【導讀】工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。確說明并表示謝意。（設計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設計）用于非贏利目的的。少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。保密的論文（設計）在解密后適用。個最為有效的方法。目前，我國部分高校電子類課程存在著實驗設備陳舊、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。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。輔助硬件即可完成過去需多臺儀器才可完成的教學實驗工作。趣，同時也提高了教學質(zhì)量。

　　

【正文】 框圖中，進行實驗設計 。 本文利用圖 7 項目瀏覽器中的單元虛擬儀器設計 4 個綜合實驗題目，分別為 : 異步 2 進制 4 位加法計數(shù)器 、 3 位加法器 、 3 位比較器和 D 觸發(fā)器 4 個實驗題目 。 下面，具體介紹異步 2 進制四位加法計數(shù)器的設計過程，其他 3 個實驗題目的設計思路與之類似 。 ( 1) 異步 2 進制 4 位加法計數(shù)器邏輯電路［ 5］ 。 見圖 8。 圖 8 異步 2 進制 4 位加法計 數(shù)器邏輯電路圖 通過本實驗，學生進一步理解異步二進制加法計數(shù)器的工作原理 。 該實驗由4 個 JK 觸發(fā)器組成的，能夠存儲從起始狀態(tài) 0000 ～ 1111 共 16 個狀態(tài)，該 4 位瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 26 加法計數(shù)器可以作為 16 進制加法計數(shù)器使用 。 ( 2) 虛擬儀器設計 。 根據(jù)異步 2 進制 4 位加法計數(shù)器邏輯電路圖，本實驗所需的虛擬儀器設計如下 。 在圖 9 中， JK 觸發(fā)器控件和初始化控件都是圖 7中單元虛擬控件，點擊該控件的輸入端和輸出端自動創(chuàng)建輸入控件和輸出控件 。 在圖 10 中， Q0 ～ Q3 是顯示控件，用來顯示 4 個 JK 觸發(fā)器 的輸出信號狀態(tài)， CP、 CP CP CP3 是輸入控件，是用來控制這 4 個觸發(fā)器工作的時鐘脈沖瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 27 信號 。 實驗說明 、 實驗步驟 、 實驗要求和幫助按鈕都是為學生進行實驗時提供的幫助信息 。 要想順利地完成本實驗任務，操作者必須分 2 個步驟進行 。 首先進行調(diào)試，然后才能正常計數(shù)工作 。 在調(diào)試階段，令 3 個啟用控件為無效狀態(tài) ( 即點擊 3 個啟用控件呈暗色 ) ，使 CP、 CP CP CP3 分別為控制 Q0 ～ Q3 的時鐘脈沖信號 。先令 J、 K 兩個輸入控件為 0、 1 狀態(tài) ( 即 J 為低電平 、 K為高電平 ) ，然后分別點擊 CP、 CP CP CP3 先后呈下降沿狀態(tài) ( 即由亮色變?yōu)榘瞪珷顟B(tài) ) ，可以控制 Q0～ Q3 依次呈暗色狀態(tài)，即輸出控件初始化 ( 呈低電平狀態(tài) ) 。 在計數(shù)階段中，令 3 個啟用控件為有效狀態(tài) ( 即點擊 3 個啟用控件呈亮色 ) ，控件CP CP CP3都不起作用，而 CP、 Q0、 Q Q2 分別是控制 Q0 ～ Q3 的時鐘脈沖信號 。 在實驗過程中，一定要按照操作步驟 進行 。 否則，要么系統(tǒng)死機，要么不能產(chǎn)生正確的結(jié)果 。 模擬電子技術(shù)和電工技術(shù)實驗虛擬實驗室設計與實現(xiàn) 2 個虛擬實驗室設計的思路一樣，都是將現(xiàn)實電 子器件 、 采集卡和虛擬儀器3 者結(jié)合在一起，相互配合，共同完成基本實驗任務 。 具體硬件設計［ 68］見圖 11 圖 11 硬件分布圖 在圖 11 中，將完成實驗所需的基本元件焊接在電路板上，實驗中需要測量的信號通過采集卡傳送到計算機里，而信號的處理 、 計算和顯示等任務均由計算機中的虛擬儀器來完成 。 另外，電路板中的開關(guān)均由繼電器來控制的，而繼電器的工作狀態(tài)由虛擬儀器控制采集卡輸出數(shù)字信號來控制完成的 。 