【正文】 ........................................................................... 15 虛擬數(shù)字濾波器 .......................................................................................................... 16 虛擬數(shù)字濾波器的功能 .................................................................................. 16 前面板和框圖程序 .......................................................................................... 17 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) .......................................................................................... 17 5 結(jié)論 .......................................................................................................................................... 19 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................................... 20 3 1 序言 電子信息類的專業(yè)課程有兩大特點(diǎn)，一是比較抽象，如信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、高頻電子電路、通信原理、模擬和數(shù)字電子技術(shù)等課程，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來(lái)幫助學(xué)生理解：有的則必須通過(guò)學(xué)生的實(shí)踐才能掌握，如 EDA, FPGA, DSP 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件編程等課程，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在電子信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占有非常重要的地位，是提高學(xué)生動(dòng)手能力、培養(yǎng)創(chuàng)造能力和綜合素質(zhì)的一個(gè)有效的手段。很多學(xué)科都是以實(shí)驗(yàn)課程為基礎(chǔ)的，缺少了實(shí)驗(yàn)的支持，學(xué)科的教學(xué)和科研活動(dòng)就無(wú)法進(jìn)行。學(xué)生只有通過(guò)足夠的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和一定數(shù)量的綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)才能加深理解和掌握所學(xué)的理論知識(shí)和應(yīng)用技術(shù)，也只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)，才一能將理論與實(shí)踐很好地結(jié)合起來(lái)。二是電了信息技術(shù)作為新的支柱產(chǎn)業(yè)，發(fā)展非常迅速，技術(shù)更新快，導(dǎo)致高校的課程特別是實(shí)驗(yàn)課程往往落后于技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。且國(guó)內(nèi)高校傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中暴露出的無(wú)實(shí)驗(yàn)?zāi)M功能、輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能等種種弊端。與時(shí)俱進(jìn)地開發(fā)出虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)的目標(biāo)。 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備存在的問(wèn)題 目前國(guó)內(nèi)高校電子信息類實(shí)驗(yàn)大多采用各門課程的實(shí)驗(yàn)箱和傳統(tǒng)儀器搭建起來(lái)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，傳統(tǒng)儀器和實(shí)驗(yàn)箱是功能固定且單一，通常只能作一些演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展和資源共享。電子信息類教學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器儀表為:函數(shù)發(fā)生器、示波器、萬(wàn)用表及各種專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備等。上述實(shí)驗(yàn)設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中暴露出的主要弊端有： 功能弱。如無(wú)實(shí)驗(yàn)?zāi)M功能、輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能，以及普通示波器無(wú)暫態(tài)信號(hào)、過(guò)渡過(guò)程的存儲(chǔ)、重現(xiàn)功能。 適用面窄。上述實(shí)驗(yàn)設(shè)備難以用于諸如單片機(jī)原理與接口技術(shù)、傳感器、自控系統(tǒng)等課程的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)教學(xué)。 維護(hù)、使用、管理復(fù)雜。同一實(shí)驗(yàn)室往往集有多種類、多規(guī)格、多型號(hào)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，易損件備用量大，操作使用方法各異，難以采用統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程。 無(wú)實(shí)驗(yàn)?zāi)M功能，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程費(fèi)時(shí)多、元器件損耗大。 虛擬儀器的基本概念、構(gòu)成及其特點(diǎn) 傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器主要由三個(gè)功能模塊組成:數(shù)據(jù)的采集與控制模塊、數(shù)據(jù)的分析與處理模塊、結(jié)果的表達(dá)與輸出模塊。由于這些功能模塊基本上是由硬件或固化的軟件形式存在，儀器只能由生產(chǎn)廠家來(lái)定義、制造，因此傳統(tǒng)儀器設(shè)計(jì)復(fù)雜、靈活性差，在一些較為復(fù)雜和測(cè)試參數(shù)較多的場(chǎng)合下，使用起來(lái)很不方便。 