基于ＬａｂＶＩＥＷ的數(shù)字仿真實驗平臺的設計

吳正明　李　君

摘要 利用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，在計算機上通過對前面板和后面板的編寫來完成實驗室及電子課程實驗教學中所涉及的數(shù)字電路的制作，實現(xiàn)數(shù)字電路的邏輯功能的模擬仿真，在實驗教學過程中具有實際意義。

關鍵詞 虛擬儀器；數(shù)字電路；仿真

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2009）02-0081-02

隨著低成本高性能的計算機資源普及運用，數(shù)字化儀器平臺逐漸取代傳統(tǒng)電子儀器已成為一種趨勢。我國理工科學校的教學、科研需要大量的測量分析儀器設備，特別是電子類實驗教學，每種儀器都必須配置多套，而且有些儀器設備價格十分昂貴。因此購置儀器設備的巨大投入經費，一般學校難以承受，造成儀器設備缺乏和過時陳舊等現(xiàn)象，嚴重影響教學科研效果[1]。如果把虛擬儀器運用到實驗教學和科研中，不但可以節(jié)約大量儀器設備的經費投入，而且能夠提高實驗教學和科研的質量與效率。

1 LabVIEW的編程簡介[2-3]

在LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的應用程序稱之為VI。VI是LabVIEW的核心，由一個人機交互的界面——前面板(Front Panel)和相當于源代碼功能的框圖程序——后面板（Diagram）組成。

前面板是程序的界面，在這一界面上有控制量(Controls)和顯示量(Indicators)兩類對象。在前面板中，控制量模擬儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的框圖程序，例如開關、旋鈕；而顯示量則是模擬儀器的輸出裝置并顯示由框圖程序獲得或產生的數(shù)據(jù)，例如用于顯示波形的窗口等。每一個程序前面板都對應著一段框圖程序。框圖程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼。框圖程序由端口、節(jié)點、圖框和連線構成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點被用來實現(xiàn)函數(shù)和功能調用，圖框被用來實現(xiàn)結構化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義框圖內的數(shù)據(jù)流動方向。

后面板又稱代碼窗口或流程圖，是VI圖形化的源程序，在流程圖中對VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出等功能。流程圖中包括前面板上對象的連線端子，還有一些前面板上沒有但編程必須有的對象，如函數(shù)、結構和連線等。

2 數(shù)字電路仿真實驗平臺實現(xiàn)[3-4]

在電子技術課程中，數(shù)字電路作為電類專業(yè)的基礎核心課程，其實驗教學是十分重要的環(huán)節(jié)，實驗包括半加器、全加器、數(shù)據(jù)選擇器等內容。

2.1 半加器的設計半加器電路是指對兩個輸入數(shù)據(jù)位進行加法，輸出一個結果位，不考慮低位數(shù)據(jù)的進位，產生進位輸出的加法器電路。

輸入信號：A、B；輸出信號：本位和S，向高位的進位C。邏輯表達式為：，C=AB。

根據(jù)其邏輯關系用LabVIEW編寫流程圖，如圖1所示。

其實現(xiàn)功能為：當單獨按開關A或B時S亮，當開關A，B同時開時C亮，S暗。

2.2 全加器的設計在相加的過程中，除最低位外，其余各位既要考慮本位的被加數(shù)Ai和Bi，還要考慮低位向本位的進位Ci-1，就是說低位的Ci-1也作為一個獨立的變量參與運算。因此，所謂全加就是求取三個變量（本位Ai、加數(shù)Bi輸入以及低位向本位進位Ci-1）的和S及本位向高位的進位Ci。

因為全加器是基于半加器做成的，其中部分電路是半加器，所以可以利用LabVIEW中子VI的功能將半加器打包成一個子程序，作為VI模塊調用。如圖2所示。

2.3 平臺的構建最后以相同的步驟完成減法器、數(shù)據(jù)選擇器、計數(shù)器、觸發(fā)器、譯碼顯示等模塊的設計，再將實驗仿真模塊整合到一個平臺中，使用時只需點擊選擇模塊按鈕，就能調用其實驗模塊。這樣在實驗教學中就可以非常方便地使用和查看各個模塊的功能。這就構成一個數(shù)字電路仿真實驗平臺，如圖3所示。

3 總結

數(shù)電實驗教學是電子技術課程必須進行的一項教學活動。用虛擬儀器開發(fā)平臺開發(fā)各種不帶相關功能硬件的“虛擬實驗平臺”，不但簡單易行，且交互性、可操作性和真實感與實際的實驗儀器基本相同[5]。由它們組成一個個虛擬實驗平臺，可以讓學生在虛擬實驗平臺對實驗進行模擬操作，并為實際使用虛擬儀器設備和后續(xù)的課程設計打下較好的基礎，還可降低教師的勞動強度，減少儀器設備的損耗，又可以提高實驗教學質量與效果。以數(shù)字電路仿真實驗平臺為例，根據(jù)實際使用的虛擬儀器模塊整合成一個實驗平臺，可以組建一個基于LabVIEW的虛擬實驗室。

參考文獻

[1]周求湛,等.虛擬儀器與LABVIEW7 Express程序設計[M].北京:北京航空航天大學出版,2004

[2]美國NI公司.LabVIEW基礎教程[M].汪敏生,等,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2002

[3]楊樂平,李海濤,等.LabVIEW高級程序設計[M].北京:清華大學出版社,2003

[4]北京中科泛華測控技術有限公司.計算機虛擬儀器圖形編程LabVIEW實驗教材[M].1998

[5]武一.基于LabVIEW實現(xiàn)數(shù)字電路的仿真[J].微計算機信息,2007