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1、海军航空工程学院本科毕业设计 (论文)第33 页目 录引言 .1第 1 章 绪论 .31.1 虚拟仪器的基本概念 .31.2 虚拟仪器的构成 .41.3 虚拟仪器的特点 .4第 2 章 虚拟实验室基本系统概述 .62.1 研究虚拟实验室的意义 .62.1.1 传统实验室的弊端 .62.1.2 虚拟实验室的优点 .72.2 软件 LabVIEW 简介 .92.3 虚拟实验系统的基本构成 .10第 3 章 软件设计 .183.1 虚拟仪器模块 .183.1.1 虚拟信号发生器模块 .183.1.2 虚拟数字示波器模块 .193.1.3 虚拟频谱分析仪模块 .213.1.4 虚拟数字滤波器模块 .2
2、23.2 虚拟实验室的实验列举 .253.2.1 信号的调制与解调实验 .253.2.2 信号的合成与分解实验 .273.2.3 系统频率响应特性的实现 .28第 4 章 总结和展望 .314.1 总结 .314.2 展望 .32致谢 .33参考文献 .34海军航空工程学院本科毕业设计 (论文)第 1 页 共 3233 33 页引言在这个计算机和网络时代，利用计算机和网络技术对传统的产业进行改造，已是大势所趋，而虚拟仪器系统正是计算机和网络技术与传统的仪器技术进行融合的产物。八十年代末，美国国家仪器公司(NI) 提出了“软件就是仪器”的口号，将日益普及的计算机技术与仪器仪表技术完美结合起来，提
3、出虚拟仪器(Virtual Instruments)的概念。LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 的缩写。它是 NI 公司研制的图形化编程软件，是目前最为成功、应用最为广泛的虚拟仪器软件开发环境。应用虚拟仪器技术，使我们能够在计算机上按照自己的需求来设计仪器，方便灵活而且开发周期短。它不仅降低了仪器成本，更提高了工作效率。在最近几年里,快速可靠的计算机通信网络获得了惊人的发展，局域网或广域网上的计算机可以进行信息和命令交换，这样网络服务拓展了虚拟仪器的使用范围，给虚拟仪器技术注入了强大的活力，进一步增强了数字
4、化仪器的优势，从而成功地进入了网络化虚拟仪器阶段。LabVIEW 具有非常强大的网络功能，其内置 Web Server，可以进行网页发布，使客户端仅用 Web浏览器便可以进行实验。通过将网络技术与虚拟仪器技术相结合，远程虚拟实验室为远程教育的实验课程提供了解决方案。国内部分重点大学在这方面已开始了初步的研究和应用。但是在通信专业教学上的应用还无先例。通信原理教学实验包括：数字基带信号、数字调制与解调、模拟信号的波形编码、循环纠错编码等，其主要目的是帮助学生理解通信系统的整体概念及基本理论，对于培养学生的通信系统观念、提高实际动手能力有极其重要的作用。在这些教学实验中，需要的仪器有:数字万用表、
5、任意波形发生器、数字存储示波器、频谱分析仪、失真度仪、频率计。特别是频谱分析仪作为频域分析仪器在教学实验中有着非常重要的作用，但因频谱分析仪价格的昂贵，至今没有配备。与传统仪器相比，虚拟仪器除了在性能、易用性、用户可定制性等方面具有更多优点外，在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。此外，传统的通信原理实验主要通过硬件电路实现各功能模块，由信号发生器产生信号，用示波器观察各点波形。由于实验条件的限制，往往得不到丰富实验结果，而且学生面对复杂海军航空工程学院本科毕业设计 (论文)第 2 页 共 3233 33 页的电路板难以从系统的观点去分析各点波形关系。设计出一套与传统实验相配合的虚拟实验
6、软件，采用软件模拟的方法，通过灵活调节各个实验参数，灵活控制实验进程,便可很好的弥补传统通信原理实验的不足。因此，将虚拟仪器技术引入到教学实验中就成为行之有效的解决方案。 1实现远程虚拟实验室有众多意义，但是目前最重要的也是最现实的意义就是应用于教育系统上。随着我国高等教育体制的深化改革以及招生规模扩大方针实施以来,学生规模急剧膨胀的普通高等院校普遍陷入了实验教学的困境。从现实的意义上来说，在高等工程教育中采用虚拟实验室，可以从根本上解决实验与实习经费严重短缺问题。同时，利用虚拟仪器技术与计算机网络相结合还可以实现对仪器设备的远程、分布式控制,在教育、科研等领域中具有广阔的发展空间和应用前景,
7、是实验教学的一个新的发展方向。海军航空工程学院本科毕业设计 (论文)第 3 页 共 3233 33 页第 1 章 绪论电子信息类的专业课程有两大特点，一是比较抽象，如信号与系统、数字信号处理、高频电子电路、通信原理、模拟和数字电子技术等课程，需要通过实验环节来帮助学生理解；有的则必须通过学生的实践才能掌握，网络技术、软件编程等课程，实验环节在电子信息实验教学中占有非常重要的地位，是提高学生动手能力、培养创造能力和综合素质的一个有效的手段。很多学科都是以实验课程为基础的，缺少了实验的支持，学科的教学和科研活动就无法进行。学生只有通过足够的验证型实验和一定数量的综合设计型实验才能加深理解和掌握所学
8、的理论知识和应用技术，也只有通过实验，才能将理论与实践很好地结合起来。二是电子信息技术作为新的支柱产业，发展非常迅速，技术更新快，导致高校的课程特别是实验课程往往落后于技术的进步，无法满足实验教学的需要。国内高校传统的实验设备在实验教学中暴露出的无实验模拟功能、辅助实验教学功能等种种弊端。与时俱进地开发出虚拟仪器实验教学系统进行实验教学，达到培养学生的动手能力和创新意识的目标。目前国内高校电子信息类实验大多采用各门课程的实验箱和传统仪器搭建起来的实验平台，传统仪器和实验箱是功能固定且单一，通常只能作一些演示性和验证性实验，无法实现功能扩展和资源共享。电子信息类教学实验常用仪器仪表为：函数发生器、示波器、万用表及各种专用实验设备等。1.1 虚拟仪器的基本概念虚拟仪器(Virtual Instrument，简称 VI)是在以计算机为核心的硬件平台上，通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融为一体，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，从而完成各种测试功能的仪器系统。计算机在虚拟仪器中处于核心地位，计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成了一个有机整体，仪器的结构概念和设计观点等都
