基于LabVIEW的虛擬實驗平臺設計

鐘敏靜

【摘 要】本文運用LabVIEW軟件設計了一個虛擬實驗平臺，運用模塊化的思想，實現了一系列電路基礎實驗。實踐證明，基于LabVIEW的虛擬實驗平臺，不僅節約了成本，而且能夠幫助學生們熟練掌握實驗基礎知識及其應用方法，有利于培養學生的創新能力和科研興趣。其更新和調整的實驗方法，也提高了實驗教學的質量與效率。促進了實驗技術的進步。

【關鍵詞】LabVIEW；虛擬儀器；實驗平臺

【Abstract】In this paper， using LabVIEW software design in a virtual experiment platform. To achieve a series of basic experiment circuit based on the idea of modularization. Practice has proved， The virtual experiment platform based on LabVIEW， not only save the cost， but also can help the students master the experimental basic knowledge and application methods， is helpful to cultivate students innovation ability and scientific research interest. Its update and adjust the experimental methods， but also improved the quality and efficiency of experiment teaching. Promote the progress of the experimental technology.

【Key words】LabVIEW； Virtual instrument； Digital circuit

0 引言

高校實驗教學的地位舉足輕重，不僅能夠培養學生的實際操作能力，還能提高學生的學習興趣以及解決問題的能力。隨著高校擴招，學生人數年年增多，現有的設備大多數已無法滿足日益增長的實驗要求。有的實驗課程幾個學生共用一臺設備儀器，無法真正鍛煉學生獨立思考的能力。并且實驗設備費用較高，投入較大，維修成本高，由于各高校自身條件限制，很難滿學生開設所有的實驗課程。美國NI公司推出的LabVIEW軟件語言靈活、開放。使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。用軟件代替儀器儀表，大幅降低科研成本，實驗功能易于擴充與管理。同時虛擬實驗突破了時間與地點的限制，在教學與科研領域具有廣闊的前景，是實驗教學的全新發展方向。[1]

1 虛擬數字電路實驗平臺的結構

現階段數字電子實驗室里，利用數電實驗箱即可完成基礎性和綜合性的實驗操作，本文利用LabVIEW開發軟件中的多個虛擬控件組建了一個虛擬的數字電路實驗平臺來完成與實驗箱相同的實驗任務。該虛擬實驗平臺由七段字形顯示器、邏輯電平指示器、七段譯碼器、數字集成塊、脈沖/電平轉換、脈沖發生器、邏輯高低電平開關、時鐘發生器及偏置電源組成，其結構組成如圖1所示。

其中，時鐘/脈沖信號源可以為數字電路提供不同頻率、波形的時鐘信號和脈沖信號。七段字形顯示器可以把電路的狀態以十進制的方式呈現出來，例如時鐘顯示。邏輯電平指示器主要作用是對輸出電平的高低進行顯示。輸入邏輯電平開關可以為數字電路輸入與輸出之間邏輯關系的分析提供高低電平。數字集成塊是所有芯片的集中區，也是核心區域。偏置電源為各類電路正常工作提供有效的電壓。[2]

1.1 虛擬JK觸發器設計

將設計好的JK觸發器封裝到一個子VI，其基本邏輯功能已經實現。然后利用LabVIEW的循環結構和移位寄存器以及調用時鐘信號來實現時鐘信號驅動下的持續觸發。我們將一次時鐘翻轉過程封裝成一個子VI。

1.2 虛擬四位加法器設計

多位全加器連接可以是逐位進位，也可以是超前進位。逐位進位也稱串行進位，其邏輯電路簡單，但速度也較低。四位全加器可對兩個多位二進制數進行加法運算，同時產生進位。當兩個二進制數相加時，較高位相加時必須加入較低位的進位項，以得到輸出為和和進位。設計一位全加器并封裝成子VI。其前面板和程序框圖如圖2所示。

2 虛擬電路實驗平臺

虛擬電路實驗平臺主要介紹一下支路電流法的設計，該實驗電路的前面板通過自定義控件建立，如圖3所示。其中的電阻與電源都是數值型的輸入控件，數值大小是可以調節的。支路電流通過數值型顯示控件表示。

使用單位轉換節點實現有單位數據和無單位數據之間的轉換，使用MathScript 節點生成線性方程組的系數矩陣和已知向量，利用求解線性方程VI 即Solve Linear Equations.vi求解。[3]

3 總結

本文結合現有的實驗室條件，采用LabVIEW技術實現電路基礎實驗設計，為現階段高校實驗教學中的缺陷提供了有效的解決方法。在此基礎之上我們可以將該實驗平臺主VI進行網絡化，提過瀏覽器可以從遠程登錄進入虛擬實驗平臺的主界面，點擊各個選項可以進行相應模塊的虛擬實驗操作，隨時隨地進行實驗教學，具有廣闊的應用前景。

【參考文獻】

[1]伍朝陽.《基于LabVIEW的虛擬實驗的設計與實現》[J].湖南理工學院學報（自然科學版），2012（12）：58.

[2]張小兵，徐善永.《電工與電子技術實踐教程》[M].北京：清華大學出版社，2015（5）：90-91.

[3]司慧玲.《基于LabVIEW的虛擬電路實驗的設計》[J].電子設計工程，2013（12）：83-84.

[責任編輯：王楠]