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1、基于LABVIEW的全仿真 作者： 日期：基于LabVIEW的全仿真电子实验课件的设计摘 要实验教学课件是提高实验教学质量和效率、降低实验教学成本的重要手段。基于图形化的虚拟仪器开发软件LabVIEW提出了一种全仿真电子实验课件的设计方法，即从课件界面的真实性和可操作的交互性上对实验仪器设备进行了全面仿真，力求在使用效果上达到一种真实的现场感受。本设计结合“教学用虚拟仪器系统实验”课题研究对象，从虚拟仪器这一新的设计思想角度出发，叙述了虚拟仪器的概念、性能特点，以及应用于教学实验的初步尝试和设计思路。本设计选用LabVIEW图形化编程语言为开发平台，开发了两个虚拟仪器综合实验虚拟函数发生器、虚
2、拟示波器。根据需要自行定义了仪器的功能，构造了仪器面板。该虚拟仪器具有常规信号仪器无可比拟的优点。最后，在前面的基础上进一步完善功能，设计出功能比较多的虚拟仪器。虚拟仪器技术作为学校未来教学科研的重要方法和手段，特别是在理工科学校其应用前景非常广阔。关键词 LabVIEW，实验教学，全仿真，电子实验课件ABSTRACTExperimental teaching courseware played all important role in improving the quality and efficiency of experimental teaching, and reducing it
3、s cost as wel1A new design of full-simulation electronic experimental courseware based on LabVIEW, a graphical programming virtual instrument software was proposedThe new design aims at achieving a realistic feeling on the using effect, by means of full-scale simulating the experimental devices from
4、 both the authenticity and the operable interactionVia the research on object The using of the virtual instrument system in the teaching experiment, the paper describe the concept of virtual instrument, the basic construction of software and hardware system, characteristics of function and its appli
5、cation, and the primary attempt in teaching experiment and design method on experiments teaching.Using the LabVIEW GUI as the developing platform, constructing the experiment system and instrument front-panel signal, the output and analysis of data anddiagraph are shown on the front-panel vividly，th
6、is paper further study how to constructthe virtual instrument network laboratory system base on the virtual instrument system also The virtual instrument and technique will have very broad usage in the science andEngineering university as the means for teaching and scientific researchKey words LabVI
7、EW, experimental teaching, electronic experiment courseware, Full-simulation 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的意义21.2.1目前高等院校教学实验的现状21.2.2虚拟仪器系统引入实验教学的意义31.3研究内容与工作安排51.3.1本文研究的主要内容51.3.2设计的主要工作52 常用的纯软件仿真62.1 图文的形式62.2 视频的形式62.3 Flash动画的形式62.4 虚拟仪器的形式73 虚拟仪器开发的集成软件包LabVIEW83.1 虚拟仪器的系统结构83.1.1
8、虚拟仪器发展过程83.1.2虚拟仪器的特点93.1.3虚拟仪器的构成93.1.4虚拟仪器与传统仪器的比较103.1 5虚拟仪器的发展前景113.2 LabVIEW开发平台介绍113.2.1 LabVIEW简介113.2.2 LabVIEW的特点123.3 LabVIEW设计虚拟仪器的方法134 基于虚拟仪器技术的信号发生器的设计和应用154.1 虚拟信号发生器的提出154.2 虚拟函数信号发生器的性能指标154.3 虚拟正弦波仿真信号发生器的实现164.3.1 功能描述164.3.2 设计步骤164.4 虚拟函数信号发生器的应用215 虚拟示波器的设计与应用235.1 虚拟示波器的介绍235.
