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1、第25卷第2期海南大学学报自然科学版Vo.l25No.22007年6月NATURALSCIENCEJOURNALOFHAINANUNIVERSITYJun.2007文章编号:1004-1729(2007)02-0217-04基于虚拟仪器的电子实验平台设计冯尔理,周开利,黄艳(海南大学信息科学技术学院,海南海口570228)摘要:基于虚拟仪器,以PC机作为基本硬件,采用虚拟仪器专业设计软件LabVIEW,设计包括多种常用仪器的电子实验平台,为学生从事课外电子实验与制作提供廉价的实验仪器,以促进实验教学手段和方法的改革.关键词:虚拟仪器;电子技
2、术;实验平台中图分类号:G434文献标识码:A实践教学在电子信息类专业中占有极重要的地位,其意义不言而喻.然而,由于客观条件的限制,影响了学生实践能力的提高.学校有组织的实验教学,实验项目相对固定,学时有限,学生缺乏自主性、灵活性;在课外,尽管学生有课外进行实验和电子制作的愿望,但由于大多学校还不具备条件,给学生提供充分的实验场地和仪器设备,满足不了学生课外自主进行实验的要求.随着计算机的普及,现在的学生拥有个人电脑的越来越普遍,因此本文设计了一种基于虚拟仪器设计电子实验平台,使学生只要拥有个人电脑,就拥有了一个个人的电子实验平台,解决了学
3、生课外实践缺少仪器设备的问题.1虚拟仪器简介虚拟仪器系统是不断革新的计算机技术与仪器技术相结合的产物.它利用计算机系统的强大功能,结合专用的硬件(包括数据采集卡、图像采集卡、PLC等),突破传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的限制.虚拟仪器使本来需要硬件实现的技术软件化,以便最大限度地降低系统成本,增加系统功能与灵活性,使用户在通用计算机平台上可以根据自己的需求来定义和设计仪器的测量功能,其核心技术是虚拟仪器软件.LabVIEW是美国NI公司开发的基于图形开发、调试和运行程序的集成化环境,是第一个借助于虚拟软面板用户界面和方框图建立虚拟仪
4、器的图形程序设计系统,是目前应用范围最广、功能最强大的虚拟仪器开发平台,广泛应用于仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等嵌入式应用系统的开[1-2]发.作为一种图形程序设计语言,LabVIEW内部集成了大量的生成图形界面的模板,如开关、旋钮、表头、刻度杆、指示灯等,而且用户也可设计库中没有的模板.其最大特点是采用全图形化编程,在计算机屏幕上利用其内含的功能库和开发工具库设计软面板,用来为测试系统提供输入值并接受其输出值;该面板在外观和操作上模仿有形器件,在功能上则同于一般的语言程序.作为人机对话的软面板,还可接受来自更高层次的虚拟仪器的参数
5、,例如可以改变信号发生器的输出的幅度和频率等.2设计方案2.1系统模型一般构成虚拟仪器的基本硬件除了计算机以外,还需要一块数据采集卡,但数据采集卡一般价格昂贵,不合适学生使用.电脑声卡作为计算机声音输入输出的常用设备,通过麦克风(Mic)或线路输入(Linein)和喇叭(Speaker)录入与播放声音,可以作为数据采集和信号输出的设备,具备数据采集收稿日期:2006-10-12基金项目:海南省大学科研基金资助项目(Kyjj0531)作者简介:冯尔理(1967-),男,海南海口人,海南大学信息科学技术学院实验师,硕士.218海南大学学报自然科学
6、版2007年卡的基本功能,并且具有16位的量化精度、数据采集频率达44kHz,以声卡代替数据采集卡设计的虚拟仪器,能够满足学生进行电子实验与制作的基本要求.[3-5]图1给出了虚拟电子实验平台的系统设计框图图1系统设计框图根据一般电子实验的需要,实验平台应包括直流电源、信号发生器、示波器、数字万用表、面包板(用于构成电路板)等基本仪器设备.直流电源可以取自PC机的USB口,为实验电路板和信号调理模块供电.信号调理模块将输入信号进行处理,使符合声卡对输入信号的要求;同时,它还对虚拟信号发生器的输出信号进行处理,提供满
7、足实验要求的信号源,是待测电路与声卡之间的接口电路.PC机通过软件编程实现虚拟信号发生器、示波器、交流电压表等基本仪器功能,完成对输入信号的采集、处理、显示和存储等.2.2系统设计2.2.1声卡结构和技术指标声卡是一般计算机的标准配置,主要功能是完成多媒体声音的放音和录音.声卡的内部构造主要包括A/D、D/A转换模块、DSP模块、控制模块等.一般标准声卡的主要性能指标为:精度16位、采样频率44kHz的A/D转换及D/A转换,全双工的录音和放音,可以采集20~20000Hz的输入交流信号.声卡接口一般有Linein、Speaker、Mic等,
8、在本设计中使用Linein作为信号输入端,可以实现对输入信号进行采集,此接口输入电压为-1~+1V;Speaker作为信号
