虚拟仪器在高职院校模拟电子.doc

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2、解决好资金投入与人才培养之间的矛盾，是高职院校开展实验教育经常需要考虑而又伤脑筋的问题。 利用虚拟仪器就可很好地解决这个问题。 建立虚拟仪器实验室之后，情况就大为改观。虚拟仪器实验室不仅可完成电工、电子学、电气测量等基础课程的实验，还为CDT教学实验提供了广泛的发展天地。真正体现了虚拟仪器技术“软件就是仪器”， “一台计算机就是一个实验室”的特殊优势。 虚拟仪器具有高效、易用、开放、灵活、更新快、功能强大、性价比高、用户定义等诸多优点，本文结合“实验室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、基本构成、软硬件体系结构、性能特点和应用，以及应

3、用于实验教学的初步尝试和设计思路。在此基础上，本文还对构建基于虚拟仪器系统的网络虚拟实验室作了进一步的探讨。 关键词:传统仪器，虚拟仪器，数据采集 ，LabVIEWAbstractNowadays the vocational and technical education has become one of the most important parts of the high education in China. The aim of vocational and technical education is training higher technically applicatio

4、n talents, so experimental instructions appears essential importance. Traditional laboratories need various instruments while different experiment uses instruments. For this reason, to make synthesis experiments will use a large number of instruments, which causes not only the cost increasing but al

5、so more space occupied. In order to solve this problem and to reasonably structure educational resources of high school, applying virtual instruments in experimental instruction makes its way. With the help of virtual instruments in laboratory, we can accomplish experiments involved in fundamental c

6、ourses such as electric technology, electronic technology and electrical measurement. It not only broaden the space of developing CDT experimental instruction but also presents the advantage of virtual instrument technology, that is software is instrument and a computer is a laboratory. In this pape

7、r we take the idea of using of the virtual instrument system in experimental instruction as research object, set forth the concept of virtual instrument, the basic construction of its software and hardware, its characteristics, a preliminary attempt and design method of applying virtual instrument i

8、n experimental instruction. In addition, this paper further study how to construct virtual network laboratory system based on the virtual instrument system.Key words: Traditional instrument: virtual instrument collecting data signal processing LabVIEW目 录中文摘要英文摘要第一章.绪论11.1课题背景11.2课题研究的意义21.3研究内容5第二章

9、虚拟仪器及其开发软件62.1虚拟仪器的结构62.2 虚拟仪器的开发软件82.3 LabVIEW设计虚拟仪器的方法10第三章 基于LabVIEW虚拟仪器的开发及应用123.1软件的开发及应用12第四章 模电实验室教学用虚拟仪器系统实验示例224.1虚拟信号发生器及频谱分析仪功能描述224.2仪器前面板和框图程序224.3实验总结与编程技巧25致谢参考文献第一章.绪论1.1课题背景LabVIEW 程序被称为虚拟仪器，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)

10、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,Active.X 等软件标准的库函数。虽然LabVlEW是一个通用编程系统， 但是它也包含为数据采集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、

11、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

12、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

13、仪器制造国，生产虚拟仪器的主要厂家有HP公司(目前生产100多种型号的虚拟仪器)，Tektronix公司目前生产约8多种型号的虚拟仪器)，此外还有NT公司、KeitheIy公司、lotech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

14、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。 本课题所开发的用于实验教学的虚拟仪器是在信号处理技术、计算机技术、电子测量技术高速发展的背景下，利用美国NI公司的虚拟仪器开发平台 LabVIEW自行设计开发的。它可用于信号的采集、分析、存储、回放和读取。利用其信号处理功能可将之应用于实验教学环节。本课题背景知识包括:信号分析与处理技术、教学仪器仪表技术、虚拟仪器技术、LabVIEW软件开发平台等。1.2课题研究的意义1.2.1目前高职院校教学实验的现状 对高职层次的学生而言，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

15、般的教学实验，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职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职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

16、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，制约实验教学的发展。在当前学校经费较少的情况下，如果配置常规仪器、仪表，学校财力难以支付，也不符合目前学校的实际。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。一个传统的实验要使用多种仪器，而且不同实验所用的仪器也不尽相同，如果开设综合性实验所需仪器更多，这么多的仪器不仅价值昂贵，体积大，占用空间多，而且相互连接也十分麻烦。如何更合理地配置教育资源，解决好资金投入与人才培养之间的矛盾，是学校开展实验教育经常需要考虑而又是

