基于labview的高职高专电子信息专业虚拟实验平台构建

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南京理工大学硕士学位论文基于LabVIEW的高职高专电子信息专业虚拟实验平台构建姓名：李君申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：张重雄20091220 我国部分高校电子类课程存在着实验设备陈旧、教学方式呆板等问题，对教学硬件进行更新则需投入大量资金，且维护较困难。传统仪器的缺陷和不足日益凸显。传统实验室存在着仪器种类多、成本高、用途单一等缺点。而虚拟仪器在很大程度上能够解决以上困境，并且有利于从整体上改善办学条件和提高教学水平。通常虚拟仪器系统由数据采集、数据分析、结果输出显示组成，数据采集部分通过硬件来实现，数据分析和结果输出完全由计算机的软件系统来完成。 ����疭����������甌������������．��������甌�������������������甎��������������．���������������狶���������������������������������������痸�����������������������������，����������������������������������������������������．���簐��������，���� 明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。力加年，月弓日 ��课题背景随着电工电子技术的迅速发展，涌现出大量新器件和新实验方法，这使传统的实验教学方法己明显落后于信息时代和工程实际的需要。电子信息专业的《电路基础》、《电子线路》、《高频电子技术》等课程概念抽象，理论上具有相当的深度和广度，对于高职院校的学生而言，难度较大，而这部分内容对学生的专业学习又是非常重要的。要掌握这些内容，就要进行一定数量的以验证理论为目的的实验。由于目前的大部分电工电子实验室的常规仪器设备已经老化，有些技术己经落后，在当前学校经费紧张的情况下，如果大量配置常规仪器、仪表，学校无力支付高额的采购费用，不符合目前学校的实际情况，而且随着测试仪器数字化、计算机化的发展趋势，传统测试仪器逐渐有被取代的趋势。虚拟仪器技术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，它构建集成化测试平台，代替常规仪器、仪表，不仅能满足电工、电子实验教学的需要，而且降低了实验室建设的成本。本论文以����S布�教ǎ�訪���为软件平台，将以虚拟仪器为内容开发出的电工电子技术实验教学系统为主线，列举了有代表性的实例，说明了其特点。随着科学技术的不断发展以及相应学科教学内容的更新，传统实验仪器日益暴露出设备费用高、损耗大、使用不灵活等缺陷和不足。为了改善实验条件、改革实验教学方法、更新实验教学内容、提高实验教学课程的开设水平，把虚拟仪器技术引入电工电子实验教学已成为一种积极的发展趋势。学生可以在电脑内的虚拟实验室软件系统中做各种基础性和验证性的实验。运用虚拟仪器技术建立的虚拟实验室，在一定程度代替了实验��国内外研究现状虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司在��年提出的，但其雏形可以追溯到��年由美国西北仪器系统公司推出的���为基础的数字存储示波器，但是由于当时计算机软件开发水平的限制，编写个人仪器的驱动程序和人机交互接口是一项专门的技术工作，必须由专业厂商才能完成，这种状况使得个人仪器的推广和应用没有形成工业标准。目前，国内外很多高校都对虚拟仪器实验室展开了研究。如剑桥大学、斯坦福大学、新加坡国立大学以及清华大学等都已开展了虚拟仪器实验室方面的研究并取得了 一定的进展。华中科技大学、北方交通大学等将自己研制的虚拟仪器用于教学实践，收所有这些表明，虚拟仪器实验室在高等工科院校实验室教学中的优势，正在被逐步认识，并将逐步补充和取代传统实验室。目前，虚拟仪器在发达国家中设计、生产、使用己经虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。以软件为主的测量系统，充分利用工作站、台式计算机和笔记本电脑的计算、显示、存储和互联网等提高工作效率，为工程师及科学家提高生产率、测量精度及系统性能方面做出贡献。