gè)應(yīng)用，不同的設(shè)備 在這個(gè)例子中， 一位工程師正在實(shí)驗(yàn)室的臺(tái)式計(jì)算機(jī)PCI總線上使用NI LabVIEW和M系列DAQ設(shè)備開發(fā)一個(gè)應(yīng)用程序，以創(chuàng)建一個(gè)直流（DC）電壓和溫度測(cè)量應(yīng)用。在完成了系統(tǒng)構(gòu)建之后，他需要在一個(gè)生產(chǎn)層PXI系統(tǒng)上配置應(yīng)用程序以完成新產(chǎn)品的測(cè)試?；蛘?，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(tái)（簡(jiǎn)稱硬件平臺(tái)）和應(yīng)用軟件兩大部分組成。</p><p>　　2.1.3.1 虛擬儀器的硬件平臺(tái)</p><p>　　構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺(tái)有兩大部分：</p><p>　　1.計(jì)算機(jī)：一般為一臺(tái)PC機(jī)或者工作站，它是硬件平臺(tái)的核心。虛擬儀器使用的個(gè)人計(jì)算機(jī)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(cè)信號(hào)的采集，放大，模＼數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)＼模轉(zhuǎn)換和信號(hào)輸出控制等。可根據(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(hào)調(diào)理電路和計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。采用計(jì)算機(jī)本身的總線PCI或ISA，故將數(shù)據(jù)采集卡版（DAQ）插入計(jì)算機(jī)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(jià)最基本的構(gòu)成形式。</p><p>　　b.GPIB系統(tǒng)：以GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線儀

87、器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　GPIB總線虛擬儀器測(cè)一個(gè)GPIB總線虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)，也可以作為獨(dú)立的單臺(tái)儀器使用。</p><p>　　c.VXI系統(tǒng)：以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　VXI總線系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系列化，模塊化的的顯著優(yōu)點(diǎn)，它集測(cè)量，計(jì)算，通信

88、功能于一體，是國(guó)際上20世紀(jì)的一項(xiàng)高新科技。它不僅繼承了GPIB智能儀器和ＶＭＩ總線的特點(diǎn)，還具有高速，模塊化，易于使用等優(yōu)勢(shì)。VXI總線系統(tǒng)可簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)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(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)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(dá)到100mb/s.</p><p>　　無(wú)論上述哪種VI系統(tǒng)，都是通過(guò)應(yīng)用軟件將儀器硬件與通用計(jì)算機(jī)相結(jié)合。其中，PC—DAQ測(cè)量系統(tǒng)

90、是構(gòu)成VI的最基本的方式，也是最廉價(jià)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(yīng)用程序和I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序。</p><p>　　1.應(yīng)用程序（它包含兩個(gè)方面的程序）</p><p>　　a.實(shí)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(cè)試功能的流程圖軟件程序。</p><p>　　2.I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序：這類程序用來(lái)完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展，驅(qū)動(dòng)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(xì)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(dòng)程序是連接上層應(yīng)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(guò)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(dòng)程序，可以對(duì)儀器功能進(jìn)行擴(kuò)展，將儀器使用的主動(dòng)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(tái)，目前已經(jīng)有多種虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺(tái)，大體可分為兩類：</p><p>　　a.基于文本式編程語(yǔ)言：al Basic,Labw

93、indows/CVI等</p><p>　　b.基于圖形化編程語(yǔ)言：LabVIEW ,HPVEE等</p><p>　　這些軟件開發(fā)工具為用戶設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)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(diǎn)</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(diǎn)：</p><p>　　1.信號(hào)調(diào)理與采集功能</p><p>　　這項(xiàng)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(jì)算，統(tǒng)計(jì)處理，數(shù)值計(jì)算，信號(hào)分析，數(shù)據(jù)壓縮，模式識(shí)別等數(shù)字信號(hào)處理