17、伤脑筋的问题。 (3)传统的实验教学限制了教师和学生的积极性。传统的实验教学方法是让学生在教师指导下进行实际的操作，随之而来的问题是教师的工作量很大却很难对所有学生进行指导，既影响教学效果又容易造成仪器损坏。运用CAI教学软件辅助实验教学，能较好克服存在的部分困难。但是，由于电子技术实验教学方面的CAI软件还很少，而且功能不强，交互性、操作性和界面的真实程度较差，适应范围窄，在一定程度上限制了教师和学生使用的积极性。1.2.2虚拟仪器系统引入实验教学的意义如果将虚拟仪器系统引入实验教学，建立虚拟仪器技术实验室，情况就大为改观。不仅可完成电工、电子学、电气测量等基础课程的实验，还真正体现了虚拟仪

18、器技术“软件就是仪器”， “一台计算机就是一个实验室”的特殊优势。具体表现在以下几点: (1) 实验设备投资降低，提高利用率。如果运用虚拟仪器技术，以微机为基础(我国普通高校实验室的计算机己经普及)，构建集成化测试平台，代替常规仪器、仪表，不但满足电工电子实验教学的需要，而且将这批微机可做为其他有关计算机课程教学用机，大大提高了设备利用率，可以节约大量仪器设备的经费投入，降低了实验室建设的成本。 (2) 提高实验教学的质量与效果。用虚拟仪器开发平台如LABV工EW开发各种不带相关功能硬件的“虚拟仪器”(真正的虚拟仪器是由计算机、软件、功能硬件组成的，为了与之区分，故用引号)，不但简单易行，且交

19、互性、可操作性和真实感与实际的虚拟仪器基本相同。由它们组成一个个虚拟实验室，让学生先在虚拟实验室通过对“虚拟仪器”的模拟操作使用，全面了解和掌握各种虚拟仪器的使用方法和操作要点，为实际使用虚拟仪器设备和传统的实验仪器设备打下较好的基础，既可降低教师的劳动强度。减少仪器设备的损坏，又可以使实验内容更丰富，更生动，更易于理解，提高实验教学质量与效果。以仪器的学习与使用的实验教学为例，根据实际使用的虚拟仪器设备，将各种虚拟仪器及工作原理、操作使用方法设计成独立的教学模块，提高实验教学的质量与效率。 (3 )提高学生的实验兴趣、实验效果和效率。由于高职层次学生数学基础和教学时数的限定，学生对诸如相关分

20、析、滤波器、概率统计、曲线拟合等数学分析方法很难理解。 但是借助虚拟仪器的功能，就生动直观地展示了其物理实质。在教师的指导下，就比较容易理解了，这是课堂讲授很难作到的。 虚拟仪器在实验教学中最简单的应用就是代替常规的仪器，如函数发生器、示波器、万用表等。比如实验者在实验中采用虚拟仪器，实现信号发生及波形记录，可取得较好的效果。用计算机虚拟出的函数发生器产生实验所需的激励信号，其波形、频率、幅值等完全能代替常规的仪器使用。而用计算机虚拟出的示波器，不仅具有常规示波器的功能(如测量实验电路对激励信号的响应)，还可同时显示、记录、存储和打印多通道输入的波形， 对存储的曲线可通过“回放”功能显示在屏幕

21、上，“回放”速度可调，“回放”过程可暂停波形扫描，以便能更清楚地观察波形的变化，所存储的曲线可以在任何时间打印输出，学生可以及时进行数据处理，观察和分析实验结果，从而提高了学生的实验兴趣、实验效果和效率。 （4 )丰富实验教学的内容，提高学生的创新能力。在同一台计算机上，通过操作者的不同的定义，可以虚拟出不同的仪器，各仪器之间还可以通过不同的窗口进行切换，因此实验室无需耗费大量资金配备各种传统仪器，只需通过软件设计就可使虚拟仪器和实验室设备不断更新。学生在计算机上操纵各种虚拟仪器进行实验，就如同是在操作传统仪器一样有效，与在传统实验室做出的实验结果一样。这样，使用虚拟仪器来代替传统仪器，能很好