在實驗中，采集卡不僅要正確連線，還要根據(jù)實際需求對采集卡的驅(qū)動程序進行正確配置 瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 28 ２ .４ .１ 示波器 虛擬示波器是虛擬儀器最有特色的功能，運行該軟件后．默認將啟動示波器，在界面左下方的“示波器工作方式”下．可以選擇示波器的五種工作模式 ： X 單蹤示波器 X1， X2 雙蹤示波器 X— Y 兩路信號分別做 X軸， Y軸輸入 X1+X2 兩路信號相加 頻域 顯示信號的頻譜分布 ２ .４ .２ 頻率計 按下“電源開關(guān)”下的“頻率計”可啟動虛擬頻率計．頻率的測量是通過對輸入信號進行快速傅利葉變換 (F盯 )得到的，具有快速 、實時的特點，但也給測量結(jié)果帶來約 10Hz的誤差，如果想得到準確的頻率值．可利用信號發(fā)生器的輸入信號配合示波器利用李薩如圖形法進行測量．如果將 F丌取樣數(shù)提高。則誤差可瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 29 以小于 1Hz，但此時軟件運 算蜃會增加，一般無 此必要。 ２ .４ .３ 信號發(fā)生器 按“信號源”按鈕將啟動信號發(fā)生器，信號為雙路輸出?？赏ㄟ^三芯測試電纜送在界面右邊的“信號發(fā)生器”項目 F．則可以同時調(diào)整兩路輸出信號的頻率、波形和增益，輸出信號頻 j棼從 20Hz到 20kHz町凋，但受聲卡 DsP芯片采樣頻率及聲卡質(zhì)雖的影響，實際輸出的信號頻率只有 50Hz到巧 KHz的正弦波比較理想，不過，用來完成一般的測量已經(jīng)完全足夠。 ２ .４ .４ 萬用表 按下“萬用表”按鈕可以啟動萬用表功能，配合前面制作的兩根測試電纜．連接后即可以對電阻、電容、電感和交流電壓有效值進行測量。通常無論是數(shù)字式萬用表還是指針式萬用表。一般都元電感、電容的測量。而虛擬萬用表則町以測量電感與電容。在測量前。要同時開啟“信號源”并選擇合適的信號輸出頻率．然后在主界面下部的“萬用表”項目中，按下“設置基準值”，依照標準元件的標稱值輸人合適的基準。最后按下與元件類型對應的標志，如果測電容就按下“ c”．比 D顯示屏七即可顯示出待測元件的數(shù)值．比如標準元件為 o． Oluf．則基準值町以輸入 1．此時，若待測元件為 o． 068uf，則顯爪值將為 68，其單位與設置的基準值一致。萬用表的測最原理與普通的數(shù)字式萬用表類似，唯一的差別在于它用交流測試信號代替 r普通數(shù)字式萬用表采用的直流測試信號，因此，作者并不推薦將它用作對直流電阻的測量。 第三章 虛擬儀器實驗教學系統(tǒng) 應用實例 ３ .１ 聲音信號采集系統(tǒng) 瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 30 通過將聲卡采集到的聲音信號進行高通濾波處理，然后將信號數(shù)據(jù)重新輸入聲卡播放，并可將采集到的聲音信號寫 入 LabVIEW測試文件 (． 1vm文件 )，最后生成 HTML報表。 數(shù)據(jù)采集器作為現(xiàn)代科技中的微機實時測量技術(shù)引入到實驗教學中，建立起物理實驗與計算機結(jié)合的初級模型?？梢酝瓿梢恍┏Ｒ?guī)儀器難以完成的實驗，如瞬間變化、長時間變化，驗證有關(guān)公式、定律，提高實驗精度和實驗效果。數(shù)據(jù)采集器利用電腦做實驗終端，通過接口電路、傳感器和常規(guī)儀器共同完成物理量的測量，并能同時觀察物理現(xiàn)象，探索物理原理，減少了手工作圖和處理數(shù)據(jù)的麻煩，減少了人為的錯誤，并大大節(jié)省時間。借助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輔助教學，有利于培養(yǎng)學生運用現(xiàn)代科技知識解決 實際問題的能力，能開闊學生的眼界，拓寬思路，激發(fā)學生的興趣，提高他們的動手能力，并有助于他們的直觀思維的發(fā)展。 借助數(shù)據(jù)采集器輔助實驗教學拓展了學生探究性學習的空間，并有較高的參與性，有利于調(diào)動學生的積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力，提高實驗質(zhì)量，符合我國實驗教學改革的要求。