運用虛擬儀器代替傳統儀器，不但能滿足電子類實驗教學的需要，而且大大提高設備利用率實現資源共享，降低實驗室建設成本。
該文采用模塊化的設計思想，描述了基于LabVIEW開發平臺設計虛擬信號發生器、虛擬示波器等電子類實驗常用儀器設備的設計方法。
通過實踐證明，虛擬電子實驗設備有效提高了實驗教學質量和教學效果，同時該文對虛擬儀器的開發有一定的參考價值。

　　關鍵詞： LabVIEW；虛擬儀器；實驗教學
　　中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）07-1601-04
　　實驗教學是電子廣東深圳專業醫用產品研發工業產品設計深化醫療體制改革中的醫療費用問題及其對策類教學課程的一個重要環節，是高等教育教學改革的重要內容。
尤其是電子類的工科院校，電子實驗教學在開展素質教育、培養學生綜合應用能力等方面有著舉足輕重的地位。
隨著高校招生規模的不斷擴大，學生人數的增加與實驗場地和儀器設備套數的局限形成了日益鮮明的矛盾。
另外，知識的推陳出新和電子技術的日新月異，使得部分實驗設備已不再適應現代教學大綱的要求，實驗室改造、擴建以及儀器設備更新換代的迫切要求與教學經費捉襟見肘的矛盾日益突出。

廣東深圳專業醫療器械外殼工業產品設計陜西西京醫院消化病醫療樓門診空間設計　　虛擬儀器技術廣東深圳專業醫用器材外形工業產品設計高職工業設計創新教育模式研究的出現和發展給電子儀器行業帶來了一場變革，其核心思想為“軟件就是儀器”，即儀器的功能和可動態操作的圖形化的儀器界面由虛擬儀器開發軟件來設計實現。
利用計算機軟件技術發展的成就，以軟件仿真的形式設計制作各類電子實驗課件，把部分知識性、理解性的實驗教學內容在計算機上完成。
從真實性上講，計算機屏幕上顯示的是真實的儀器設備和實驗場景；從可操作性上講，儀器的控件可以動態地調節，數據、波形可以動態地顯示。
不僅可以緩解實驗場地、儀器設備緊張的矛盾，大大減輕傳統實驗教學的負擔，而且軟件的制廣東深圳專業醫療器材工業產品設計工業設計中仿生設計的運用作、維護和更新要比硬件設備容易得多，成本也低得多。

　　1 系統總體設計
　　1.1 技術指標
　　在眾儀器中，尤其以示波器和信號發生器最為常用，特別是示波器的使用，直接影響學生的實驗效果。
因此，該文就以實驗室的實際示波器和信號發生器為對象進行設計，其主要技術指標如下：
　　1.1.1 函數信號發生器的設計
　　以DZX-1型實驗臺的函數信號發生器為藍本，利用LabVIEW編程來設計函數信號發生器，能夠虛擬函數信號發生器的功能：1）能夠產生正弦波、方波、三角波；2）頻率0.01Hz～2MHz調節；3）幅度0.1mV～20V調節；4）可對輸出電壓進行20db、40db、60db衰減。

　　1.1.2 雙蹤示波器的設計
　　以XJ4323型雙蹤示波器為藍本，利用LabVIEW編程來設計虛擬雙蹤示波器，能夠虛擬仿真雙蹤示波器的功能：1）能夠同時采集顯示兩路信號；2）能夠調節水平及兩個通道的垂直位置；3）能夠調節掃描速率；4）能夠對波形幅度進行衰減。

　　1.2 開發工具
　　在設計電子實驗設備時，首先是選擇一個適宜的軟件開發工具。
目前廣泛采用的虛擬儀器開發軟件有LabVIEW 和LabWindows/CVI。
這里推薦采用LabVIEW，它是一種圖形化的編程軟件，即源程序是框圖式的，沒有嚴格的語法規則，易學易用，實驗教學人員只需稍加學習就可以基本掌握。
而且它包含了大量的仿真儀器控件（如開關、旋鈕、指示燈、顯示屏等）以及豐富的可直接調用的數據處理函數，大大方便了實驗軟件的設計。

