虛擬儀器在電子競賽測試中的應用

2006-04-29 00:00:00吳丹丹宋罹黎李成

電子產品世界 2006年24期

摘要：本文介紹虛擬儀器的概念及優點，并提出一套針對電子競賽評測設計的虛擬測試系統。

關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；電子競賽；測試系統

虛擬儀器(Virtual Instruments，簡稱VI)是目前國內外測試領域比較關注的熱點。它是一種硬件和軟件相結合的產物，其最大的特點是突破了傳統儀器由廠家設計，用戶只能被動使用的模式。與傳統儀器相比，用戶可以根據需求靈活組建虛擬儀器，這類應用模式的出現標志著現代測試技術發展的最新方向。本文以電子競賽測試中運用的虛擬儀器技術為例，展示了虛擬儀器在自動化測試中的嶄新應用方式。

電子競賽的重要意義

二十一世紀是一個信息化高度發展的時代，電子信息技術是信息社會的基礎，也是信息技術實現的手段。全國大學生電子設計競賽對電子信息類創新人才的培養起到了極大的促進作用。自1994年創辦以來，已經有越來越多的省市高校積極參與其中，并取得了良好的效果。電子設計競賽不僅是對學生理論知識的考察，更是對學生綜合素質的考核，鍛煉學生自主設計、安裝、調試、相互協作、論文撰寫等多方面的能力，使學生的創新能力在競賽中得到充分的發揮和鍛煉。目前，大學生電子設計競賽已越來越成為有關高校檢驗教學改革、學生綜合素質的一項重要內容，高校也把組織學生參加電子競賽作為創新人才培養的重要手段，相繼開展了很多類似的電子競賽。其中，競賽測評是一個重要的環節，往往傳統的人工測評會帶來很多誤差，造成測評不夠準確。為提高測評的準確性，公正性，在這里我們提出使用先進的虛擬儀器的思想，設計出一套針對性較強的測試系統。

虛擬儀器的特點

虛擬儀器是現代計算機技術，硬件接口技術和軟件技術相結合的產物。它利用計算機強大的數據處理、存儲功能，配合相應的硬件(如程控儀器、數據采集卡、GPIB卡等)和專用軟件來實現傳統儀器的基本功能，并且還能實現一些傳統儀器所不能完成的特殊功能，例如數據的擬和、數據的實時分析、顯示與存儲。

虛擬儀器系統的核心是軟件技術，軟件開發環境是其重要的組成部分，目前應用最廣泛的是NI公司的LabVIEW(Laboratory Virtual InstrumentEngineering Workbench即實驗室虛擬儀器工作平臺)。它運用形象的圖形化的G語言進行編程，程序直觀易懂，使用“所見即所得”的可視化技術建立人機界面，提供了許多儀器面板中的控制對象，如表頭、旋鈕、開關及坐標平面圖等。開發人員不必像用VC，VB編程時把精力放在界面設計上，只需集中力量在如何實現對數據進行管理和分析上面。這樣，即使從未從事過可視化編程的人員也可以輕松上手，從而提高科研效率。LabVIEW還提供了多種強有力的工具箱和函數庫，并集成了豐富的硬件驅動程序和標準的程控命令模塊以及數據分析處理模塊(例如FFT變換、時序分析、小波分析等)，用戶可根據不同需求隨心所欲的進行設計。充分體現了Nl公司提出的“軟件就是儀器”的設計思想。LabVIEW還支持多種操作系統平臺，在任何一個平臺上開發的LabVIEW應用程序可直接移植到其它平臺上。

虛擬儀器在電子競賽中的應用

下面以實驗室自主開發的虛擬儀器系統為例，說明虛擬儀器在電子競賽測試中的重要作用。傳統測試中，通常會因為一些人為因素造成測試結果不夠精確，如人眼觀看數據參數精度達不到要求，當兩組競賽作品技術指標接近的時候很難區分等；另外，有一些題目因為傳統儀器無法對其測試而使電子競賽出題范圍受到限制。運用先進的虛擬儀器技術將有效地解決以上問題。以本次哈博杯電子設計競賽為例，其中一道題目是設計二階有源濾波器，測試電路頻響特性曲線，根據數據計算其中心頻率、3db帶寬、矩形系數并打印測試記錄。根據這一題目，我們運用程控電源、程控信號源、程控數字萬用表配以LabVIEW開發環境，建立一套虛擬儀器測試系統如圖1所示。

這一測試系統最大的特點就是對所有儀器的控制都是由計算機上開發的LabVIEW前面板來完成。學生只需將自己制作的電路板插在測試平臺的基板上，就可完成測試過程，無需手工調制任何旋鈕，以減少人為因素帶來的誤差，體現了自動化的思想。首先，LabVlEW測試系統發送命令給程控電源、程控信號源和程控數字萬用表初始化各儀器工作模式及參數，使之與測量范圍相匹配，然后命令程控電源給被測電路供電，程控信號源給被測電路提供輸入信號，電路的輸出信號由程控數字萬用表讀取，然后將數據傳送給LabVlEW測試系統，供系統顯示、分析、存儲。測試結束后，將接收到的數據存入數據庫并將通過打印機打印測試報告。

硬件連接

程控儀器與計算機之間可以RS一232串口方式連接，也可以以GPIB(General Purpose Interface Bus)總線方式連接。RS-232串口使用比較簡單，但是傳輸數據的速率比較低；GPIB是一種并行連接方式，傳輸速率比較高，但是需要專門的傳輸線和接口卡。

軟件部分

軟件部分是虛擬儀器系統的核心，所有的測試數據都傳送給計算機，通過軟件對數據進行顯示、分析及存儲。LabVIEW具有強大的人機交互能力，能夠讓用戶簡單輕松的用鼠標或者鍵盤對前面板上的按鈕、開關、旋鈕等進行操作，就像在傳統儀器上操作一樣；并且LabVIEW具有多種類的前面板控件，圖形美觀且具有可擴展性。軟件程序框程圖如圖2。

頻響曲線的繪制