22、地解决实验教学的矛盾，丰富实验教学的内容;而且学生可自己设计软件来验证，也会提高自身的创新能力。 (5) 便于教学研究。将虚拟仪器技术和计算机模拟仿真技术通过数据交换共享结合起来建成虚拟仿真实验室，对一些科学现象和规律进行仿真实验，能够代替部分实际实验项目供教师和学生进行教学与研究。学生利用计算机模拟仿真软件对实验进行模拟仿真，仿真的结果通过虚拟仪器系统进行观察、分析、处理。由于仿真软件和虚拟仪器均具有人机交互能力，这样在这个虚拟的交互式仿真世界，给人创造一种近乎进行真实实验的感觉。 (6) 提供发明、创造的新途径。通过使用虚拟仪器，学生可以在相同课时内同时学习电子技术和计算机的使用技巧。不但

23、掌握了通用电路的测试技巧，加强对电路原理的理解，同时还接触了先进的技术，应用计算机后，有无限的发展空间，有助于开发学生的创新能力，使学生从一个更高的起点面对明天的世界。 (7) 可利用计算机和互联网的优点。利用互联网远距离教学等，可使学生和教师在不同地点做同一个实验。目前，我国正处于科学技术蓬勃发展的新时期，对仪器设备的需求将更加强劲。虚拟仪器赖以生存的PC计算机近几年已基本普及全国，这为虚拟仪器的发展奠定了基础。虚拟仪器作为传统仪器的替代品，市场容量巨大。据专家预测，到下世纪初我国将有5096的仪器为虚拟仪器。发达国家虽然在此领域比我国起步较早，但差距并不是很大，我们应当充分把握时机，取长补

24、短，学习国外先进经验，将我国的虚拟仪器产业水平逐渐向先进国家靠拢。 LabVIEW作为虚拟仪器开发系统的杰出代表，在我国由于引进的时间不长，了解和熟悉它的人还不多，还没有被充分认识和推广应用。本课题就LabVIEW在开发虚拟仪器过程中的应用做初步的探讨。1.3研究内容本课题主要阐述如何在LabVIEW环境下设计虚拟教学仪器，并通过虚拟示波器、虚拟信号发生器、虚拟函数发生器的开发说明使用虚拟仪器的基本方法。 第一部分 主要介绍虚拟仪器开发的环境、理论背景和当今的发展状况，说明本课题的背景、意义及主要工作。 第三部分 介绍用于虚拟仪器开发的集成软件包LabVIEW. 第四部分 详细阐述基于LabV

25、IEW虚拟示波器、虚拟信号发生器、虚拟函数发生器的开发过程，并以两级阻容祸合放大电路的静态调试实验为例，分别用虚拟仪器及传统仪器做实验，分析两种方法的优缺点。 第五部分 结合教学实际，设计虚拟信号发生器及频谱分析仪，并分析在应用LabVIEW 进行虚拟仪器开发过程中所遇到的问题及解决办法。 第六部分 简要介绍网络虚拟实验室的构想及发展前景。第二章 虚拟仪器及其开发软件LabVIEW是一个工程软件包，八十年代末美国率先研制成功虚拟仪器，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

26、器发展史上的一场革命，代表着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。虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示，代替传统仪器。虚拟仪器广泛应用于电子测量，电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断和科研教学等诸多领域。2.1虚拟仪器的结构虚拟仪器（Virtual Instrument）是计算机技术和仪器系统结合的产物。它把计算机、传感器、仪器仪表等硬件与计算机软件结合起来。除继承传统仪器的已有功能外，还增加了许多传统仪器所不能及的先进功能。虚拟仪器的最大特点是其灵活性，用户在使用过程中可

27、以根据需要定制仪器功能，以满足各种需求和各种环境，并且能充分利用计算机丰富的软硬件资源，大大突破传统仪器在数据处理、表达、传送、存储方面的限制。由于虚拟仪器系统是基于模块化软件标准的开放系统，当用户测试要求变化时可方便地由用户自己来增减硬件、软件模块，或重新配置现有系统以满足新的测试要求。这样，当用户从一个项目转向另一个项目时，就能简单地构造出新的VI系统而不丢弃已有的硬件和软件资源。总之，使用虚拟仪器系统不仅提高了开发效率而且降低了开发成本，在系统测控方案的选择中处于优势地位。2.1.1 虚拟仪器的概念所谓虚拟仪器，就是在计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作和使用计算机的同时就是在使用

28、一台专门的电子仪器。虚拟仪器以计算机为核心，充分利于计算机强大的图形显示和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示。虚拟仪器通过应用程序将通用计算机与模块化硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面操作这台仪器，就像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测信号的采集、处理、分析、显示、存储等功能。虚拟仪器与传统仪器一样可划分为数据采集、数据分析、数据表达三个模块，如图3-1-1所示。虚拟仪器以透明的方式把计算机资源和仪器硬件结合在一起，通过应用程序提供的仪器硬件接口和图形化用户界面，用户可以方便的操作仪器硬件，而不必深入了解GPIB(通用接口总线、VIX（工业标准VEM总线在仪