96、。</p><p>　　3.參數(shù)設(shè)置和結(jié)果表達(dá)功能</p><p>　　虛擬儀器最常見的應(yīng)用是取代傳統(tǒng)的臺(tái)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(jìn)，插入式數(shù)據(jù)采集板技術(shù)使臺(tái)式儀器獲得了新生。</p><p>　　2.1.5.2 虛擬儀器的特點(diǎn)</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(cè)試和測(cè)量解決方案，其

97、四大優(yōu)勢(shì)在于：性能強(qiáng)性價(jià)比高，擴(kuò)展性強(qiáng)，開發(fā)時(shí)間短，以及出色的集成功能。</p><p><b>　　1.性能強(qiáng)性價(jià)比高</b></p><p>　　以軟件為主的測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換器放置在PC機(jī)中，就能以高達(dá)每秒100mb的速度將數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤。</p><p>　　另外，由于傳送的信號(hào)大多是數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)的處理幾乎是軟件實(shí)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(kuò)展性強(qiáng)</b></p><p>　　虛擬儀器的硬軟件具有開入一個(gè)通用儀器模塊或更換一個(gè)儀器模塊，而不必購(gòu)買一個(gè)全新的系統(tǒng)，大大有利于測(cè)試系統(tǒng)的功能擴(kuò)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(lái)使用。</p><p><

99、;b>　　3.開發(fā)時(shí)間短</b></p><p>　　在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上地配置，創(chuàng)建，部署和維護(hù)高性能，低成本的測(cè)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(jiǎn)單，增強(qiáng)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(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷的趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，但是這些不同設(shè)備間的連接和集成總需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，并不是輕易可以完成的。虛擬儀器軟件平臺(tái)為大部分I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，例如數(shù)據(jù)采集，視覺(jué)，分布式I/O等等，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。</p><p>　　2

101、.2 虛擬儀器開發(fā)工具簡(jiǎn)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(dòng)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成與開發(fā)費(fèi)用中所占的比例越來(lái)越大，測(cè)試軟件編程對(duì)廣大測(cè)試工程師和科學(xué)家編程能力的要求越來(lái)越高，帶來(lái)的負(fù)擔(dān)也越來(lái)越重。使用一套效率高，功能強(qiáng)的測(cè)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(shí)間和精力，還可以提高軟件的生成和維護(hù)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(yīng)用?？梢暬幊陶Z(yǔ)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(yǔ)言來(lái)說(shuō)，編程難度較大，開發(fā)周期較長(zhǎng)且不易進(jìn)行修改，升級(jí)和維護(hù)等 。而圖形編程語(yǔ)言在這方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，它簡(jiǎn)單易學(xué)開發(fā)周期短，開發(fā)出的應(yīng)用程序界面美觀，功能強(qiáng)大。目前，最具有代表性的是美國(guó)NI公司的LabWindows/CVI，L

103、abView和惠普公司的HP VEE。</p><p>　　LabWindows/CVI是一個(gè)完全的標(biāo)準(zhǔn)C的開發(fā)環(huán)境，用于開發(fā)虛擬儀器應(yīng)用系統(tǒng)，它以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)，提供內(nèi)置式函數(shù)庫(kù)用于數(shù)據(jù)采集，分析和顯示任務(wù)，它還提供簡(jiǎn)單的托放式用戶界面編輯器以及自動(dòng)代碼生成工具。利用這些功能，可以在將代碼加入到某項(xiàng)目之前，先對(duì)其進(jìn)行互動(dòng)式的測(cè)試，還可以利用LabWindows/CVI定義和建立用戶界面，生成和運(yùn)行ActiveX組

104、件，及開發(fā)多線程應(yīng)用。作為交互式的集成開發(fā)環(huán)境，LabWindows/CVI是熟悉C語(yǔ)言的開發(fā)人員編寫檢測(cè)，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(hào)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(dòng)程序。HP—VEE簡(jiǎn)單易用，編程時(shí)只需根據(jù)測(cè)試流程用鼠標(biāo)將各模塊連接起來(lái)即可，而無(wú)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(shí)可以將更多注意力放在測(cè)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(cè)試人員的、靈活方便、功能強(qiáng)大的編程環(huán)境，HP--VEE己被廣泛用于各種測(cè)試領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　LabView是美國(guó)NI公司的創(chuàng)新產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣，發(fā)展最快，功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成

