基于虛擬儀器平臺的虛擬IC功能實現

黃進文

（保山學院工程技術學院，云南保山678000）

基于虛擬儀器平臺的虛擬IC功能實現

黃進文

（保山學院工程技術學院，云南保山678000）

采用虛擬芯片理念，以74153為虛擬芯片設計為實例，討論了基于LabVIEW設計數字虛擬芯片的方法，并總結了虛擬芯片比傳統物理IC更具有開放性、靈活性及更容易與現代通信網絡技術相結合的特點。

虛擬儀器；IC功能；實現

1 引言

虛擬儀器LabVIEW具有強大的信號處理功能，是一種圖形化的虛擬儀器開發平臺，是虛擬儀器系統的核心單元。若構建的虛擬儀器具備某種信號處理功能（通用或專用），為了能與實際集成電路芯片（IC）相區別，本文稱具有IC功能的虛擬儀器為“虛擬芯片”。與傳統硬件芯片相比，虛擬芯片具有諸多優勢，如節約物質成本、使用靈活性強、易于變換更新、開發周期短、一機多用、便于數據存儲和傳送等。

基于虛擬儀器系統LabVIEW構建的虛擬芯片，其功能不局限于仿真應用，在通過相關DAQ接口并與外部采集系統互聯后，即可實現面向任何實際問題的物理應用。本文所討論的虛擬芯片是具備物理應用功能的，有著實際意義上的應用價值。

2 虛擬儀器系統LabVIEW簡介

LabVIEW是美國NI公司開發的虛擬儀器系統，采用圖形化編程語言風格的系統平臺，是目前使用最廣泛的虛擬儀器系統平臺，其程序由圖標、框圖與各類圖形對象經連線構成圖形化的結構。一個LabVIEW程序就是LabVIEW的一個VI，LabVIEW系統提供了功能非常豐富的VI供用戶直接調用（其中也包含了進行數字邏輯運算的VI），用戶也可以根據實際需要構建各種功能的VI。本文要討論的“虛擬芯片”實質上就是一個具備相應邏輯芯片功能的LabVIEW程序。

3 數字虛擬芯片74153設計實例

現以邏輯功能較為簡潔的四選一數據選擇器74153為例，說明基于LabVIEW的虛擬芯片構建方法。

3.1 74153邏輯功能

74153集成了雙四選一數據選擇器，其邏輯功能完全相同，其中任意一個選擇器的邏輯圖如圖1所示。

圖1 4選1數據選擇器邏輯圖

圖中D0~D3為4路數據輸入，輸出Y是由輸入二進制地址碼A1A0指定的4路數據輸入中的某一路Di。74153的實際端子及邏輯關系上增加了一個低電平有效的選片控制端子ST，其邏輯真值表及邏輯式如表1、式（1）所示。

表1 74153邏輯真值表

相應的邏輯表達式為：

3.2 虛擬芯片74153構建

（1）相關VI及控件

設計過程要用到的部份LabVIEW VI圖標如圖2所示，主要是布爾運算及相關的輸入輸出控件。

圖2 設計用到的布爾運算VI圖標

（2）程序后面板設計

在系統中找到并拖拽相關圖標及控件排列，按圖1原理經連線構建的LabVIEW后面板如圖3所示。

圖3 實現74153邏輯運算的VI后面板

說明：為保證子VI程序在調用過程中的使用靈活性，圖3中并不加入各種過程控制框（如WHILE循環等），而應當在具體調用程序中在根據需要加入適當控制環節，即子VI只含邏輯運算結構環節及相關輸入輸出控件即可。編輯完成，保存文件名即為調用子VI的調用文件名（插入用戶VI）。

從后面板中調入已編輯好的虛擬芯片VI圖標如圖4所示，圖中給出了LabVIEW圖標的兩種顯示方式。虛擬的74153與實際的集成IC74153邏輯功能完全相同，但虛擬的74153具備虛擬儀器的特征，而且任意一個虛擬芯片，均可像實際芯片一樣應用于實際場合（連接采集接口），也同樣可級聯拓展運用。

圖4 編輯好的74153虛擬芯片子VI圖標及連線端子

3.3 實驗

現構建一個程序（即LabVIEW后面板），進行實驗檢驗。為使實驗可連續進行，將虛擬74153置于一個WHILE循環，并加上結束實驗控制控件。構建的后面板如圖5所示，操作前面板如圖6所示。

圖5 74153實驗后面板

圖6 74153實驗前面板

實驗過程表明，虛擬74153的邏輯功能與其邏輯真值表1功能完全一致，虛擬芯片在邏輯運算上完全可以取代實際IC，只要配合合適的采集接口即可實現實際運用。

4 結語

通過引入“虛擬芯片”的概念，利用虛擬儀器LabVIEW的強大信號處理功能及平臺開發功能，設計開發各種通用或專用的虛擬IC單元及系統，完成相應的信號處理功能，這在實際應用中不但是可行的，而且比實際集成IC在運用上更具靈活性和開放性，還可與現代通信網絡技術充分結合，實現基于“互聯網+”更廣泛意義上的測試及信號處理功能的拓展。

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【 Abstracttract】 The paper discusses how to design a digital virtual chip based on LabVIEW.Experiment result shows that compared with IC,virtual chip has the characteristics of openness,flexibility and it is easy to combine with modern communication network technology.

【 Keywordswords】 virtual instrument;IC Function;realization

Realization of Virtual IC Function Based on Virtual Instrument

Huang Jinwen
(Baoshan University,Baoshan 678000,Yunnan)

TP391.9

A

1008-6609(2016)09-0065-02

黃進文，男，云南騰沖人，碩士，教授，研究方向：電子信息科學方向教學及研究。