基于LabVIEW的數字電路課程遠程實驗系統

程曦

摘 要： 近年來，計算機技術、網絡技術、虛擬現實和虛擬儀器技術的發展，有效支持了網絡虛擬實驗室的發展和成熟，這些技術一直是許多計算機學者、電子技術學者的研究的熱點和方向。本文的主要研究內容是開發和設計網絡虛擬實驗室。網絡虛擬實驗室采用當前流行的可視化圖形編程平臺LabVIEW進行開發，通過編程實現對虛擬信號的數據進行采集、分析和處理，輸出虛擬實驗的結果，仿真環境下實現了電子類專業學生的設計和開發需求。

關鍵詞： 虛擬實驗室 LabVIEW 數據庫 網絡通信

1.LabVIEW概述

1986年，LabVIEW由美國一家高校研制開發，LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成開發環境的英文縮寫，其是一種圖形化的計算機程序設計語言，作為一個強大的具有多種開發設計功能的虛擬儀器開發環境，其提供了可視化的圖標代替編寫程序文本，采用可視化的編程思想可以有效提高編程效率。在用戶開發過程中，可以使用不同的圖標或者框圖模塊組合設計各種虛擬實驗儀器的功能模塊，同時通過圖形前面板實時的交互控制設計結果，具有極大的易學性和交互性，已經在數據采集、儀器控制、信號測量分析、模擬仿真等嵌入式應用系統設計與實現過程中得到廣泛應用。

2.SQL Server 2005數據庫

2.1SQL Server 2005數據庫

數據庫DB（Data Base）是在計算機存儲設備上合理存放的相關數據的集合。它以綜合的方法進行組織，具有最小的數據冗余度，可提供多個用戶共享，數據的存儲不依賴于應用，數據的組織具有較高的獨立性，允許并發使用數據庫，能有效及時地處理數據。

2.2LabVIEW訪問數據庫接口

LabVIEW訪問數據庫的方法主要包括：利用LabVIEW的ActiveX功能，調用Microsoft ADO對象，利用SQL語言實現數據庫的訪問；利用NI公司的附加工具包中的數據庫接口工具包LabVIEW SQL Toolkit進行數據庫訪問；通過第三方開發的免費工具包LabSQL訪問；通過調用動態鏈接庫DLL（Dynamic Link Library）訪問等。這些數據庫的基本步驟都是相同的，都要經過連接數據庫、執行操作、斷開連接這三個步驟。

綜合考慮本系統的需求、程序設計語言的接近性，本文在開發設計過程中，選擇了使用數據庫訪問工具包LabSQL實現系統訪問數據庫的功能，由于LabSQL自身利用ADO組件和SQL語言封裝實現，其將底層復雜的連接、操作等封裝起來，對于用戶開發時是透明的，比較簡單易學，僅關注自己的需求即可，無需關注系統的底層細節。

3.系統結構設計

根據系統的需求分析，對實驗系統進行總體設計。進入本實驗系統界面后，首先要進行用戶認證，進行用戶登錄及注冊、密碼認證等功能。然后進入實驗系統，進行實驗選擇，包括虛擬實驗和虛擬儀器兩大類實驗，虛擬實驗包括數字電路部分、電路分析部分、信號分析部分。虛擬儀器包括示波器、頻譜分析儀及信號發生器。進入每個具體實驗部分的界面后，可進行更進一步的選擇，如數字電路部分中，還可以選擇編碼器、比較器、加法器、觸發器及表決器等實驗。

所有功能都是通過應用服務器和用戶瀏覽器之間的交互完成的。與系統相關的數據由數據庫服務器維護和組織。用戶對系統操作過程的簡單描述：由校園網網絡連接的教師和學生及系統管理員通過瀏覽器向應用服務器發起請求，應用服務器根據用戶的請求，檢索數據庫服務器的教務數據，并把服務結果通過瀏覽器反饋給用戶。本系統的用戶可以分為三類：學生、教師和系統管理員。不同的用戶在系統中的作用和權限是不同的。

4.系統總體調試與分析

4.1系統登錄模塊

系統登錄模塊主要實現學生與老師注冊、認證、登錄功能。因為涉及用戶名和密碼，在實現過程中前面板需要用到兩個字符串輸入控件。考慮到用戶信息的安全，應將用于輸入密碼的字符串輸入控件的顯示方式設置為“密碼顯示”。用戶在首次訪問課件系統時，需要通過注冊獲得訪問權限，在注冊成為合法用戶后，就可以進入虛擬實驗室，如圖1所示：

圖1 登錄界面輸入

輸入用戶名后，可以按回車鍵，光標會跳到密碼輸入欄，輸入密碼后，可以按回車鍵進行密碼確認，也可以點擊“用戶登錄”，單擊“用戶登錄”或按下回車鍵進行驗證，如果用戶信息不正確的話，會提示“用戶名或密碼錯誤，請重新輸入”，如果用戶信息正確，則允許登錄。

如果用戶的權限只是學生，則只有“進入系統”、“修改密碼”、“退出系統”這幾個按鍵可用，選擇“修改密碼”則可以對自己的密碼進行修改。

如果用戶權限是管理員的話，則多了一個“用戶管理”的功能，用于對當前所有用戶的密碼等信息進行管理。

登錄成功后，點擊選擇系統，便進入實驗選擇系統，如圖2所示，在實驗選擇系統中，可以了解實驗系統分為兩部分：虛擬實驗部分和虛擬儀器部分。在這樣的環境下為學生提供相關實驗，點擊進入相應實驗，便可以進入實驗系統主菜單的選擇了。從圖2可以看出，在實驗系統中提供了六個實驗菜單的選擇。

圖2 實驗項目

4.2虛擬實驗部分

從主界面進入，跳到二界面，選擇進入數字電路部分，登錄成功后，進入實驗選擇界面。

學生點擊不同按鈕進入各實驗子菜單，以“實驗四觸發器”界面為例，每個實驗都包括實驗預習、實驗演示和實驗資源等。每個界面都有一個“返回”按鈕，點擊后可返回上一界面。點擊實驗演示可以進入實驗選擇子菜單，如觸發器實驗包括三個觸發器：RS觸發器、JK觸發器和D觸發器，點擊后可進行實驗操作。

4.3虛擬儀器部分

虛擬儀器部分主要是對學生虛擬實驗的提高和拓展，并不作為大綱要求的必選實驗，可以作為選擇性提高實驗，供學生自由選擇。返回主界面，然后選擇進入虛擬儀器實驗，點擊示波器，進入實驗。

5.結語

本文是基于LabVIEW的數字電路課程遠程實驗系統，經過實際應用與測試，滿足對遠程電路實驗的操作、管理的要求。本次設計利用LabVIEW 8.6作為軟件平臺，使用Access對數據進行管理，并在用戶界面直觀地反映處理后的結果。使用數據庫訪問工具LabSQL，使得數據庫操作更簡單且易理解。

參考文獻：

[1]高宏遠，文福安，李建偉.虛擬實驗室構建技術的分析與探討[J].中國教育技術裝備，2012（24）.

[2]許力，張波，陶薇薇.基于LabVIEW的數字電路實驗教學平臺設計[J].實驗室科學，2011（04）.

[3]王健，王慶利，王洪江.基于Web的虛擬實驗室建設策略與關鍵技術研究[J].中國電力教育.