【正文】 最后要感謝的是培養(yǎng)了我的母校瓊州學(xué)院 —— 愿母校的明天更加美好！ 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 36 。四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，這四年中，我們一起學(xué)習(xí)、生活，有著太多美好的回憶。 還要感謝所有 的 同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。在此瑾向老師們致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 然后我要感謝的是 四年來教導(dǎo)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(chǔ) 。 首先我要特別感謝的是本次設(shè)計的指導(dǎo)老師鄭澤龍老師。 (2)由于時聞和條件有限，本文的研究只是進行了一些應(yīng)用 個例的研究，缺乏系統(tǒng)性，今蜃可以在采用總線或靖絡(luò)方式來構(gòu)建虛擬儀器實驗教學(xué)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(xué)服務(wù)。通過本課題的開發(fā)與設(shè)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(xué)和所研究的知識會讓我受益終生。 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(xué)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(luò)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(shè)計實例，實現(xiàn)了虛擬儀器的簡單應(yīng)用。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(xué)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(yīng)用。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。 ：當(dāng)學(xué)生在做 _二些實驗中會碰到對周期的測量，學(xué)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。依據(jù)虛擬儀器自身的優(yōu)勢總結(jié)出的幾種典型的應(yīng)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。 r虛擬儀器在實際教學(xué)中有著廣闊的應(yīng)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。學(xué)生在掌握相關(guān)的設(shè)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。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。自相關(guān)函數(shù)的概念復(fù)雜不好理解，對于 我們的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)《傳感器與檢測技術(shù)》時有學(xué)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。等到學(xué)生掌握了 LabVIEW，加以適當(dāng)?shù)挠布K如：瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)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(xué)生通過自己設(shè)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。因此， 當(dāng)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(xué)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(shè)置頻率、幅值及直流成分等。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 。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(xué)方式。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(xué)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(xué)生的錯 誤概念。借助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輔助教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生運用現(xiàn)代科技知識解決 實際問題的能力，能開闊學(xué)生的眼界，拓寬思路，激發(fā)學(xué)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?？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。 第三章 虛擬儀器實驗教學(xué)系統(tǒng) 應(yīng)用實例 ３ .１ 聲音信號采集系統(tǒng) 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)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。最后按下與元件類型對應(yīng)的標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)元件為 o． Oluf．則基準(zhǔn)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(shè)置的基準(zhǔn)值一致。在測量前。一般都元電感、電容的測量。 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。 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。 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(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)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(zhǔn)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。 具體硬件設(shè)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(wù)均由計算機中的虛擬儀器來完成 。 否則，要么系統(tǒng)死機，要么不能產(chǎn)生正確的結(jié)果 。 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 。 要想順利地完成本實驗任務(wù)，操作者必須分 2 個步驟進行 。 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(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 27 信號 。 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(shè)計如下 。 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(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 26 加法計數(shù)器可以作為 16 進制加法計數(shù)器使用 。 見圖 8。 下面，具體介紹異步 2 進制四位加法計數(shù)器的設(shè)計過程，其他 3 個實驗題目的設(shè)計思路與之類似 。 學(xué)生可以登錄該網(wǎng)頁，選擇自己需要的單元虛擬器件拖曳到新建的虛擬控件程序框圖中，進行實驗設(shè)計 。 每個項目庫中含有一些虛擬單元電子器件，這些虛擬儀器是學(xué)生進行綜合實驗常用的器件 。 本文所創(chuàng)建的項目瀏覽器見圖 7。 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，并由該平臺中的項目瀏覽器 Project Explore 來管理的 。 3． 1． 2 完成綜合實驗題目虛擬儀器的設(shè)計 在數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)中，大綱還要求開設(shè)一些設(shè)計性和綜合性實驗 。 通過點擊實驗說明 、 實驗步驟按鈕可以查詢實驗指導(dǎo)信息，幫助學(xué)生更好地完成實驗任務(wù) 。 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) 。 下面，具體介紹完成譯碼器實驗的虛擬儀器的設(shè)計過程 。 ( 3) 完成基礎(chǔ)數(shù)字電子實驗的各子 VI 設(shè)計 。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(yīng)的函數(shù)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(yīng)的程序控件，也是 5 個子 VI 控件的文件名稱 。 圖 3 中，該容器顯示的是 數(shù)據(jù)選擇器實驗的 子 VI 界面，界面上的 STOP 控件用來控制主系統(tǒng)停止運行 。 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 。 利用 Subpanel 控件控制這 5 個子VI 動態(tài)載入主 VI 界面［ 24］ 。 見下圖 虛擬數(shù)字電路實驗平臺能完成的實驗題目 ( 2) 系統(tǒng)操作界面設(shè)計及系統(tǒng) 。 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 。 本文利用 LabVIEW8． 6 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(xué)任務(wù) 數(shù)字電子技術(shù)虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn) 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 22 為了實現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)實驗課的教學(xué)目標(biāo)，本文設(shè)計 2 類實驗題目 : ① 基礎(chǔ)實驗題目 。 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(xué)與實際動手實驗相脫節(jié)的這一老大難問題。 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 件所創(chuàng)建的 Spice網(wǎng)表文件并自動形成相應(yīng)的電路原理圖，可以把 Multisim 9 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 設(shè)計，也可以將仿真結(jié)果輸送到 MathCAD和 Excel等應(yīng)用程序中。 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、 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 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 更是一般實驗室不可多得的高檔儀器。 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 和結(jié)果的圖表顯示等，全部集成 到同一個電路窗口中。 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) 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。除了軟件提供的 20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。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。 它包含了電路原理圖的圖形輸入，電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。教師和學(xué)生也有了施展才能的空間。并且，每個實驗裝置所配的計算機也沒有 得到充分的利用。學(xué)生可以在課余時間進入實驗室進行實訓(xùn)。既可用計算機來管 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(xué)生操作的故障 次數(shù)，以及實驗報告的批改和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等。 (4)