　　1.3 全仿真儀器界面的構成
　　全仿真儀器界面有以下幾部分組成：
　　1）背景圖片廣東深圳專業醫療電子產品工業產品設計工業設計的要素與自身價值：為了體現實驗設備的真實效果，以學校電子技術實驗室的實際設備為模型，之后在LabVIEW中插入其圖片。

　　2）按鈕控件：其主要功能是可以產生一布爾量（true 或 false），當按鈕按下是為真，彈起時為假。
頻段選擇和波形選擇中的按鈕即是這種控件，通過它來控制選中某一頻段或者某一波形；檔位和占空比等都是用這樣的按鈕來控制的。

　　3）指示燈控件：LabVIEW中可以得到一些常見的指示燈與開關按鈕，這里選用了與圖片上最為接近的圓形指示燈。
在此設計中頻段選擇中的指示燈及頻率指示燈，峰值指示燈都為此控件，當給指示燈一個true值時，指示燈亮，否則給它一個false值時指示燈滅。
它們的存在使得面板的狀態一目了然。

　　4）旋鈕控件：旋鈕控件可以輸出一些定義的數值，通過用鼠標旋轉此控件即可達到改變輸出值，還可廣東深圳專業醫用器械儀器工業產品設計高校工業設計基地建設研究以通過選中并點擊鼠標右鍵進入控件屬性設置改變控件的屬性，如控件值的范圍，步進等，本設計中用到的頻率調節旋鈕和幅值調節旋鈕皆為轉盤控件，設置頻率調節旋鈕范圍為0到359，步進為1可調節400個不同值；設置幅值調節旋鈕范圍為0到8.4，步進為0.1 ，可以有85種不同的幅值調節。

　　5）顯示控件：為了產生更好的真實感，本次設計采用數碼管顯示控件可以用于頻率及幅值的顯示。

　　2 函數信號發生器的設計
　　在前面板上控件主要有：波形選擇，頻率旋鈕，頻段調節，幅度調節。

　　這四部分的調節直接影響波形信號的改變，在程序框圖中，每一種調節都對應一種波形參數，當前面板中相應的控件值改變時，參數也隨之改變。

　　整個程序主要有以下幾個模塊： 波形類型模塊；頻率選擇模塊；頻段選擇模塊；幅值選擇模塊；串口發送模塊設計。

　　2.1 波形類型部分設計
　　波形類型模塊的主要功能是得到波形參數當前面板中的三角波控件按下時，參數為0，正弦控件按下時參數為1，方波控件按下時參數為2。

　　首先，由于三角，方波，正弦都是輸入控件，在程序框圖中相當于普通編程語言的輸入參數，只有輸出端子，沒有輸入端子，且輸出值為布爾量，通過布爾轉（0，1）VI，可以把輸出值轉換為0 或1，分別送到CIN節點，對其編程如圖2，三角輸入量設為 a； 方波輸入量設為 b； 正弦輸入量設為 c；輸出為d。
　　2.2 頻率選擇部分設計
　　頻率選擇模塊的主要功能是由頻段按鈕與頻率調節選鈕的值作為輸入，計算出頻率值并且得到頻率系數也頻段參數。
頻率旋鈕調節輸出是0～359之間的數值假設為a，頻段的判斷方法與波形選擇模塊相似，可分別用0～6七個數字來分別表示2M～2Hz這七個頻段，則頻率的值為pinlv=205+a*5/（10^n）kHz。
這些數值轉換也在一個CIN公式接點內完成。

