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1、大学本科生毕业设计（论文）基于LabVIEW的虚拟数字电路实验系统的设计摘 要当今社会在校学生人数急剧增加，传统的实验仪器已不能满足实验需要，学生的实际实验训练得不到满足，尤其是理工科学生，没有实验训练，抽象的理论知识很难理解。随着低成本高性能的计算机资源普及运用，数字化仪器平台逐渐取代传统电子仪器已成为一种趋势。如果把虚拟仪器运用到实验教学和科研中，不但可以节约大量仪器设备的需要，也提高了实验教学和科研的效率和质量。数字电路作为电子信息类各专业的主要技术基础课程之一，其实践实验环节尤为重要。用虚拟仪器技术构建数字电路实验系统，将广泛的应用到实验教学中。关键词：虚拟仪器技术，数字电路，实验系统
2、，LabVIEWABSTRACTIn todays society, the number of students increased exponentially, The traditional experimental apparatus has been unable to meet the need of experiment, Students do not meet the actual experiment training, Especially for students of science and Engineering, No experimental training,
3、 Abstract theory is hard to understand.With low cost and high performance computer resources use, Digital instrument platform gradually replaced the traditional electronic instrument has become a trend. If the virtual instrument used in the experiment teaching and scientific research, Not only can s
4、ave a large amount of equipment needs, but also improve the experimental teaching and the scientific research quality and efficiency. Digital circuit for electronic information majors mainly technical basic course of, The experimental practice link is particularly important. Using the virtual instru
5、ment technology to construct digital circuit experiment system, will be widely applied in the experimental teaching.Keywords: virtual instru ment technology , digital circuit , experiment System , LabVIEW目 录第一章 绪论4 一、课题提出的背景和意义4 二、毕业设计的任务4第二章 虚拟仪器概述5 第三章 LabVIEW在数字电路实验中的应用10第四章 数电路实验系统的设计14 一、组合逻辑电路
6、实验14 1、全加器14 2、全减器15 3、译码器16 4、数据选择器18 二、时序逻辑电路实验19 1、RS触发器19 2、JK触发器21 3、计数器22 三、综合设计实验23 1、信号发生器23 2、七段数码管25 3、时钟及秒表计时器27总 结29致 谢30参考文献31第一章 绪 论一、课题提出的背景和意义实验教学是培养学生创新思维和实践能力的重要环节。随着科技的飞速发展，课程教学内容不断更新，传统的实验教学方式日益暴露出一些缺陷和不足。如今高校实验室教学设备数量有限，特别是一些贵重的仪器，要做到学生与设备一对一配套是不现实的。在传统的实验室教学模式中，一般会将学生分为若干小组，以组为
7、单位作实验，使部分同学难以全部参与和投入，没能充分了解和掌握实验全过程。再加上传统仪器功能固定且单一，仪器使用多年后，精度和灵敏度会有所下降，在实验过程中常常会因为仪器的原因而使实验数据产生很多误差然后浪费大量的时间进行检查。而且传统实验模式中，学生靠手工记录和分析数据，这样这些数据不便于保存、查询和整理。数字电路实验是理工科专业教学的一个重要内容，是培养学生电子技术应用和工程设计能力不可缺少的教学环节，所以实验室水平要不断改进和提高，以适应学科的发展。虚拟仪器技术为解决这一问题提供了可能，如果基于虚拟仪器技术在实验教学中得到应用，将可以改善实验条件和效果，使教学更生动形象，这是在现代实验教学