106、環(huán)境。LabVIEW的產(chǎn)生來(lái)源于NI公司的創(chuàng)始人杰姆·特魯查德博士的一個(gè)創(chuàng)新設(shè)想能否像為財(cái)務(wù)人員設(shè)計(jì)的電子表格軟件一樣，為廣大測(cè)試工程師和科學(xué)家開發(fā)一個(gè)基于數(shù)據(jù)流圖來(lái)設(shè)計(jì)程序的軟件工具。20世紀(jì)80年代中期，特魯查德博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組經(jīng)過(guò)幾年研究，首先提出測(cè)試軟件有多層虛擬儀器(Virtual Instrument，Ⅵ)構(gòu)成的新概念。二個(gè)Ⅵ可以由更底層的多個(gè)Ⅵ組成，就像真實(shí)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(jì)算、I／O操作與界面設(shè)計(jì)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(gè)主要特征是每個(gè)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(xiàng)美國(guó)專利。LabVIEW本身是一個(gè)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(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)的，并不僅僅是一個(gè)軟件開發(fā)環(huán)境。作為編寫應(yīng)用程序的語(yǔ)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?yàn)樗鼮橛脩籼峁┝艘粋€(gè)簡(jiǎn)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(xué)家的需要而專門設(shè)計(jì)。ＬabView為工程師和科學(xué)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(gè)圖形化的用戶界面，即可設(shè)計(jì)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(cè)量設(shè)備上快速采集數(shù)據(jù)。NI LabView是一個(gè)開放式的開發(fā)環(huán)境，專為簡(jiǎn)化與各種測(cè)量硬件連接而設(shè)計(jì)。借助NI LabView的一些交互式助手，自動(dòng)代碼生成工具及與數(shù)千種儀器輕松連接的驅(qū)動(dòng)程序，數(shù)據(jù)采集任務(wù)就會(huì)變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。<

110、/p><p>　　因?yàn)長(zhǎng)abView可提供幾乎與所有測(cè)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(gè)接口，輕松連接所用的I/O信號(hào)。使用NI LabView，可以快速?gòu)母鞣N插入式板卡，USB測(cè)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(hào)。這些I/O功能，以及特殊的數(shù)據(jù)類型和測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)而專門設(shè)計(jì)的。</p><p&

111、gt;　　LabView可用于各種各樣的測(cè)量應(yīng)用，包括：溫度，電壓，阻抗，壓力，張力，電流，脈沖，力，振動(dòng)，頻率，周期，聲音，光，數(shù)字信號(hào)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(gè)測(cè)量分析和信號(hào)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(gè)分析函數(shù)，用于信號(hào)生成，頻率分析，概率，

112、統(tǒng)計(jì)，數(shù)學(xué)運(yùn)算，曲線擬合，差值，數(shù)字信號(hào)處理等等各種數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。此外，還可以將擴(kuò)展諸多特定的信號(hào)中，如聲音與振動(dòng)，機(jī)器視覺(jué)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(guò)文本，HTML，WORD等等多種形式，創(chuàng)建用戶自定義界面和報(bào)告。</p><p>　　在對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，很

113、可能需要再把數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)顯示包括有：數(shù)據(jù)的可視化，報(bào)告生成，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，網(wǎng)頁(yè)發(fā)布，數(shù)據(jù)庫(kù)連接等等。</p><p>　　利用表格或者文字格式的形式，總是無(wú)法充分有效的顯示所需的數(shù)據(jù)。使用NI LabView，可以通過(guò)各種用戶界面，如圖表，圖形，溫度計(jì)，二維和三維視覺(jué)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(duì)顏色，字體尺寸，圖表類型，動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)，縮放，全景圖等對(duì)象特征的配置。</p>&

