- 相關(guān)推薦
信息工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課中虛擬儀器的運(yùn)用論文
摘 要 為適應(yīng)現(xiàn)代信息工程類實(shí)驗(yàn)教學(xué)人才培養(yǎng)的需要，提高實(shí)驗(yàn)的多樣性、綜合性和尖端性，探討了基于LabVIEW軟件和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成的虛擬儀器技術(shù)，運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去，通過對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的分析，表明了該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)量結(jié)果誤差小、易于擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，可在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中廣泛推廣和應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 虛擬儀器技術(shù) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) LabVIEW 數(shù)據(jù)采集卡。
在信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，計(jì)算機(jī)在科研、教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。利用計(jì)算機(jī)的高集成性、數(shù)據(jù)處理高速性、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，研究開發(fā)出虛擬儀器技術(shù)來替代部分傳統(tǒng)儀器。虛擬儀器可使用通用的數(shù)據(jù)采集卡和軟件編程平臺(tái) LabVIEW,只需隨時(shí)更新集成卡芯片和軟件程序則可開發(fā)出不同的功能，這一特點(diǎn)也使得虛擬儀器在高等學(xué)校信息工程類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮重要作用。
1 虛擬儀器技術(shù)介紹
虛擬儀器是將 LabVIEW 軟件平臺(tái)和高性能的硬件相結(jié)合，構(gòu)成功能齊全又易于擴(kuò)展的基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)。虛擬儀器主要特點(diǎn)是測(cè)量端是在計(jì)算機(jī)上顯示，可用 LabVIEW 軟件隨意設(shè)置測(cè)量的參數(shù)和分析數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果，如需提高測(cè)量精度，則只需更換數(shù)據(jù)采集卡中核心芯片即可，更新升級(jí)方便。
虛擬儀器基本組成包括 PC 機(jī)、LabVIEW 軟件、硬件采集模塊等。硬件采集模塊主要解決數(shù)據(jù)的輸入和輸出，軟件主要把輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并用相應(yīng)的圖形顯示出來，具體顯示何種圖像需要在后臺(tái)進(jìn)行編程。虛擬儀器應(yīng)用軟件集成了傳統(tǒng)儀器的數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)控制、結(jié)果分析和顯示界面等功能，使傳統(tǒng)儀器或者部分功能都被虛擬儀器所取代。
虛擬儀器把傳感器、信號(hào)圖像處理、電子、通信、仿真、單片機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等多項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合，具備強(qiáng)大的集成性功能，其主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：（1）改變傳統(tǒng)儀器無法更改的現(xiàn)象，用戶可自定義，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求隨時(shí)添加、刪除儀器，或改變儀器部分功能；（2）可以改變傳統(tǒng)儀器不能及時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸?shù)墓δ�；�?）可減少人為誤差、使數(shù)據(jù)測(cè)量精度和測(cè)量速度大大提高；（4）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備只能固定完成設(shè)置好的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而虛擬儀器可根據(jù)需求隨時(shí)更換不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，擴(kuò)展方便；（5）可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、測(cè)量，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)儀器同時(shí)對(duì)多個(gè)不同對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測(cè)；（6）目前國(guó)內(nèi)高校使用的高檔數(shù)字示波器、高頻信號(hào)源、頻譜儀幾乎都是進(jìn)口設(shè)備，且價(jià)格昂貴，采用虛擬儀器技術(shù)然后配備相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集卡可彌補(bǔ)這些不足，不僅能達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果還極大地節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)。
2 虛擬儀器技術(shù)解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題
當(dāng)前企業(yè)對(duì)理工科畢業(yè)生的實(shí)際操作能力要求越來越高，而在校學(xué)生的動(dòng)手能力主要是通過實(shí)驗(yàn)操作來鍛煉，所以對(duì)于應(yīng)用型高校，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位甚至高于理論課教學(xué)。通過調(diào)查研究出傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的普遍問題，利用虛擬儀器技術(shù)可得到極大的改善，具體表現(xiàn)在：