數(shù)據(jù)采集器能立即反饋真實的實驗數(shù)據(jù)和圖像，提供與科學家類似的經(jīng)歷，并能從圖線到物理概念建立連接，這樣可減少并糾正學生的錯 誤概念。數(shù)據(jù)采集器鼓勵協(xié)作學習，通過學生討論有助于建構(gòu)物理概念。數(shù)據(jù)采集器與信息技術(shù)整合開拓了一種新的實驗教學方式。 本 次實驗用到的功能如下：信號采集、信號處理、存儲和生成報表。機器安裝了聲卡和驅(qū)動后，在有 LabVIEW系統(tǒng)情況下，本次實驗很容易完成 。 ３ .２ 波形測量與分析 交流電十分抽象，難以理解接受，單純依靠黑板粉筆十分費力而且效果欠佳，借助于信號發(fā)生器和示波器可以觀測交流電壓的相關(guān)參數(shù)，但是費時費力且往往不在講授理論的同時，缺乏實時效應。因此， 當講解《電路》或者《電子測量》中有關(guān)交流電壓的參數(shù)及其測量時，可以借助于多媒體在課堂上使用 LabVIEW 讓學生非常直觀地了解認識正弦交流電的各項主要參數(shù)，并能夠 自己設置頻率、幅值及直流成分等。這樣通過觀察波形，使得理論知識更容易被掌握，同時也提高了學生學習的積極主動性。等到學生掌握了 LabVIEW，加以適當?shù)挠布K如：瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 31 函數(shù)發(fā)生器模塊、數(shù)字示波器模塊 HPEl426A，將 HPEl440A函數(shù)發(fā)生器模塊HPEl440A的輸出端連接到數(shù)字示波器模塊 HPEl426A的輸入端，要求學生通過自己設計一個操作員接口，改變函數(shù)發(fā)生器的輸出信號的類型、頻率等參數(shù)，并通過示波器觀察信號波形。 波形分析方面我們以一個自相關(guān)函數(shù)分析的例子來說明。自相關(guān)函數(shù)的概念復雜不好理解，對于 我們的學生而言，學習《傳感器與檢測技術(shù)》時有學多很專業(yè)很前沿的知識不好理解掌握，授課往往難度很大。借助于虛擬儀器技術(shù)可以使晦澀難懂的知識變得形象直觀易于理解，有利于課堂理論知識的學習及課后實驗 室的進一步驗證 瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 32 第四章 總結(jié)與展望 ４ .１ 總結(jié) 本文結(jié)合現(xiàn)有條件，圍繞基于 LabVIEW的虛擬儀器在電子類實驗教學系統(tǒng)中的應用進行了較為系統(tǒng)的理論研究并針對數(shù)據(jù)采集和傳感器應用制作具體了實例，在實際教學中起到了很好的效果，利用虛擬儀器技術(shù)使實驗教學更加先進和完善，測 試結(jié)果更加精確和直觀。另外，由于軟件易于更新，可以隨時加入最 新的算法和研究成果，能使實驗系統(tǒng)的性能和功能不斷的發(fā)展、完善，始終保持最先進的水平。本課題的研究對改善和提高高等院校理工科實驗教學質(zhì)量是有所補益的。學生在掌握相關(guān)的設計方法后可以充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造性，開發(fā)出許多新的虛擬儀器。這樣一來，學生在完成新儀器的開發(fā)學習過程中可以學到許多新知識，同時又可較好的完成實驗教學內(nèi)容，將理論與實踐完美的結(jié)合在一起，使其更具有成功感，并提高其學習新知識的興趣。 r虛擬儀器在實際教學中有著廣闊的應用空間，原因在于 虛擬儀器可方便的采集多種信號，輕松的對數(shù)據(jù)進行分析處理。還可以通過各種方式將結(jié)果顯示出來．在實際教學中，虛擬儀器既可用于課堂演示實驗，也可用于學生分組實驗，還可用于隨堂實驗和課外實驗，這要根據(jù)具體課的內(nèi)容和教師施課方案設定。依據(jù)虛擬儀器自身的優(yōu)勢總結(jié)出的幾種典型的應用如下： ，不易直接觀察的情況：很多現(xiàn)象如“聲音頻率的高低”，“磁場強度的強弱”，“調(diào)頻波形的實際情況 等等，都很難用肉眼或耳朵直接精確的觀察感知。這時候，使用虛擬儀器可將微弱信號放大，將不可視的信號轉(zhuǎn)化為圖表直觀顯示。 ：當學生在做 _二些實驗中會碰到對周期的測量，學生使用停表計、雙眼和手配合來測量時間，測量的誤差很大，且多次測量后，眼睛會很疲勞。像這種費力又不能精確測量的情況下，要考慮使用虛擬儀器。