114、lt;p>　　專為工程師和科技人員設(shè)計(jì)的NI LabView提供了上百種適于特定測(cè)量的用戶界面對(duì)象，方便快速的開發(fā)專業(yè)UI。輕松地將內(nèi)置對(duì)象拖放到UI上，并利用交互的特性界面定制對(duì)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(jìn)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(shí)驗(yàn)室中虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺(tái)。</p><p>　　2.3 開發(fā)環(huán)境及設(shè)計(jì)的一般過(guò)程</p><p>　　2.3.1 labview開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程</p><p>　　虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái)L曲ⅧW是一種圖形化編程語(yǔ)言，它

116、以簡(jiǎn)單直觀的編程方式，配合眾多的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)。難學(xué)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成為功能方框圖、或?qū)嶓w圖形，通過(guò)簡(jiǎn)單的連線方式完成程序設(shè)計(jì)，并設(shè)有自動(dòng)除錯(cuò)及自動(dòng)測(cè)試功能，令程序開發(fā)時(shí)間大為縮短。</p><p>　　LabⅥEW應(yīng)用程序的構(gòu)成：</p><p>　　所有的應(yīng)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(duì)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(duì)象(indicator)。一個(gè)信號(hào)發(fā)生和顯示分析Ⅵ的前面板，上面有一個(gè)顯示對(duì)象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。還有一個(gè)控制對(duì)象——開關(guān)，可以啟動(dòng)和停止工作。顯然，并非簡(jiǎn)單地放置兩個(gè)控件就可以

118、運(yùn)行程序，在前面板之后還有一個(gè)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(duì)Ⅵ進(jìn)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(méi)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(duì)應(yīng)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(jī)數(shù)顯示器的連線端子

119、，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通過(guò)連線將產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)送到顯示控件，為了使它持續(xù)上作下去，設(shè)置了一個(gè)While Loop循環(huán)，開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。</p><p>　　(3)圖標(biāo)/連接器是子Ⅵ被其它調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子Ⅵ在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式，而連接器則表示節(jié)點(diǎn)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(duì)應(yīng)。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(jì)的一般過(guò)程如下：</p><p>　　(1)創(chuàng)建前面板：用戶使用時(shí)最先觀察到的就是前面板，而且在前面板中執(zhí)行對(duì)儀器的操作，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際中的儀器面板以及該虛擬儀器所要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)設(shè)計(jì)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(lái)添加輸入控制器和輸出指示器添加后會(huì)在框圖程序中出現(xiàn)對(duì)應(yīng)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(lái)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(gè)子模板中選取。</p><p>　　(2)框圖程序的設(shè)計(jì)：框圖程序相當(dāng)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(yùn)行。所以在設(shè)計(jì)好前面板之后，就要根據(jù)各個(gè)框圖之間的關(guān)系以及對(duì)數(shù)據(jù)的處理方法等設(shè)計(jì)框圖程序。對(duì)框圖程序的設(shè)計(jì)主要是對(duì)節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)端口和連

122、線的設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)是Ⅵ程序運(yùn)行的要素，可以把它理解為程序的語(yǔ)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(dāng)前面板和程序框圖設(shè)計(jì)好以后，程序的執(zhí)行過(guò)程中可能會(huì)遇到很多方面的錯(cuò)誤，因此要對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。首先查找錯(cuò)誤，如果一個(gè)程序不能執(zhí)行，運(yùn)行按鈕會(huì)出現(xiàn)一個(gè)折斷的箭頭。點(diǎn)擊折斷箭頭的運(yùn)行按鈕則會(huì)列出錯(cuò)誤清單，雙擊列表中的

123、錯(cuò)誤清單，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)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(diǎn)擊加亮執(zhí)行按鈕，則程序執(zhí)行時(shí)可以觀察到數(shù)據(jù)流的動(dòng)畫演示，其目的是方便理解數(shù)據(jù)流在框圖中如何流動(dòng)。</p><p>　　(2)單步執(zhí)行，如果要使框圖程序一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)地執(zhí)行，則按下單步執(zhí)行按鈕從而進(jìn)入單步執(zhí)行模式。這樣下一個(gè)將要執(zhí)