�。�1）數(shù)字電路、模擬電路等用實(shí)驗(yàn)箱完成的實(shí)驗(yàn)課程，由于具體電路已經(jīng)焊接并封裝到實(shí)驗(yàn)箱中，每學(xué)期開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就是一成不變的，極大地阻礙了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。而引入虛擬儀器后，學(xué)生可以分組任意組合電路，實(shí)現(xiàn)課程項(xiàng)目的多樣化。
�。�2）高頻電子線路實(shí)驗(yàn)、通信原理實(shí)驗(yàn)等專業(yè)性強(qiáng)，難度大的課程，因?yàn)槿藶榈牟僮�，外界環(huán)境和影響，較難實(shí)現(xiàn)理想的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生就不能通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證理論知識(shí)，而虛擬儀器軟件中包含有調(diào)制解調(diào)工具包，包含有模擬和數(shù)字兩種調(diào)制方法，學(xué)生可以任意設(shè)計(jì)調(diào)制解調(diào)代碼和參數(shù)，觀察調(diào)頻和鑒頻、調(diào)幅和檢波以及時(shí)域和頻域波形。
�。�3）單片機(jī)、嵌入式技術(shù)實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容更新頻繁的實(shí)驗(yàn)課程，由于計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度不斷加快、單片機(jī)外圍設(shè)備不斷集成化、平均 2 到 3 年就有新技術(shù)產(chǎn)生，伴隨有新的單片機(jī)芯片的新，而虛擬儀器技術(shù)只需更新數(shù)據(jù)采集卡就能和新的單片機(jī)芯片兼容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
�。�4）目前，國(guó)內(nèi)很多高校由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所有限，專業(yè)性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)較少，這樣學(xué)生無論是對(duì)理論課知識(shí)理解和動(dòng)手能力的培養(yǎng)都難以達(dá)到效果。而把虛擬儀器技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)室后，只需更改后臺(tái)程序和數(shù)據(jù)采集卡，就可以把多門實(shí)驗(yàn)課程集合到一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，不僅能大大提高實(shí)驗(yàn)室的利用率，還節(jié)約了成本。
3 虛擬儀器技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例
RLC 串聯(lián)諧振頻率的測(cè)量是電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中綜合性較強(qiáng)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，下面以本實(shí)驗(yàn)為例，來具體說明虛擬儀器的使用方法。
（1）按要求連接好RLC串聯(lián)諧振電路，將R兩端分別連接到數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)線和 GND;
�。�2）把數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)通過USB接口連接通信，無需安裝驅(qū)動(dòng)，可適應(yīng)多個(gè)操作系統(tǒng)，直接由USB供電，簡(jiǎn)單方便，如圖 1 所示；
�。�3）打開 LabVIEW 軟件，根據(jù)需要添加測(cè)試儀器的前面板，本實(shí)驗(yàn)添加的是虛擬示波器和虛擬頻譜儀，然后進(jìn)行后臺(tái)編程，如圖 2 所示；
（4）通過調(diào)節(jié)輸入端信號(hào)源的頻率，用虛擬儀器顯示諧振頻率為 10Hz,和用實(shí)物儀器測(cè)量結(jié)果一致，如圖 3 所示。
4 結(jié)束語
信息工程類課程不僅要求學(xué)生了解電路的工作原理和參數(shù)計(jì)算，更重要的是對(duì)學(xué)生動(dòng)手操作、設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。而虛擬儀器正是因?yàn)槠潇`活性、集成性和共享性等優(yōu)點(diǎn)，改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器按部就班的模式，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維能力有極大的幫助，在今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中會(huì)發(fā)揮更加重要的作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 伍星華，王旭。國(guó)內(nèi)虛擬儀器的應(yīng)用技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2011.8（4）：112-116.
[2] 張毅剛。虛擬儀器介紹[J].國(guó)外電子測(cè)量計(jì)算，2006.25（6）：1-6.
[3] 路亞峰等。虛擬儀器技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].理論與方法，2010.29（11）：1-3.
[4] 朱巖，余愚。虛擬儀器技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2008（6）：12-14.
【信息工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課中虛擬儀器的運(yùn)用論文】相關(guān)文章：
誰有電子信息工程技術(shù)專業(yè)的畢業(yè)論文給我看看？07-11
國(guó)考中要求專業(yè)是信息工程的，電子信息工程專業(yè)的可以報(bào)考嗎？07-10
電子信息工程專業(yè)描述07-03
信息工程專業(yè)就業(yè)前景分析07-14