29、器领域的扩展）、DAQ（数据采集）等方面的细节。采集和控制插卡式数据采集板GPIB仪器VXI/PXI仪器RS-232仪器数据采集和分析数字信号处理数字滤波统计分析数值分析数据存储和传输网络通信硬件拷贝输出文件I/O图形用户接口图2-1 虚拟仪器的内部功能划分由于VI的模块化、开放性和灵活性，以及软件是关键的特点，用户可以大大提高系统的复用率，低开发成本，通过表2-1可清楚的看出VI与传统仪器的区别表2-1 VI与传统仪器的区别VI传统仪器开发费用软件使得开发与维护费用降至最低开发与维护开销高更换周期技术更新周期短技术更新周期长关键部件软件是关键硬件是关键价格价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵

30、功能用户定义仪器功能厂商定义仪器功能开放性开放、灵活，可与计算机技术保持同步封闭、固定互联性与网络及其他周边设备方便互联并构成面向应用的系统功能单一、互联有限的独立设备2.1.2 虚拟仪器的基本结结构和类型从构成要来讲，虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的；根据仪器硬件的不同，则分为以DAQ板和信号调理为仪器硬件组成的PC-DAQ测试系统，和以GPIB、VXI、串行总线和现场总线等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、VXI系统、串行总线系统、现场总线系统等。虚拟仪器系统构成如图3-1-2所示。信号调理数据采集卡测控对象GPIB接口设备GPIB接口卡串行接口仪器/PLCVXI仪器现

31、场总线设备其它计算机硬件LabVIEWLabWindows/CVI及其它应用软件图2-2 虚拟仪器系统的构成2.2 虚拟仪器的开发软件软件是虚拟仪器的核心，通过编制软件可以在有限的设备基础上实现虚拟仪器的各种自定义功能。因此有人提出了“软件就是仪器的观点”。虚拟仪器的开发软件通常可以分为通用软件和专业软件。通用软件就是我们常见的高级编程语言，比如Visual C+、VB、Delphi、Java等。而专用软件一般是指专业的图形化软件，比如NI公司的LabVIEW、LabWindows/CVI或者HP公司的VEE等。LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual In

32、strument Engineering Workbench)的简称，是一种集数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示功能于一体的图形化开发环境，为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式。它提供了一种全新的程序编写方法，即对称之为“虚拟仪器”（Virtual Instruments, VIs）的软件对象进行图形化的组合操作，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，这样开发人员就不再需要使用复杂的传统开发环境即可享用强大的编程语言带来的灵活性，在同一环境下就可以使用广泛的采集、分析和显示功能。LabVIEW广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视

33、为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能，还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数，这是一个功能强大且灵活的测控软件，利用它可以方便的建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。 所有LabVIEW应用程序，即虚拟仪器，它包括前面板、流程图以及图标/连接器三部分程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输入量被称为控制（Controls），输出量被称为显示（Indicators）。控制和显示是以各种图标形式出现在前

34、面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点被用来实现函数和功能调用，图框被用来实现结构化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流动方向。图标/连接器是子VI被其它VI调用的接口。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。与传统的编程

35、语言比较，LabVIEW图形编程方式能够节省85以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，体现出了极高的效率。在LabVIEW 中，可以利用旋钮、开关、转盘、图表等控制件和显示件建立用户界面，即前面板，用以代替传统仪器的控制面板。控制件包括旋钮、按钮等输入控件，显示件包括图表、LED 等显示器件。在完成用户界面的创建后，通过VI 和结构添加代码来控制前面板上的对象。这些程序代码就构成了程序框图。利用LabVIEW，可以和诸如数据采集设备、图像设备、运动控制设备等硬件进行通信，也可以和GPIB、PXI、VXI、RS-232、RS-485 仪器通信。所以说，作为一种图形化的开发环境，LabVI

36、EW具有以下特点：u 图形化的编程方式，设计者无需写任何文本格式的代码，使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面u 提供了丰富的数据采集、分析及存储的库函数。u 提供了传统的程序调试手段，如设置断点、单步执行，同时提供有读到的高亮度执行工具，使程序动画式执行，利于观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。u 32bit的编译器编译生成32bit的编译程序，保证用户数据采集、测试和测量方案的高速执行。u 从底层VXI仪器、数据采集板到总线接口硬件和GPIB的驱动程序，囊括了DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS232/485在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂总线标准的开发

