【正文】 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)問題，分析問題，解決問題的能力。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。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。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： ，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。 ，大部分設備落后于課程建設的需要。 ，實驗教學處于應試階段。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 驗設備價格昂貴更新速度快的要求，這才是最根本的原因。 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。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實驗和若干綜合性提高實驗而專門設計制作 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。 美國的 和 Natalie Foster 用屏幕拷貝監(jiān)視器顯示的方法設計一個虛擬的氣象色譜質(zhì)譜儀。 澳大利亞 RMIT 大學清楚地了解到學生面臨的困難。 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。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。 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演示，理論聯(lián)系 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 測試原理，強化了教學效果。儀器一會被損壞。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。電子技術(shù)實驗是各類專業(yè)非常重要的基礎課程，因此其虛擬實驗室的 建立有很重要的意義 。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。第四部分是結(jié)論部分，對整個設計進行總結(jié)并對未來做了展望。 20 年來，無論是初學乍用的新手還是經(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 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。 1986 年，美國 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。 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。 所謂虛擬儀器測試功能。虛擬儀器主要是指這種方式。 “虛擬”二字主要包含兩方面的含義： 第一，虛擬儀器的面板是虛擬的： 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。 第二，虛擬儀器測量功能是由軟件編程來實現(xiàn)的： 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。每一個虛擬儀器系統(tǒng)都由兩部分組成 —— 軟件和硬件。而且，由于虛擬儀器在測量任務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。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。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、共享和顯示功能。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。在這個例子中，無論是何種選擇，在這三種情況下，他都可以僅在同一個程序中使用虛擬儀器而無需改變代碼。他的下一個項目是監(jiān)視和記錄這個電機的功率。他所需要做的就是使用虛擬儀器軟件開發(fā)出新的應用 程序。 虛擬儀器的組成 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。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。 ＼Ｏ接口設備：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。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。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。 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。 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，通信功能于一體，是國際上 20 世紀的一項高新科技。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)。 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。 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. 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。 虛擬儀器的軟件系統(tǒng) 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。 ：這類程序用來完成特定外部硬件設備的擴展，驅(qū)動與通信。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。 在過去，用戶只能見到儀器源程序也容易理解。 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： ： al Basic,Labwindows/CVI 等 ： LabVIEW ,HPVEE 等 這些軟件開發(fā)工具為用戶設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。 虛擬儀器的功能及特點 虛擬儀器的功能 虛擬儀器的基本功能主要由以下三點： 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)絡化儀器等。 虛擬儀器最常見的應用是取代傳統(tǒng)的臺式儀器。 虛擬儀器的特點 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。 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)境干擾和系統(tǒng)誤差的影響。 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備來使用。 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 。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備來滿足完整的測試需求，但是這些不同設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。 虛擬儀器開發(fā)工具簡介 虛擬儀器開發(fā)工具 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。虛擬儀器的開發(fā)工具比較廣泛，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。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。 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，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，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。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。 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。在儀器控制方面 ， HPVEE提供了直觀的儀器軟面板 (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。 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)集成環(huán)境 。特魯查德博士的一個創(chuàng)新設想能否像為財務人員設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)流圖來設計程序的軟件工具 。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組成一樣。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。 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語言來設計的，并不僅僅是一個軟件開發(fā)環(huán)境。 LabView采用圖形化語言編程，以方框圖的形式編制程序，應用的設備圖標與科學家，工程師們習慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程極為相似。 LabView還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設置斷點，動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)傳輸過程，以便進行方便的調(diào)試。 LabVIEW的 CIN節(jié)點使用戶可以使用由其它語言編譯的程序模塊，使 LabVIEW成為一個完全開放式的開發(fā)平臺。 labview 的主要功能 Ｌ abView 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計。 1. Ｌ abView 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)采集和測量設備上快速采集數(shù)據(jù)。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)采集任務就會變得相當簡單。使用 NI LabView，可以快速從各種插入式板卡， USB 測量設備和基于以太網(wǎng)的采集系統(tǒng)中采集并發(fā)生信號。 LabView 可用于各種各樣的測量應用，包括：溫度，電壓，阻抗，壓力，張瓊州學院本科畢業(yè)論文（設計） 18 力，電流，脈沖，力，振動，頻率，周期，聲音，光，數(shù)字信號等。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，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。 經(jīng)圖形和圖表顯示結(jié)果。 在對采集的數(shù)據(jù)進行分析后，很可能需要再把數(shù)據(jù)顯示出來。 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)。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。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。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 信息。 開發(fā)環(huán)境及設計的一般過程 labview開 發(fā)設計過程 虛擬儀器的開發(fā)平臺 L曲Ⅷ W是一種圖形化編程語言，它以簡單直觀的編程方式，配合眾多的設備驅(qū)動程序，把復雜、煩瑣、費時。 LabⅥ EW應用程序的構(gòu)成： 所有的應用程序，即 ， 虛擬儀器 (Ⅵ )，包括前面板 (fiom panel)，流程圖(blockdiagram)以及圖雕結(jié)器 (icon／ connector)三部分 (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)。還有一個控制對象 —— 開關(guān)，可以啟動和停止工作。 (2)流程圖提供Ⅵ的圖形化源程序。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。我們可以看到流程圖中包括了前面板上的開關(guān) 和隨機數(shù)顯示器的連線端子，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)。 (3)圖標 /連接器是子Ⅵ被其它調(diào)用的接口。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。前面板中主要由輸