基于LabVIEW的实验教学系统的设计毕业论文.doc

基于LabVIEW的实验教学系统的设计 PAGE 51 1．绪 论 1. 1课题背景 在电工及电子类课程中，实验是一种重要的教学手段，学生通过做实验， 可以加深对所学知识的理解，增强学习的兴趣，提高动手能力，锻炼在实践中 发现问题、分析问题和解决问题的能力。 但是，近年来各大高校纷纷扩招，学生人数急剧增加，实验室的设备和规 模都难以满足需要，实验室常规设备有的己经老化，有的技术上有些落后，在 当前学校经费较少的情况下，如果大量增加常规仪器、仪表的配置，学校财力 难以支付。又因为基础实验室是面向所有的工科专业，任务异常繁重，实验 室常常只能应付学生按教学大纲要求做一些最简单的验证实验，学生很少有机 会去反复熟悉常用仪器仪表的使用，更很少有机会做设计性实验，这对调动学 生积极性，培养创新精神，加强实践动手能力都十分不利。 虚拟仪器的出现很好的解决了这个问题。美国国家仪器公司（National Instruments）在20世纪80年代最早提出虚拟仪器（Virtual Instrument）的概念，同时推出了用于虚拟仪器开发的工程软件包LabVIEW。NI公司宣称“The Software is the Instrument”，即“软件就是仪器”[1]。虚拟仪器利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。虚拟仪器是计算机技术与电子仪器相结合而产生的一种新的仪器模式。它通常是由个人计算机、模块化的功能硬件与用于数据分析、过程通信及图形用户界面的应用软件有机结合构成，使计算机成为一个具有各种测量功能的数字化测量平台。它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板，完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的必威体育精装版方向和潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响，同时对改善高校实验教学仪器设备，提高教学质量也是一个福音。在虚拟仪器系统中，用计算机灵活强大的软件代替传统仪器的某些部件，用人的智力资源代替许多物质资源，通过一组软件和硬件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所不具备的特殊功能的新型仪器 结合数据库技术和软件技术，可以在虚拟仪器的基础上形成虚拟仪器实验 室。与传统的实验室相比，虚拟仪器实验室具有以下优势: （1）为减少实验设备资金的投入。首先，在一台计算机上就可以实现诸如示波器、函数发生器、电压表、频谱分析仪等仪器的功能，大大节约了仪器成本。 其次，传统仪器维护费用高，需要耗费大量的人力物力。虚拟仪器基于软件的体 系结构大大节省了开发和维护费用。 （2）便于开放式管理，扩大教学规模。虚拟仪器实验室系统可以通过网络 进行数据传送，指导老师通过计算机监控实验过程，可以同时管理几十甚至上 百个学生做实验。 1.2虚拟仪器发展前景 虚拟仪器依靠其自身的优势使它在仪器市场的竞争力不断增强。许多大型仪器公司均在虚拟仪器市场上占有一席之地。1988年国际上开始有虚拟仪器产品面市，当时只有五家制造商推出的30种产品。此后，虚拟仪器产品每年成倍增加，到1994年底，虚拟仪器制造厂已达95家共生产1000多种虚拟仪器产品，销售额达2.93亿美元，占整个仪器销售额73亿的4%。 目前，我国正处于科学技术和教育事业蓬勃发展的新时期，对仪器设备的需求将更加强劲。虚拟仪器赖以生存的PC计算机近几年正以迅猛的势头席卷全国，这为虚拟仪器的发展奠定了基础。虚拟仪器作为传统仪器的替代品，市场容量巨大。据统计，1998年我国进口电子测量仪器73.5台，价值32亿美元。据专家预测，到本世纪初我国将有50%的仪器为虚拟仪器。 以上统计数字表明，虚拟仪器具有广阔的发展前景。但同时也应认识到，现在我国的科技水平还相对落后，每年需要花费大量的外汇进口电子仪器产品。如何发展我国自己的仪器产品，尤其是具有广阔发展前景的虚拟仪器，是我们应该迫切解决的问题。 2．虚拟仪器及LabVIEW介绍 2.1虚拟仪器技术 2.1.1虚拟仪器基本概念 所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果;利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理;利用1/O接口设备完成信号的采集测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机测试系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用专 用测量仪器一样。因此，虚拟仪器的出现，使测量仪器与计算机的界限模糊了。 虚拟仪器的“虚拟”两字主要包含以下两方面的含义