124、行的節(jié)點(diǎn)就會(huì)閃爍，指示它將被執(zhí)行。再次點(diǎn)擊單步按鈕，程序?qū)?huì)變成連續(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(lái)查看運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)流在某根連線時(shí)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　(4)斷點(diǎn)，使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地方終止程序運(yùn)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(shí)驗(yàn)</p><p>　　目前，電工電子實(shí)驗(yàn)正朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面發(fā)展。既可用計(jì)算機(jī)來(lái)管</p><p>　　理實(shí)驗(yàn)，又可以用它來(lái)采集處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、控制實(shí)驗(yàn)時(shí)間、了解學(xué)生操作的故障</p><p>　　次數(shù)，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批改和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等。而且設(shè)備的保護(hù)措施很完善，便于實(shí)</p><p>　　驗(yàn)室的開放。學(xué)生可以在課余時(shí)間進(jìn)入實(shí)

126、驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。但是，無(wú)論該裝置的智</p><p>　　能化程度如何的高，實(shí)驗(yàn)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(xué)生設(shè)計(jì)潛能的充分發(fā)揮。并且，每個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置所配的計(jì)算機(jī)也沒(méi)有</p><p>　　得到充分的利用。因此，基于設(shè)備自身的配置和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，把NI的EDA</p><p>　　仿真軟件

127、Multisim9安裝到計(jì)算機(jī)上，使該實(shí)驗(yàn)裝置如虎添翼，更加完善了實(shí)驗(yàn)</p><p>　　室的功能。教師和學(xué)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(jiǎn)稱IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬／數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入，電路硬件

128、描述語(yǔ)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(guó)國(guó)家儀器公司(NationalInstruments，簡(jiǎn)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(guò)運(yùn)用仿真數(shù)據(jù)來(lái)提高測(cè)試能力，這些實(shí)際的數(shù)據(jù)都是由LabVIEW采集，作為虛擬電路測(cè)試時(shí)的數(shù)據(jù)來(lái)源。通過(guò)集成模擬數(shù)據(jù)庫(kù)及仿真測(cè)試，可以減少失誤，縮減設(shè)計(jì)時(shí)間，增加設(shè)計(jì)量。除了軟件提供的2

129、0種儀器外．還可以運(yùn)用LabVIEW來(lái)實(shí)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(kù)Multisim9主元件庫(kù)提供了一個(gè)龐大的元件模型數(shù)據(jù)</p><p>　　庫(kù)，并且用戶通過(guò)新增的元件編輯器可以建立自己的元件庫(kù)。</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(duì)數(shù)字或模擬電</p><p>　　路進(jìn)行仿真，也可以將數(shù)字元件和模擬元件連接在一起進(jìn)行仿真分析，還可以對(duì)</p><p><b>　　射頻電路進(jìn)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(cè)試分析</p>

131、;<p>　　和結(jié)果的圖表顯示等，全部集成到同一個(gè)電路窗口中。整個(gè)操作界面就像一個(gè)實(shí)</p><p>　　驗(yàn)工作臺(tái)，有存放仿真元件的元件箱，有存放測(cè)試儀器儀表的儀器庫(kù)，有進(jìn)行仿</p><p>　　真分析的各種操作命令i‘</p><p>　　4．強(qiáng)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(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析等，可幫助設(shè)計(jì)者分析電路的性能，</p><p><b>　　大大縮短分析時(shí)間。</b></p><p>　　5．強(qiáng)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(wàn)用表等十多種虛擬儀器、儀表，操作界面如同在實(shí)驗(yàn)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(xué)，邏輯分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀</p><p>　　更是一般實(shí)驗(yàn)室不可多得的高檔儀器。</p><p>　　6．具有VHDL／Venlog的設(shè)計(jì)和仿真功能1 Multisim9包含了VHDL／</p><p>　　Verilog的設(shè)計(jì)和仿真，使得大規(guī)模可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)和仿真與模擬電路、</p