使用光電門傳感器采集數(shù)據(jù)即可方便的解決上面的困難。 ；要測量大量的數(shù)據(jù)，還要對所測量的數(shù)據(jù)進行機械重復的計算。虛擬儀器的軟件具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，軟件內(nèi)置上百個分析函數(shù)，用于信號生成、頻率分析、概率統(tǒng)計、數(shù)學運算、曲線擬合、插值、數(shù)字信號處理等等各種數(shù)據(jù)分析應用。虛擬儀器的強大數(shù)據(jù)處理能 力，將使我們的 瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 33 實驗過程變得毒 常輕松。 本文主要從以下幾個方面進行了較深入的研究和實現(xiàn)； (1)對實現(xiàn)虛擬儀器實驗教學系統(tǒng)所需的關(guān)鍵技術(shù)進行了較詳細的分析和研究，包括了硬鋒配置和軟件配置兩個方面的詳細介紹； (2)對常見的虛擬儀器實驗系統(tǒng)和基予康擬儀器的網(wǎng)絡虛攢實驗室構(gòu)建進行了說明 (3)在裝了 LabVIEW軟件的 PC規(guī)上進行 7聲音數(shù)據(jù)的采集察波形測量與分析實驗，并結(jié)合 Multisim給出了一個電路設計實例，實現(xiàn)了虛擬儀器的簡單應用。鍵盤子時聞的關(guān)系， LabVIEW所具有的強大功能還有誨多未曾秀發(fā)和加以很 好利用的，基于 LabVIEW的實驗教學應用仍然有待于在將來的教學過程中不 斷實踐和改進。通過本課題的開發(fā)與設計，我在科研方面褥到了極大的鍛煉，培養(yǎng)了獨立思考和實踐的能力，感覺到這段時光很充實，并且相信我所學和所研究的知識會讓我受益終生。 ４ .２ 展望 根據(jù)目前虛擬儀器實驗教學的發(fā)展和本文的研究給工作，虛擬儀器實驗教學還可以從這樣幾方面深入研究： (1)本文研究的虛擬儀器實驗教學主要是針對電子類實驗教學，還可以將更多的實驗教學融入到虛擬儀器技術(shù)當中。 (2)由于時聞和條件有限，本文的研究只是進行了一些應用 個例的研究，缺乏系統(tǒng)性，今蜃可以在采用總線或靖絡方式來構(gòu)建虛擬儀器實驗教學系統(tǒng)上徽更為深入和系統(tǒng)的研究，使虛擬儀器技術(shù)更好地為教學服務。 瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 34 參考文獻 [1]林占江 .電子測量技術(shù) .電子工業(yè)出版社 [2]隋國政 .電子信息類課程實驗教學新思路 — 虛擬技術(shù) .今日科苑 2020,7 [3]丁碩 .虛擬儀器在電子信息類實驗教學中的應用 .電子科技 2020,4 [4]尼喜 .虛擬儀器在電子實驗教學中的應用 .大眾科技 2020,5 [5]陳曉明 .虛擬儀器在電子實驗教學中的應用 .新校園 2020， 2 [6]王茜 .賈金玲 .姚婭川 .虛擬儀器在實驗教學中的應用 致謝 瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 35 在完成本設計的過程中，我得到了很各方面的多幫助，在這里我要首先對他們表示誠摯的感謝。 首先我要特別感謝的是本次設計的指導老師鄭澤龍老師。設計期間曾遇到了各種各樣的問題，在鄭老師的耐心講解下，問題得到了解決。 然后我要感謝的是 四年來教導過我的每一位老師，正是所有老師的辛勤耕耘才有了我今天的收獲 ，也 正是你們不倦的教誨 ,使我打下了扎實的專業(yè)基礎 。 這些都會是我人生中最寶貴的財富 。在此瑾向老師們致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 同時， 我要感謝參考文獻里的那些作者們，參考他們的著作的例子使我學會很多理論，也正因為是參考了他們的作品才使我的畢業(yè)設計能順利地進行。 還要感謝所有 的 同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成 。四年的大學生活即將結(jié)束，這四年中，我們一起學習、生活，有著太多美好的回憶。四年里，我們學習了很多，收獲了很多，這將會是我難以忘記的一段經(jīng)歷。 最后要感謝的是培養(yǎng)了我的母校瓊州學院 —— 愿母校的明天更加美好！ 瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 36