9、2 软件的设计与实现235.3 示波器的主要技术指标245.4虚拟示波器的设计基础245.5 图像显示的基本原理255.6 设计步骤255.7 应用范围295.8 性能特点346 多功能的函数发生器和示波器346.1双通道的声卡函数信号发生346.2直接出数据的示波器346.3用LabVIEW内部函数发生器虚拟采集的示波器367 程序的调试和结果显示377.1 函数信号发生器的程序377.2 示波器的显示377.3双通道的声卡函数信号发生397.4直接出数据的示波器397.5用LabVIEW内部函数发生器虚拟采集的示波器40结论42参考文献43致 谢441 绪论1.1 课题背景LabVIEW
10、程序被称为虚拟仪器(VI)，是因为它们的外观和操作能模仿实际的仪器。LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 实验室虚拟仪器工程平台)是一个程序开发环境。类似于C,BASIC。但LabVIEW的特点在于，它使用图形化编程语言G在流程图中创建源程序，而非使用基于文本的语言来产生源程序代码。LabVIEW还整合了满足GPIB, VXI, RS-232和RS-485以及数据采集卡等硬件通讯的全部功能。内置了便于TCP/IP, ActiveX 等软件标准的库函数。虽然LabVIEW是一个通用编程系统，但是它也包含为数据采集
11、和仪器控制特别设计的函数库和开发工具。虚拟仪器的突出成就是不仅可以利用PC机组建成为灵活的虚拟仪器，更重要的是它可以通过各种不同的接口总线，组建不同规模的自测试系统。它可以借不同的接口总线的沟通，将虚拟仪器、带接口总线的各种电子仪器或各种插件单元，调配并组建成为中小型甚至大型的自动调试系统；虚拟仪器与传统仪器最重要的区别在于:虚拟仪器的功能由用户使用时自己定义，而传统仪器的功能是由厂商事先定义好的。由于诸多的优势，今天，虚拟仪器系统已成为仪器领域的一个基本方案，它的应用已经遍及各行各业。很多测量工程师现在都在使用虚拟仪器。由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技
12、术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经突破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用己经发生了质的变化。在这种背景下，八十年代末美国率先研制成功虚拟仪器(Virtual Instrument)。虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档、低价的新型仪器。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响。国际上从1988年陆续有虚拟仪器产品面市，当时有五家制造商推出30种产品。此
13、后，虚拟仪器产品每年成倍增加，到1994年底，虚拟仪器制造厂己达95家共生产1000多种虚拟仪器产品，销售额达2.93亿美元，占整个仪器销售额73亿的4%。美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国，生产虚拟仪器的主要厂家有HP公司，Tektronix公司等。而对于理工学科体系的一些学科，实验是教学活动中一个必不可少的过程。学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合性实验，才能真正理解和掌握该学科的理论知识，获得一定的综合测试技能和实验能力，并初步具有处理实际测试工作的能力。众所周知，仪器是实验的基础，要保证这些综合性测试实验的开设质量，就要同时购置多套先进而昂贵的仪器。由此出现了
14、资金投入与人才培养之间的矛盾，而将虚拟仪器引入高校的实验教学不但可以提高测试效率和教学科研的质量，而且为降低测试仪器成本提供了有效的途径和方法。本论文利用虚拟仪器开发软件在图形化仪器界面设计和数据分析、处理等方面的优势，结合真实仪器设备的图片，提出了一种纯软件形式的全仿真的电子实验课件的设计方法。所谓全仿真，即从真实性和可操作性上对真实仪器的操作效果进行全面仿真。从真实性上讲，计算机屏幕上显示的是真实的仪器设备和实验。1.2 课题研究的意义1.2.1 目前高等院校教学实验的现状对高层次的学生而言，实践教学更为重要。所以实验教学水平的高低就成为教学质量的关键环节之一。而有些实验内容不同于一般的教
15、学实验，需要多类、多台价格昂贵的仪器作为支持。如一台HP3562A动态信号分析仪，价值人民币近20万元，一台B&K的2010B频率分析仪，价值人民币16万元。既要开好实验，又不可能投入超常的资余，这是一个十分突出的矛盾。随着教学仪器的发展和高等院校新时期实验教学所面临的新要求，将虚拟仪器引入实验教学将成为高等院校未来教学科研的重要方法和手段。(1)学校仪器设备缺乏和过时陈旧等现象，严重影响教学科研。对于高职院校，实验是教学活动中一个必不可少的过程，在电工电子实验室的建设中，教师普遍反映实验室常规设备有的己经老化，有的技术上有些落后，根本不能保证学生来做足够的验证性实验和一定数量的综合性实验。因此，充实实验内容，增开综合性实验项目，进一步加强实验室建设，不断改革实验教学是十分必要的。(2)学校经费紧张，制约实验