134、><p>　　數(shù)字電路的設(shè)計(jì)和仿真融為一體，突破了原來(lái)大規(guī)模可編程邏輯器件無(wú)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(dòng)形成相應(yīng)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(jìn)行印刷電路板</p><p>　　設(shè)計(jì)，也可以將仿真結(jié)果輸送到MathCAD和Excel等應(yīng)用程序中。</p><p>　　通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，電子學(xué)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(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流

136、程。Multisim 9計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好的解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一老大難問(wèn)題。</p><p><b>　　16</b></p><p>　　第三章 電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　高校電工電子實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課。本文利用LabVIEW8． 6

137、軟件創(chuàng)建多個(gè)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(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)</p><p>　　3.1 數(shù)字電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目標(biāo)，本文設(shè)計(jì)2 類實(shí)驗(yàn)題目: ①基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)題目; ②綜合實(shí)驗(yàn)題目。并且，本文設(shè)計(jì)的數(shù)字電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室完全利用LabVIEW 中的虛擬儀器來(lái)構(gòu)建。</p><p>　　3.1

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

139、Subpanel 控件控制這5 個(gè)子VI 動(dòng)態(tài)載入主VI 界面［2-4］。其中，基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)主系統(tǒng)的虛擬儀器設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)。容器左側(cè)的5 個(gè)布爾輸入控件控制5 個(gè)子VI動(dòng)態(tài)載入容器Subpanel 控件中。當(dāng)主系統(tǒng)運(yùn)行后，點(diǎn)擊其中1 個(gè)布爾控件中就會(huì)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(shí)驗(yàn)的子VI 界面，界面上的STOP 控件用來(lái)控制主系統(tǒng)停止運(yùn)行。</p><p>　　圖4 中，主控件是一個(gè)WHILE 循環(huán)控件和嵌入其中的一個(gè)事件結(jié)構(gòu)控件。關(guān)于控制5 個(gè)子VI 動(dòng)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(shí)驗(yàn)容器左側(cè)的5 個(gè)布爾控件對(duì)應(yīng)的程序控件，也是5 個(gè)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(diǎn)Insert VI 控制各子VI 動(dòng)態(tài)插入到基礎(chǔ)數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)容器，該控件是前面板中Subpanel 控件所對(duì)應(yīng)的函數(shù)控件。通過(guò)上述所有控件共同將5 個(gè)子VI動(dòng)態(tài)載入基礎(chǔ)數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)容器中。</p><p>　　( 3) 完成基礎(chǔ)數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)的各子VI 設(shè)計(jì)。本文以譯碼器實(shí)驗(yàn)為例來(lái)說(shuō)明各子VI 的設(shè)計(jì)思路，完成其他與之類似的基礎(chǔ)數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)的虛擬儀器設(shè)計(jì)思路。下面，具體介紹完成譯碼器實(shí)驗(yàn)的虛擬儀器的設(shè)計(jì)過(guò)

142、程。在圖5 中，A2 ～ A033 個(gè)布爾輸入控件代表譯碼器的地</p><p>　　址輸入信號(hào)，Y0 ～ Y7 這8 個(gè)布爾顯示控件代表譯碼器的輸出信號(hào)。通過(guò)點(diǎn)擊A2 ～ A033 個(gè)布爾輸入控件，可以使它們產(chǎn)生不同的組合狀態(tài)，進(jìn)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(duì)應(yīng)的邏輯表達(dá)式和相應(yīng)的邏輯功能。通過(guò)點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)說(shuō)明、實(shí)驗(yàn)步驟按鈕可以

143、查詢實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)信息，幫助學(xué)生更好地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。與圖5 對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)控件的程序控件。</p><p>　　3． 1． 2 完成綜合實(shí)驗(yàn)題目虛擬儀器的設(shè)計(jì)</p><p>　　在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大綱還要求開設(shè)一些設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)。本文利用虛擬儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，所需要的虛擬單元器件在LabVIEW 軟件平臺(tái)中事先創(chuàng)建好，