37、者也能够驱动不同总线标准接口设备和仪器。u 提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如DLLs (动态链接库)、DDE(共享库)、ActiveX等。u 支持动态数据交换(DDE)和TCP/IP等强大的网络功能，支持常用网络协议，方便联络、远程测控仪器的开发。 2.3 LabVIEW设计虚拟仪器的方法 Lab VI EW 的图形化程序设计是基于现代软件的面向对象技术和数据流技术而发展起来的。数据流程序设计表示只有在所有输入都有效时，一个对象才开始执行，同样，只有当对象的功能完成以后，对象输出对有效。这样的话，互相在对象间的数据流控制着执行顺序，执行顺序不局限于来自文本式程序设计的线形顺序，它可

38、以不受其限制。用户能够通过连接功能模块来快速开发自己的应用程序，甚至能够使用多路数据通道，实现同步操作。与传统的文本式程序设计一样，LabVIEW也有控制流程图功能执行的部分，它们包括Sequence、Case Statement, For Loop, While Loop，它们被图形化地描述成边界结构， 像在传统地线形化程序设计中可以插入代码段一样，可以把图标放在LabV工EW图形结构的界限内部。 Lab VI EW 有一个图形编辑器来产生最优化编辑代码，虚拟仪器执行他们相当编译C的速度。利用应用程序生成器，用户能够产生虚拟仪器，就像独立的执行程序一样。下面按步骤说明集进行图形化的程序设计。

39、(1)建立方案:选用LabVIEW软件，可以构建虚拟仪器，而不是编写程序。有了交互式控制的软件系统，用户可以很方便地建立其前面板接口。为了实现具体的功能，用户利用向导把流程图组合在一起。 (2)建立前面板:从控制模块上选择你需要的对象，放在虚拟仪器的前面板上。控制模板上的对象包括数字显示、表头、压力计、热敏计外壳、表、图片等。当你的虚拟仪器完成以后，就能在虚拟仪器工作时利用前面板去控制整个系统，如移动滑动片、在图像中变向、从键盘输入等。 (3)构建图形化的流程图:对虚拟仪器进行程序设计，你不必担心很多传统程序设计所需的语法细节，而可自己构建流程图。从功能模板上选择对象(用图标表示)，并用线将它

40、们连接起来以便数据进行传递。功能模块上的对象包括简单的数学运算、高级数据采集和分析方法、以及网络和文件输入输出操作。 (4) 数据流程序设计:LabV工EW用一种精巧的数据流程序设计模式把用户从文本式语言的线形化方式构建程序的办法中解放出来。因为在LabVIEW软件中程序的执行顺序由各方块中的数据流决定。你也可以建立同步操作的流程图。LabVIEW软件是一个多任务系统一一具有多线程功能并运行多个虚拟仪器。 (5 )模块化和层次:LabVIEW虚拟仪器实行模块化设计，因而任何虚拟仪器既能独立运行，又能被用作其他虚拟仪器的一部分。甚至可以创建自己的虚拟仪器图标，因而可以设计由虚拟仪器构成的多层系统

41、，并可以改变它，同其他虚拟仪器交换和连接以满足不断变化的应用需要。 (6)图形编辑器:在许多场合、程序运行速度都是很关键的。LabVIEW软件是唯一的带有编辑器的图形化编程环境、可以产生最优化的代码，其运行速度与编译C的速度相当。利用内置的绘图器，甚至能够对与时间很关键的代码部分进行分析和优化。因而，不会因为图形化编程降低了效率。图形化程序设计编程简单、直观、开发效率高。随着虚拟仪器技术的不断发展，图形化的编程语言必将成为测试和控制领域内最流行的发展趋势。 第三章 基于LabVIEW虚拟仪器的开发及应用虚拟仪器系统已成为仪器领域的一个基本方法，是技术进步的必然结果。在实际应用开发过程中有三种情

42、况: 一种情况是用计算机控制一台GPIB或RS-232仪器，通过计算机屏幕上的图形化前面板操作仪器，这与操作一台物理的仪器没有区别。计算机能够模仿远处的物理设备，整个过程给你一个感觉:你不在仪器旁边，却在远处虚拟地操作着这台仪器。 另外的一种情况是将一个图形化仪器前置面板放在计算机上，计算机连接着一块插入式数据采集卡和一个VXI功能模块，而不连接GPIB仪器。这时，仪器本身没有前置面板， 因而你不能将它作为一台独立的仪器来使用。因而，计算机成了这个仪器系统的一个组件， 计算机的前置面板操作成了唯一的操作仪器的方式。 还有一种情况就是没有任何功能模块连接在计算机上，虽然计算机上同样有前置软面板，