　　2.3 峰峰值調節及衰減部分設計
　　峰峰值調節范圍0.1mV～20V，衰減能實現20db、40db、60db，其程序設計圖如下：
　　3 雙蹤示波器的設計
　　在雙蹤示波器的設計中，有信號接收、數據處理、波形顯示等幾個模塊，并有垂直位移、水平位移等控鍵控制波形顯示。
其設計流程圖如圖5所示：
　　3.1 前面板
　　根據傳統示波器的面板控鍵的功能，利用LabVIEW中的控制模板，分別在設計面板上放入模擬實際控鍵的顯示器、通道選擇控鍵、垂直位移控鍵、水平位移控鍵、開關控鍵、幅值與相位控鍵等。
設計的前面板如圖6所示：
　　3.2 處理模塊
　　頻率是經過倒數廣東深圳專業醫療產品器械工業產品設計藥品、醫療器械注冊申請材料造假量刑更加明確轉變成為周期，即數組中兩數的時間間隔。

　　水平位移是通過調節數組序列前的標號數來實現能在波形圖上顯示的波形在X坐標上的改變。

　　垂直位移是通過位移的單位格數和數組在進入組建波形前實現的，這樣可以直接通過與其他調節配合來正確調節垂直位移。

　　3.3 波形數據操作函數
　　雖然波形數據是一種預定義格式的簇，但是必須用專用的波形數據操作函數才能對它進行操作，其中某些操作函數與簇的操作函數非常類似。
其中最基本的幾個函數是：獲得波形數據內部元素、綁定波形數據、設置波形屬性和獲得波形屬性等。
其中本設計用到的是綁定波形數據函數。
它類似于簇函數中的按元素名稱打包函數。
通過該函數可以將波形數據的各個元素綁定在一起。
若波形端子沒有接入，則根據綁定的元素創建一個新的波形。
若波形端子有接入，則對波形進行修改。
如圖8，沒有波形輸入，而是輸入dt、Y、to進行波形組合，創建新波形。

　　3.4 頻率調節部分
　　如圖9是頻率調節部分，包括兩個條件循環、三個控制輸入與一個輸出。
其中標有頻率的是頻率粗調的輸出值，頻率微調是在頻段之間進行一些細微的調節，CH28是十倍或一倍的按鈕。
在頻率輸入的默認值是條件輸入為“9”時。

　　3.5 幅度調節
　　在這一部分中，設計思想與頻率調節一樣，只是所要輸出的值不同，如圖10所示。

　　4 LabVIEW仿真測試
　　通過函數信號發生器產生一個3kHz、峰峰值1V的正弦波接給示波器通道一。

　　通過函數信號發生器產生另外一個2.8kHz、峰峰值2.4V的三角波接給示波器通道二。

　　通過虛擬示波器觀察，顯示波形正確。
下圖13為示波器仿真圖，圖中藍色為通道一波形，紅色為通道二波形，從圖中的波形和顯示參數可以觀察出藍色波形為周期占3.3格、紅色占3.6格，而每格單位為0.1ms，兩通道信號頻率正好為給定的3kHz和2.8kHz；藍色波形峰峰值占1格、紅色占2.4格，而每格單位為1V，兩通道信號峰峰值正好為給定的1V和2.4V。

　　
　　5 實驗應用情況
　　目前，已將項目可開發的虛擬設備應用到我校課程《電工與電子技術A2》的“常用電子儀器的使用”實驗教學中。
通過1年來的試驗和改進，結合以往設計的實驗課件，有效解決了電子儀器設備“老師難講，學生難學”的教學局面，學生還可將軟件拷貝到自己的電腦中進行復習操作，大大提高了學生的實驗興趣和教學效果。

　　虛擬儀器由于虛擬儀器技術在國內尚未普及，把虛擬儀器引入教學是一種必然趨勢。
本項目探索出一種適合我校實驗教學實情，做到花錢少，具有較高的性價比的教學方式。

　　6 結束語
　　全仿真電子實驗課件的設計是對實驗教學手段革新的一種嘗試，它不僅在降低實驗教學成本，提高教學質量，講求效率等方面有著積極的意義，更重要的是，它可以給學生帶來一種如臨現場的親身感受，加強了學生的感性認識，提高了學習興趣和學習效果。
另外，這種全仿真電子實驗課件的設計思路和方法對其他類專業教學課件的設計制作也具有一定的參考價值。

　　參考文獻：
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