虛擬儀器（Virtual Istrument 簡(jiǎn)稱 VI） 是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平 4 臺(tái)上，通過(guò)軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融為一體，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析、處理，從而完成各種測(cè)試功能的儀器系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)在虛擬儀器中處于核心地位，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測(cè)試系統(tǒng)更緊密地結(jié)合成了一個(gè)有機(jī)整體，儀器的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)等都發(fā)生了突破性的變化。從構(gòu)成上來(lái)說(shuō)，虛擬儀器就是利用計(jì)算機(jī)，配上相應(yīng)的硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器。它將計(jì)算機(jī)采集測(cè)試分析引入到電子測(cè)量領(lǐng)域，用數(shù)字化和軟件技術(shù)極大地提高了測(cè)試的靈活性和可擴(kuò)充性。虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖 所示。數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)功能軟件顯示系統(tǒng)統(tǒng) 圖 虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)成 虛擬儀器的基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件才是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。正由于軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，所以當(dāng)基本硬件確定以后，就可以通過(guò)不同的軟（如用于數(shù)據(jù)分析、過(guò)程通訊及圖形用戶界而的軟件)實(shí)現(xiàn)不同的功能。虛擬儀器應(yīng)用軟件集成了儀器的所有采集、控制、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果輸出和用戶界面等功能，使傳統(tǒng)儀器的某些硬件乃至整個(gè)儀器都被計(jì)算機(jī)軟件所代替。用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用要求。利用計(jì)算機(jī)豐富的軟、硬件資源，可以大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)的處理、表達(dá)、傳遞、儲(chǔ)存等方面的限制，達(dá)到傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的效果。虛擬儀器可廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。 虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境功能，建立界面友好的虛擬儀器面板（即軟面板） ，用戶通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤操作虛擬儀器就象操作傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器一樣。完成對(duì)被測(cè)試量的采集、分析、判斷、顯示、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)生成。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)在于用戶自定義儀器功能、結(jié)構(gòu)等，且構(gòu)建容易，轉(zhuǎn)換靈活以及其開放性。決定虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器不可能具備的特點(diǎn)的根本原因在于：虛擬儀器的關(guān)鍵是軟件。其主要優(yōu)點(diǎn)歸納如下： 打破了傳統(tǒng)儀器的功能概念，由計(jì)算機(jī)完成信號(hào)的分析、顯示、存儲(chǔ)、打印等功能。由于充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，完善了數(shù)據(jù)的傳輸、交換等性能，提高了系統(tǒng)使用的靈活性，可以滿足綜合性的要求。 強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器” ，的新概念，軟件在儀器中代替由硬件甚至整機(jī)實(shí)現(xiàn)的角色。由于減少了許多隨時(shí)間可能漂移、需要定期校準(zhǔn)的分立式模擬硬件，加上標(biāo)準(zhǔn)化總線的使用，使系統(tǒng)的測(cè)量精度、測(cè)量速度和可重復(fù)性都大大提高。 虛擬儀器的開放性和功能軟件的模塊化，使資源的可重復(fù)利用率提高，系統(tǒng)組建時(shí)間縮短，功能易于擴(kuò)展，管理規(guī)范，使用簡(jiǎn)便，軟/硬件生產(chǎn)、維護(hù)和開發(fā)的費(fèi)用降低。虛擬儀器既可以作為單臺(tái)測(cè)試儀器使用，又可以構(gòu)成較為 5 復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)，甚至通過(guò)高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的指標(biāo)比較如表 所示。表 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較指標(biāo) 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器基本功能 功能土要由軟件決定，川戶可白己定義功能由硬件決定，不易改變 數(shù)據(jù)分析處理功能 存儲(chǔ)、分析、處理能力強(qiáng) 弱(或無(wú))功能的擴(kuò)展性 易于擴(kuò)展，容易升級(jí) 不易擴(kuò)展，很難升級(jí)易用性 數(shù)據(jù)顯示多樣化，交互好，能進(jìn)行白適顯示方式少，交互差(或無(wú))，難以進(jìn)行自適應(yīng)測(cè)量和控制測(cè)試精度 取決于不同的硬件模塊 取決于儀器本身價(jià)格 單臺(tái)價(jià)格高，適合紹建系統(tǒng) 單臺(tái)價(jià)格低，組建系統(tǒng)成本高 隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各種有關(guān)軟件不斷誕生，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。此外，用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器系統(tǒng)代替基于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀器，還可以大大節(jié)省儀器購(gòu)買、維護(hù)費(fèi)用。 虛擬儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用 虛擬儀器技術(shù)在儀器設(shè)備使用實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是許多專業(yè)必須進(jìn)行的一項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)。掌握測(cè)量?jī)x器和設(shè)備的正確操作方法是每個(gè)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基木前提。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的操作，隨之而來(lái)的問(wèn)題是教師的工作量很大而很難對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，既影響教學(xué)效果又