43、计算机通过数据文件和网络得到数据，对它进行分析处理，或者它不用外部的真实数据，而是计算处理一些“自己”的数据对一个物理过程或某个项目进行仿真。 本文面向实验教学，设计了一套虚拟仪器，如虚拟信号发生器、虚拟函数发生器、虚拟示波器，这些虚拟仪器包括前面板和框图程序两个部分，前面板是跟用户进行信息交换界面，框图程序相当于传统仪器的内部结构，它对用户来说是透明的。前面板又可以分为两个部分:控制部分和显示部分。前面板编制完成后，在框图程序中将数据发生模块、处理模块、数据显示模块按照仪器的内部结构连接起来，将仿真结果回放，显示。同时以两级阻容祸合放大电路的静态测试实验为例面向科研也探讨了数据采集卡的实际安

44、装及应用。以下简要介绍其软件开发的思路和过程。3.1软件的开发及应用 以两级阻容藕合放大电路的静态测试实验为例，用LabVIEW开发有关虚拟仪器并分析其在模电实验室的应用。 1、 若用传统的实验来做，需用的实验器材有:直流稳压电源、低频信号发生器、双踪示波器、毫伏表各一台，万用表及实验电路板(或通用测试板)各一块。实验目的是要学会设置和调试多级放大器的静态工作点。 选取放大器静态工作点的原则是保证输出波形不产生非线性失真，并使放大器有较大的增益、噪声低、耗电要少，所以对输入为V和mV级的中、低频小信号前置放大器，工作点常常选的比较低，Ic常选取0.1-0.5mA, 以减少噪声对后面的各级放大器

45、，工作点逐级升高，Ic可选0.5-5mA范围；或者根据外接交流负载时所能获得的最大不失真输出电压为依据进行调试。 在本实验中，我们以最大不失真输出电压（即以尽可能大的输出动态范围）为依据调试工作点。实验电路原理图如图3-1：图3-1 两级阻容耦合放大电路放大电路的输入电流和电压的波形如图图3-2 电流与电压波形用传统仪器进行实验，步骤如下：按下图3-3连接好电路，将两只电位器调至中间位置，在放大器的输入端加入500HZ的正弦信号，输出电压U0用示波器监视，不断加大输入信号Ui的幅度，看着示波器上的波形调节RP1、RP2，使 U0波形的失真对称，在减少Ui，使波形的上下失真同时消失，测试此时的U

46、0即为电路的最大失真输出幅度。输入信号和输出信号的波形图如图3-4所示。图3-3 基于传统仪器的两级放大电路的接线图图3-4 输入信号与输出信号波形图 2、若用虚拟仪器来做此实验，将会省去直流稳压电源、低频信号发生器、双踪示波器等贵重设备。而用一台计算机及输入输出模块边可代替。其连接框图如图3-5所示： 图3-5 基于虚拟仪器的两级放大电路连接框图下面详细介绍两通道虚拟数字示波器的开发过程。图3-6 两通道虚拟数字示波器的框图程序两通道虚拟数字示波器的框图程序如图3-6所示：本虚拟数字示波器主要功能包括：双通道信号输入、触发控制、通道控制、时式控制、波形显示、参数自动测量、频谱分析、波形存储和

47、回放等。本虚拟数字示波器还提高网络接口，允许通过TCP/IP协议实现网络仪器共享或远程控制。虚拟示波器主要由软件控制完成信号的采集、处理和显示。系统软件总体上包括数据采集、波形显示、参数测量、频谱分析及波形存储和回放等五大模块，基本功能结构框图3-7如图：图3-7 功能模块结构框图数据采集模块 数据采集模块主要完成数据采集的控制，包括触发控制、通道选择控制、时基控制等。其中：触发控制包括触发模式、触发斜坡、触筮电平控制： 通道选择主要控制单通道或双通道测量 时基控制主要控制采集卡扫描率、每一通道扫描次数(取样数)。 波形显示模块 软件提供了三被彤显示模式：A、B、AB模式：通过显示通道选择按键”A4和”扩，可 以任意显示某一通道或两通道输入信号的波形。 参数l量模块 参数测量模块主要