8、中的一种先进技术手段。二、毕业设计的任务本次毕业设计的任务就是在LabVIEW虚拟仪器的设计环境下完成数字电路实验系统。 在前面板即图形用户界面上表现开关、旋钮、图形或者其他控制和显示对象，在后面板调用事件结构、While循环、条件结构等LabVIEW典型函数模块完成事件的响应和实现等功能。然后根据各个数字电路实验原理用LabVIEW分别进行模块编程，完成整个实验系统，用户只需在数字电路实验总面板上点击相应的功能模块，即可实现数字电路实验项目，然后进行相对应的操作。这样使学生容易理解各个电路的功能以进行实践训练和自主学习，有利于学生的能力培养。第二章 虚拟仪器概述从仪器的发展史可以看出，仪器领
9、域已经经历了两次技术革命。第一次是由数字电子技术的发展引起的，使仪器进入数字化仪器时代；第二次仪器革命是由于微处理器的广泛应用引起的，使仪器进入智能仪器时代。而现在正在进行着第三次仪器革命即虚拟仪器时代，这和通用计算机硬软件技术的进步密不可分的。一、虚拟仪器的简介美国国家仪器公司NI（National Instruments）提出了虚拟测量仪器（Virtual Instrument，简称VI）的概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。虚拟仪器(VI)是基于计算机系统的数字化测量测试仪器，用计算机屏幕
10、形象、方便地模拟各种仪器的调控面板，以各种需要的形式表达输出检测结果；用计算机软件实现大部分信号的分析和处理，完成各种调控和测试功能。“软件即是仪器”，在虚拟仪器系统中，软件发挥着核心作用，在其中，硬件仅是为了解决信号的输入输出，而核心功能以软件来完成，基于虚拟仪器，用户可以根据自己的需要定义仪器的功能，通过软件修改的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模。因此利用现有计算机资源，配以独特设计的仪器硬件和专用软件，可以实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的特殊功能1。VI是计算机技术、现代测量技术共同发展的结晶，代表着当今仪器发展的最新趋势。自美国国家仪器公司在1986年提
11、出虚拟仪器的概念之后，虚拟仪器技术便一直成为发达国家自动测控领域的研究热点和应用前沿。20多年来，无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎。二、虚拟仪器的发展现状国外：自20世纪80年代以来，NI公司研制和推出了多种总线系统的虚拟仪器，其代表产品是LabVIEW图形编程系统。随后HP公司也推出了HPVEE编程系统。后来世界上又陆续百家公司如Tektronix公司、Racal公司也相继推出了各自的产品。1988年，全球只有5家制造商推出的30余种产品；1994年，已有90余家近1000多种产品问世。但最早和最具影响力的还是NI
12、 公司的图形化开发平台LabVIEW。虚拟仪器在国外已发展成为一种新的产业。美国是虚拟仪器的诞生地，目前也是全球最大的虚拟仪器制造国2。国内：20世纪90年代中期开始引进、研究和开发工作，国家自然科学基金委员会将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一，列入为 “十五”期间优先资助领域。目前有些研究已取得可喜成绩，如863项目“虚拟仪器关键技术的研究及其产业化”，所研制的“一体化虚拟仪器”就是一种不同于欧美虚拟仪器的技术。这项成果表明我国在虚拟仪器方面走出一条自主创新的路子。据“国际自动化仪表”杂志1999年预测：到21世纪前十年，全世界将有50%的仪器仪表为虚拟仪器，其生产厂家将超过千家
13、，产品将达到数千种。市场占有率将达到电测仪器仪表的50%以上。三、虚拟仪器的结构和分类虚拟仪器可以概括为：采集硬件+显示面板+算法软件传感器调理器采集器I/O口I/O驱动面板算 法虚拟仪器硬件软件虚拟仪器本质上是一个开放型的结构，由通用计算机、数字信号处理器或其他CPU来提供信号处理、存储和显示功能，由数据采集板卡、CPB或VXI总线接口板进行信号的获取与控制，实现仪器的功能。根据它采用总线方式的不同3，可分为以下几种类型：1、PC总线插卡型虚拟仪器这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW相结合，它可以通过各种控件自已组建各种仪器。Labview/cvi是基于文本编程
14、的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言Visual C+,Visual Basic,Labviews/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，ISA总线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂贵。2、并行口式虚拟仪器最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国LINK公司的DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛