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些仪器公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。最早和最具影响的开发软件是�公司的����砑�����采用图形化编在����肪诚碌谋曜糀��开发环境。除了上述的优秀开发软件之外，美国���公司的��．���平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。咖美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国。安捷伦刚开始对虚拟仪器技术不以为然，称虚拟仪器只能用于教育用途，在工程界的实际应用前景很有限。器设计、生产、使用也已起步，我国有几家企业在研制虚拟仪器，产品己达到一定的规高职院校由原先的中专校升格而来，由于兴建新的校区，基建投入巨大，相对而言，对设备的投入不够。而实验对于学生动手能力培养、学习兴趣激发、理论知识理解的作用是纯理论教学所不能替代的，尤其象《电路基础》、《高频电子》、《电子线路》等，学生只有通过足够多高质量的验证性实验和一定数量的综合性实验，给予同学足够的感性认识，才能真正理解和掌握该学科的理论知识，提高动手实践能力，培养分析问题的能力。电工电子类实验，是培养学生电工电子技术应用和工程设计能力不可缺少的教学环节。由于其面向的是一个发展迅速的学科，所以实验教学方法、手段和水平也要不断改进和提高，以适应学科的发展。 以往的工业生产以及教学实验当中，传统电子仪器起着主导作用。但是传统电子仪器有其本身的不足之处。传统电子仪器主要由三部分构成：即对被测信号的采集与控制、分析与处理、测量结果的表达与存储。传统电子仪器的这些功能块大多是以硬件或者固化的软件的形式存在的，因此具有以下几个方面的弱点：传统电子仪器价格比较昂贵，动辄几万人民币。研发周期长，技术更新慢，使用当中存在元器件老化等问题，从而导致工作状态不稳定，日常维护费用较高，技术难度大，使用寿命短。传统电子仪器的图形显示界面比较小，依靠人工读取数据，误差因观察者的实验方法而不同，并且从中获得的信息量小。另外由于硬件设备的限制，往往无法实现更灵活、更特殊、更准确的数据分析功能，也难以实现实验数据编辑、存储和打印等功能。传统电子仪器具有固定的用户界面、组成模块和数据处理功能。独立仪器只有一块仪器面板，例如。示波器只有示波器面板，频谱仪也只有频谱仪的面板。用户有时只需要用到仪器中的一小部分功能。而在用到其他功能时却达不到所需指标，如信号的频率受制于实际元器件的限制。用户无法改动厂家固定好的仪器模块，灵活性和可扩展性差。高校实验室教学设备数量有限，特别是一些贵重仪器，要做到学生与设备一对一配套是不现实的。在传统的实验室教学模式中，一般会将学生分为若干小组，以组为单实验信息，特别是实验数据的存储、分析和查询是实验的一个重要内容。在传统实验教学模式中，学生靠手工记录和分析数据。存在的问题是：第一，记录时人为误差较大；第二，不便于保存、查询和整理。实验报告的评阅，典型问题的解答与数据核对，包含大量的重复性工作，给指导教师带来很多重复性劳动，精力很难集中在实验台上。�如何更合理地配置教育资源，解决好资金投入与人才培养之间的矛盾，是学校开展实验教育经常需要考虑而又是伤脑筋的问题。 虚拟仪器在灵活性、性价比、用户化等方面。有着得天独厚的优势。是传统仪器无法媲美的。虚拟仪器的优点表现在以下几个方面。虚拟仪器的开发维护成本低，系统构建时间短。只需通过增加软件模块或者通用硬件模块来增添新的测量功能，缩短了系统的更新时间，有利于系统的扩展。另外，虚拟仪器的结构是基于软件体系的，不像传统仪器的硬件那样存在元器件老化及温度变化影响的问题，可以节省大笔的维护费用，从而延长设各的使用寿命。低廉的开发成本使虚传统仪器系统自身封闭、功能固定、可扩展性差，功能和模块由生产厂家定义，而虚拟仪器可由用户自行定义功能模块，大大扩展了其灵活性。在同一台计算机上，通过操作者的不同的定义，可以虚拟出不同的仪器，各仪器之间还可以通过不同的窗口进行切换，因此实验室无需配备各种传统仪器，可以通过软件设计使虚拟仪器和实验室设备不断更新。学生在计算机上操纵各种虚拟仪器进行实验，就如同是在操作传统仪器一样有效，与在真实实验室的现场实验做出的实验结果是一样的。这样，使用基于虚拟仪器系统的虚拟实验来代替实际现场实验，能很好地解决实验教学的矛盾，而且又符合现代测试技术和实验技术的发展方向。计算机运算速度的日益提高，使得虚拟仪器处理数据的过程非常快速，数字信号处理理论的成熟发展使得数据处理过程更为可信、精确。传统仪器无法实现编辑数据的功能，而虚拟仪器可方便地对数据进行编辑、存储和打印。传统仪器与其它仪器设备的连接十分有限，而虚拟仪器在普通�机上就可实现，可方便的与网络外设及多种仪器连接，借助于现在流行的��数据采集�ā���通便地支持网络传送数据。传统仪器受系统误差的影响，不同仪器之间个体差异较大，加之观察者自身因素等往往会影响测量结果，而虚拟仪器在�机上运行，不同的�机上运行具有相同的效果，测量误差很小。由于虚拟仪器有着诸多的优点，采用虚拟仪器技术来改进实验教学具有 虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。虚拟仪器软件平台为所有的�痮设备提供了标准的接口，可以传统仪器与虚拟仪器比较如下表��如示。表��传统仪器与虚拟仪器比较仪器间资源可重价格昂贵，只有厂家能定义仪器功能只能连接有限的开发与维护费用降至最低技术更新周期短�～��只有在自己动手的实验过程中，学生才能够将学到的理论知识真正掌握和应用，这就使得电子测量仪器变得至关重要。而传统仪器下的院校实验教学，己严重滞后于信息时代和工程实际的需要。虚拟仪器正是解决这一矛盾的最佳方案。如前所述，基于�平台的虚拟仪器，可以充分利用学校的微机资源，完成多种仪器功能，可以组合成功能强大的专用测试系统。随着计算机技术的不断发展和虚拟仪器软件的日趋完善，虚拟仪器会越来越受到人们的重视，随着教学仪器的发展和高职院校实验教学所面临的新要求，将虚拟仪器引入实验教学将成为学校未来教学科研的重要方法和手段。��论文研究主要内容目前，我国正处于科学技术蓬勃发展的新时期，对仪器设备的需求将更加强劲。虚 拟仪器赖以生存的�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莫定了基础。虚拟仪器作为传统仪器的替代品，市场容量巨大。据专家预测，到本世纪前期我国将有��的仪器为虚拟仪器。发达国家虽然在此领域比我国起步较早，但差距并不是很大，我们应当充分把握时机，取长补短，学习国外先进经验，将我国的虚拟仪器产业水平逐渐向先进国家靠拢。开发虚拟仪器过程中的应用做了初步的探讨。本文对传统的电工电子实验教学系统进行简要的分析和介绍，通过分析现代社会对学生的实际操作能力要求的提高，以及虚拟仪器技术的出现，从而提出了改进后的电工电子虚拟仪器实验教学系统。然后以����S布�教ǎ�訪���为软件平台，以虚拟仪器在电工电子实验教学系统的应用为主线，列举了有代表性的实例，说明了它们的特点。开发出多个不同的虚拟仪器，包括仪器的前面板设计，流程图设计；设计了多个基于虚拟仪器技术的电工电子基础性实验。第一章主要介绍了传统仪器的不足和当今的发展状况，说明了本课题的背景、意义及本文的主要工作。第二章主要介绍了传统的电工电子实验教学系统，以及虚拟实验教学系统的软硬件结构组成。通过两者对比发现，基于虚拟仪器技术创建的实验教学系统具有一定的优越性和可能性。第三章叙述了本课题中涉及的相关技术，如虚拟仪器的组成、功能、特点、虚拟仪号的类型、模拟端口、本课题所用的数据采集卡、数字信号处理的基本概念、信号处理学系统的总体设计作出了简要叙述。该章是整篇论文的基础和理论依据。波、虚拟晶体管特性测试仪、虚拟谐波分析仪、虚拟采样定理演示仪、虚拟数字滤波器、晶体管特性测试仪、�瞬态电路测试、基本运放电路测试等仪器和实验的设计。 基于�骲�齱的高职高专电子信息专业虚拟实验平台构建��传统实验教学系统传统的电工电子基础实验室一般包括：电路分析基础实验室、电予线路实验室、高频电子线路实验室等。电路分析基础实验是与电路分析基础理论课程教学紧密相连的专业技术基础实验，循序渐进的安排实验教学内容，主要包括常用仪器的使用方法、一般元器件参数指标的测试方法、直流电路、动态响应电路、正弦电路测量方法、谐振电路、三相交流电路的设计测量方法。其中基础层次的验证性实验主要包括常用电工仪表的使用及电位；电压的测定；基尔霍夫定律、叠加原理、戴维南定理和诺顿定理的验证：一阶电路的响应测试；串联谐振电路；改善功率因素；三相交流电路电压、电流、功率的测量等。电路分析基础实验室所需的实验设各主要有：电路分析实验仪、直流稳压电源、数字电压表、直流毫安表、功率表、信号发生器、双踪示波器、数字频率计、交流毫伏表等。�三兰蓄睦羹篓蓍．奠：薹～电子电路实验包括模拟电子电路实验和数字逻辑电路实验，是重要的技术基础课程，通过本课程的学习，在实验中验证模拟电子电路和数字逻辑电路课程中的基本理论， 使学生能使用常用电子仪器仪表对电子线路进行调试和测量，能对电子线路进行分析，能够安装常用电子电路，能对简单电子产品进行分析与故障排除。主要内容包括：常用电子仪器的认识和使用、单管放大电路、负反馈放大电路、集成运放的线性应用、集成稳压电源、�串并联正弦波振荡电路、门电路、组合逻辑电路、集成触发器、移位寄存电子电路实验室所需的实验设备主要有：模拟电路实验装置、数字电路实验装置、双踪示波器、万用表、直流稳压电源、频率计、毫伏表等。一一高频电子线路实验是一门技术基础实验课。课程包括振荡器；调谐放大器；振幅、频率、相位的调制、解调器：混频器；频率合成器；锁相环和压控振荡器；语音无线通信系统实验。高频电子线路实验室所需的实验设备主要有：高频电子线路实验系统、�卅�以上庄宗示波器，万用表、频率计、毫伏表、高频信号发生器等。我院采用的高频电子线路实验系统是华中科技大学出品的�备由通信发射机和接收机两大部分组成。每部分都由单独的单元模块组合，学生根据《高频电子线路》课程内容、进度完成单元模块实验，也可进行调幅、调频两种收、发系统的实验。 ��新模式实验教学系统科学技术的高速发展，使用户对信息的处理速度提出了越来越高的要求，也对电子系统的功能提出了越来越高的要求，单一的传统电工电子实验室已经不能完成教学、研究和测试任务，虽然可以根据设计、生产和测试的要求，兴建实验室，再购置新设备，但技术的日新月异，使计划赶不上变化，同时各太专院校都面临扩招、搬迁等带来的场地不够、资金不足等实际问题。解决这些问题最好的办法就是打破传统的实验教学模式和格局，避免实验室设备的重复购置，建设新模式下的电工电子实验教学平台，对实验设备进行优化整台，充分利用共享资源，让实验设备最大限度的发挥作用。 本课题研究的虚拟仪器实验教学系统是以�件为开发工具设计丌发的一个适合于教学实验和电子电路的设计与测试的系统。����是将��数据采集�布�蚅���软件组合成的一个虚拟仪器教学实验装置，包括硬件和软件两部分。 ����数据采集卡���静ㄆ鱏�的一个期望通道上采集图������平台工作站 任意波形发生器���⒉ㄌ赝挤治鲆�������⑹�滞蛴帽���、动态信号分析仪���⒑��⑸�����⒆杩狗治鲆����������、示波器����⒘较吆腿�叩缌饕坏缪狗治鲆������������������� 基十�鯲��牧街案咦ǖ缱有畔�业虚拟安验平台构建¨�铡駂���∞数字万用衷 �����拟信号输入计算机，实现温度显示只需软件编程了，而传统实验要实现温度显示一般都要用到单片机、模数转换器等，原理复杂不便调试，分析困难；的功能，如超过最高或最低限度报警，记录数据等；若这些功能在传统实验装置上实现，相对复杂，一般的学生不易掌握；频率信号的处理与滤波等实验。以根据学生的兴趣及创造性添加更多新的功能，把所学的知识灵活应用。由此可见，基于� ��虚拟仪器技术概述图形化软件编程方法和集成开发环境为标志的虚拟仪器开发环境是虚拟仪器技术研究的重要内容，也是虚拟仪器技术应用与发展的技术基础。美国国家仪器公司算机上加上一组软件和硬件，使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用电子仪器。虚拟仪器������������虺芕�是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式：一种方法是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。图��虚拟仪器组建方案� 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。与其它仪器设备的连接郁艮技术更新周期长�～�年�随着虚拟仪器功能和性能地不断被提高，现今它已成为在许多应用领域中传统仪器的主要替代方式。未来虚拟仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式，并且在测量和控制方面都有无以伦比的强大功能和灵活性，可广泛应用于电子测量、电气工程、机械工程、航天航空、振动分析、声学分析、故障诊断、军事工程、建筑工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗、教学及科研等多方面。虚拟仪器的强大优势可以让用户放心地舍弃传统的旧的测量设备，代之以计算机为基础的虚拟仪器系统，降低使用成本，减少系统的开发费用和维护费用。此外，新型笔记本电脑又将虚拟仪器的便携性和强大功能推向一个新的水平。所有这些必将加快虚拟����，图形化编程用于开发虚拟虚仪器，但编程难度较大，开发周期较长且不易进行更改、升级和维护。 工程师们常用的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常地相似，很适合于从事科研、开发的没有编程经验的科学家和工程技术人员使用，所以被誉为工程师和科学家的语言。行顺序执行的约束。从而，可以通过相互连接功能方框图快速简洁地开发应用程序，甚至还可以有多个数据通道同步运行。�模板、控制����睁睁眵眵眵圆日口口框图程序和图标／连接器。因此一个�程序的设计主要包括前面板的设计、框图程序的设计以及圉标／连接器。应根据实际中的仪器面板以及该虚拟仪器所要实现的功能来设计前面板。前面板中主要由输入控制器和输出指示嚣组成。利用工具模板来添加输入控制器和输出指示器 �砑雍蠡嵩诳蛲汲绦蛑谐鱿侄杂Φ目刂破骰蛑甘酒骺蛲�。控制器使用户可以输入数据到程序，而指示器则用来显示程序产生的数值。控制器和显示器部件有许多种类，可以从控制模板的各个子模板中选取。框图程序相当于源代码，只有在创建了框图程序以后该程序才能真正运行。所以在设计好前面板以后，就要根据各个框图之间的关系以及对数据的处理方法等设计框图程序。对框图程序的设计主要是对节点、数据端口和连线的设计。节点是�程序运行的连线是程序设计中较为复杂的问题。流程图上的每一个对象都带有自己的连线端子，连线将构成对象之间的数据通道。因为这不是几何意义上的连线，因此并非任意两个端子间都可连线，连线类似于普通程序中的变量。数据单向流动，从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。表��是一些常用数据类型所对表��一维数组兰囱．当前面板和程序框图设计好以后，程序的执行过程中可能会遇到很多方面的错误，因此要对程序进行调试。首先查找错误，如果一个程序不能执行，运行按钮会出现一个折断的箭头。点击断箭的运行按钮则会列出错误清单，双击列表中的错误清单，则出错的对象或端口就会高亮显示。程序的调试方法主要有：如果一个�程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮会变成一个折断的误清单窗口，点击其中任何一个所列出的错误，选用��功能，则出错的对象或端口就会变成高亮。 点击这个按钮使它变成高亮形式，再点击运行按钮，�程序就以较慢的速度运行，没有被执行的代码灰色显示，执行后的代码高亮显示，并显示数据流线上的数据值。这样，你就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执行。为了查找程序中的逻辑错误，有时希望流程图程序一个节点一个节点地执行。使用断点工具可以在程序的某一地点中止程序执行，用探针或者单步方式查看数据。使用断点工具时，点击你希望设置或者清除断点的地方。断点的显示对于节点或者图框表示为红框，对于连线表示为红点。当�程序运行到断点被设置处，程序被暂停在将要执行的节点，以闪烁表示。按下单步执行按钮，闪烁的节点被执行，下一个将要执行的节点变为闪烁，指示它将被执行。也可以点击暂停按钮，这样程序将连续执行直到下一个断点。板选择探针工具，再用鼠标左建点击你希望放置探针的连接线。这时显示器上会出现一个探针显示窗口。该窗口总是被显示在前面板窗口或流程图窗口的上面。在流程图中使器，信号调节以及显示、存储数据的软件。其中，传感器是将被测试的物理量转换为电量的最基础的环节，数据采集则将模拟信号转换成数字信号供计算机进行分析处理，而信号调理往往是两者之间的桥梁，负责将传感器的输出信号和数据采集模块可以接受的虚拟仪器是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。虚拟仪硬件是虚拟仪器工作的基础，它的主要功能是完成对被测信号的采集、传输和显示测量的结果。虚拟仪器的硬件主要是由计算机和信号采集调理部件所组成，其中计算机 包括微处理器、存储器和显示器等，它主要用来提供实时高效的数据处理及传输性能，计算机是虚拟仪器的硬件基础。对于工业自动控制、测试与测量而言，计算机是功能强大、价格低廉的运行平台。测试系统中传感器的输出一般为电量，可以是模拟电压、电流、电荷及数字脉冲，数据采集模块的允许输入信号一般只能对电压量进行模数转换，若为电流信号就首先要��⒁�伏～�����伏等几种，所以遇到电压幅值比较小的输入信号或幅值特别大的信号就首先要进行放大或衰减到数据采集卡可以接受的电压范围。从传感器的阻抗特性来讲，有的电压型传感器的输出阻抗低，其输出信号进行数据采集之前就应进行阻抗变换，有的还应进行电气隔离。在传感器和数据采集之间加入滤波环节以提高信噪比也很重要。从传感器输出的信号大多需要经过调理才能进入数据采集设备，信号调理的功能主要包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。放大是一类最常见的信号调理。放大可将有用的电压区间的值放大，以增加数字信号的精度，提高信号噪比，以便适宜于采样。信号调理模块应尽可能靠近信号源或传感器，使信号在受到传输信号的环境噪声影响之前已被放大，使信噪比得到改善。为了减小外界噪声对测量信号的影响，可以使用屏蔽、双绞线或减小线缆的长度。隔离是指使用变压器、光或电容耦合等方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避免直接的电连接。使用隔离的原因有两个：一是从安全的角度考虑；另一个原因是隔离可使从数据采集卡读出来的数据不受地电位和输入模式的影响。如果数据采集卡的地与信号地之间有电位差，而又不进行隔离，那么就有可能形成接地回路，引起误差。滤波是为了从所测量的信号中除去不需要的成分。大多数信号调理模块有低通滤波器，用来滤除噪声。通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频率以上的所有频率的信号。某些高性能的数据采集卡自身带有抗混叠滤波器。信号调理也能够为某些传感器提供所需的激励信号，比如应变传感器、热敏电阻等需要外界电源或电流激励信号。很多信号调理模块都提供电流源和电压源以便给传感器� 许多传感器对被测量的响应是非线性的，因而需要对其输出信号进行线性化，以补偿传感器带来的误差。但目前的趋势是，数据采集系统可以利用软件来解决这一问题。即使传感器直接输出数字信号，有时也有进行调理的必要。其作用是将传感器输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。大多数数字信号调理模块还提供其他一些电路模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字�疧直接控制电磁阀、电灯、电动机等外部设备。对信号调理模块的选择还要注意它与数据采集设备的通信方式。信号调理模块作为前端时，它和数据采集板卡的通信有两种，一种是多路复用方式，另一种是并行方式。采用多路复用方式时，信号调理模块的所有输入通道的信号都从一个输出通道输出到数据采集板卡。采用并行模式时，信号调理模块直接把经过调理后的每个输入信号通道的信号逐个送到数据采集卡的若干个独立数据采集通道。显然，用并行模式可以实现更加快速的数据采集，而采用多路复用方式的信号调理板卡价格会略低一些。有些信号调理板卡只支持多路复用方式，如�����蚐����，在选用时就要慎重考虑需要用到并行处理方式，因为虽然虚拟仪器的功能在软件的支持下能够灵活变化，但硬件功能由一些转换器完成的，常见的转换器包括视频摄像机，热电偶、应变片和热敏电阻。当测得物理信号并将其转换为电信号之后，就可以提取出包含在其中的信息并进行分析。为了便于讨论数据采集，使用下列的信号分类：数字信号有两种类型：通断、脉冲序列；模拟信号有三种类型：直流、时域、频域。通断信号传输与信号的即时数字状态相关的信息，简单的数字状态探测仪用于测量此类信号类型。脉冲序列信号由一系列状态变化组成，包含在其中的信息可以由状态变化的数目、变化发生的速度以及单个或多个状态之间的时间来表示。模拟直流信号是静态信号，通过给定时刻信号的电平传输信息。由于模拟直流信号是静态或缓慢变化的，因此测量时更注重于测量电平的精度而不是测量的时间或频率，常见直流信号的例子有温度、电源电压、流速、压力、应变片的输出以及液面的高度， 模拟时域信号不同于其他信号，它通过信号电平传输有用的信息，而这些电平是随时间变化的，与时域信号相关的信息包括到达峰值的时刻、峰值、下降时刻、斜率以及峰值形状。为了测量时域信号的形状，必须在一个准确的时刻测量单个幅度。用于测量号形状的速率进行采样及测量。��虼耍�被袢∧Ｄ馐庇蛐藕攀保珼�系统需要使用高带宽的模数转换器对信号进行高速采样，当然，采样信号也必须足够精确，不能有明显的失真。从频域信号中提取出的信息是以信号的频率成分而不是信号的形状为基础的，用于测量频域信号的系统也包括模数转换器、采样时钟和一个可以精确捕捉波形的触发器，�奔洳裳�淮巍Ｊ奔浼涓鬉隔或者采样周期。它的倒数��鱰被称为采样频率，单位是采样数／每秒。��珹���，���都是采图��模拟信号与采样显示 这个数列被称为信号��的数字化显示或者采样显示。这个数列中仅仅用下标变量采样过程所应遵循的规律，又称取样定理、抽样定理。采样定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据，又称为香农采样定理。采样定理有许多表述形式，但最基本的表述方式是时域采样定理和频域采样定理。采样定理在数字式遥测系统、时分制遥测系统、信息处理、数字通信和采样控制理论等领域得到广泛的应用。时，��闹悼捎梢幌盗胁裳�涓粜∮诨虻扔趌／犰的采样值来确定，即采样点的重对于时间上受限制的连续信号��吹盜��∈保珹���饫颰���是信号的持续时间��羝淦灯孜狥��，则可在频域上用一系列离散的采样值肚掣来标只要这些采样点的频率间隔‰；警。根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率的一半。如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。图��显示了一个信号分别用合适的采样率和过低的采样率进行采样的结果。采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做�����是输入信号的频率和最靠近的采� 图���采样太慢可能会导致对模拟信号的错误表示为了避免混频偏差的发生，通常在信号被采集�／�之前，经过一个低通滤波器，较长时间使用很高的采样率可能会导致没有足够的内存或者硬盘存储数据太慢。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的�毒凸涣耍�导噬瞎こ讨醒∮�～�倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。一个电压信号可以分为接地和浮动两种类型。测量系统可以分为差分接地信号，就是将信号的一端与系统地连接起来，如大地或建筑物的地。因为信号用的是系统地，所以与数据采集卡是共地的。接地最常见的例子是通过墙上的接地引出线，如信号发生器和电源。一个不与任何地�绱蟮鼗蚪ㄖ�锏牡�连接的电压信号称为浮动信号，浮动信号的每个端口都与系统地独立。一些常见的浮动信号的例子有电池、热电偶、变压器和隔离放大器。①差分测量系统差分测量系统中，信号输入端分别与一个模入通道相连接。具有放大器的数据采集� 测量到共模电压。然而，实际应用的板卡却限制了差分测量系统抵抗共模电压的能力，数据采集卡的共模电压的范围限制了相对与测量系统地的输入电压的波动范围。共模电压的范围关系到一个数据采集卡的性能，可以用不同的方式来消除共模电压的影响。如果系统共模电压超过允许范围，需要限制信号地与数据采集卡的地之间的浮地电压，以避免测量数据错误。在��测量系统中，信号的一端接模拟输入通道，另一端接一个公用参考端，但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不断变化的。测量结果带来较大的误差，测量电压�是测量信号电压�和电位差���停�渲蠨�是信号地和测量地之间的电位差，这个电位差来自于接地回路电阻，可能会造成数据错误。一个接地回路通常会在测量数据中引入频率为电源频率的交流和偏置直流干扰。一种避免接地回路形成的办法就是在测量信号前使用隔离方法，测量隔离之后的信号。如图��所示。 系统，因为此时接地回路电压相对于信号电压来说很小，信号源电压的测量值受接地回路的影响可以忽略。测量地的信号的共模电压在测量系统设备允许的范围之内。如果采用差分或��测量系统，放大器输入偏置电流会导致浮动信号电压偏离数据采集卡的有效范围。为了稳住信号电压，需要在每个测量端与测量地之间连接偏置电阻，如图��所示。这样就为放大器输入到放大器的地提供了一个直流通路。这些偏置电阻的阻值应该足够大，这样使适。如果输入信号是直流，就只需要用一个电阻将��端与测量系统的地连接起来。然而如果信号源的阻抗相对较高，从免除干扰的角度而言，这种连接方式会导致系统不到地，一个连接信号低电平��到地。如果输入信号是交流，就需要两个偏置电阻，总的来说，不论测接地还是浮动信号，差分测量系统是很好的选择，因为它不但避� 所有输入信号都满足以下指标时，可以采用��饬糠绞剑菏淙胄藕攀歉叩缙�一般要超过��涣�弑冉隙�一般小于��并且环境干扰很小或屏蔽良好；所有输入信号都与信号源共地。当有一项不满足要求时，就要考虑使用差分测量方式。一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字�痮、计数器／计时器等，��Ｄ馐淙胧遣杉�罨�镜墓δ堋Ｋ�话阌啥嗦房9���、放大器、采样保持电路以及�疍来实现，通过这些部分，一个模拟信号就可以转化为数字信号。�疍的性能和参数直接影响着模拟输入的质量，要根据实际需要的精度来选择合适的�疍。通常是为采集系统提供激励。输出信号受数模转换器�／�的建立时间、转换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。建立时间短、转换率高的�疉可以提供一个较高频率的信号。如果用�疉的输出信号去驱动一个加热器，就不需要使用速度很快的�疉，因为加热器本身就不能很快地跟踪电压变化。应该根据实际需要选择�疉的参数指标。包括：数字口路数���、接收�⑺�率、驱动能力等。如果输出去驱动电机、灯、开关型加热器等用电器，就不必用较高的数据转换率。路数要能同控制对象配合，而且需要的电流要小于采集卡所能提供的驱动电流。但加上合适的数字信号调理设备，仍可常见的应用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等之间传送数据。另外一些数字口为了同步通信的需要还有“握手�摺Ｂ肥�⑹�葑;凰俾省ⅰ拔帐�能力都是应理解的重要参数，应依据具体的应用场合而选择有合适参数的数字�痮。重要信号：门限信号、计数信号、输出。门限信号实际上是触发信号——使计数器工作或不工作；计数信号也即信号源，它提供了计数器操作的时间基准；输出是在输出线上产生脉冲或方波。计数器最重要的参数是分辨率和时钟频率，高分辨率意味着计数器可以计更多的数，时钟频率决定了计数的快慢，频率越高，计数速度就越快。一般说来，数据采集卡都有自己的驱动程序，该程序控制采集卡的硬件操作，当然这个驱动程序是由采集卡的供应商提供，用户一般无须通过低层才能与采集卡硬件打交 ����，它可以配置�公司的软件和硬件，比如执行系统测试和诊断、增加新通道和虚拟通道、设置测量系统的方式、察看所连接的设备等。问题：在组建测试系统时，对测试结果有一个精度指标，是从整个系统考虑的，不仅涉及到变换的精度，还必须考虑传感器、信号放大、采集保持、多路开关、参考电压及计算机数据处理等各部分的误差，要根据实际情况确定对数据采集卡的精度要求。另外，数据采集卡的分辨率往往高于精度，分辨率等于一个量化单位，和�疍变换的倍数直接相关，而精度包含了分辨率、零位误差、零漂等各种误差因素。数据采集卡的最高采样速度一般用最高采样频率来表示，它表示其通道采样能使用的最高采样频率，这也就限制了该数据采集卡能够处理的最高频率。如果进行多通道采集，则能够达到的采样频率是原最高采样频率除以通道数。所以在选择指标时，首先要明确测试信号的最高频率及要同时采样的通道数。不同的总线接口类型的数据采集卡的接口硬件形式是不一样的，数据传递的规则和好的数据采集卡每个通道的输入和输出之间带有隔离放大器。对于工作在强电磁干扰环境中的数据采集系统，选择具有隔离配置的数据采集卡才能保证数据采集的可靠性。自身带有微处理器的数据采集卡可以当作主机的下位机使用，自行控制采样的进行。数据采集卡使用一段时间后，器件值会有改变，基准电压也会变化，零点会有所漂移。对于高精度的数据采集，需要每隔～段时间进行精度标定，好的数据采集卡具有自我标定的功能，但价格也会高很多。 和数据采集卡的硬件接口类似，买来的数据采集卡能在什么软件环境中使用，使用起来是否还要自己编制驱动程序，这也是选择一款数据采集卡很重要的因素。选择数据采集卡的软件除了和现有的测试系统软件兼容外，还应考虑更广泛的兼容性和灵活性，以备在其他测试任务和系统中也能使用。另外，数据采集卡的选择还有一些常用的指标，如输入电压的最大范围、输入增益的种类、是否有模拟输出、输入触发的类型等。结合本课题的内容，由于实验室实验中可以直接采用标准信号源进行实验，因此在实验教学中可以越过传感器及信号调理部分电路，直接采用标准信号源进行实验研究，它的性价比较好、支持方式和双缓冲区模式、保证了实时信号不问断采集与存储，是一��线的数字�痮，��狹��Ｗ技际跆岣逿量精度。�����陌沧胺浅＜虻ィ�捎诩扑慊�幸丫�沧傲薒���，其中集成的�可对其提供驱动支持。我们只需要关闭计算机电源，拆下机箱盖，找到一个没有被使用的插槽。���、中断请求�����等进行配置。数字信号在我们周围无所不在。因为数字信号具有高保真、低噪声和便于信号处理的优点，所以得到了广泛的应用，例如电话公司使用数字信号传输语音，广播、电视和 颚±论文高保真音响系统也都在逐渐数字化。在用计算机对模拟信号进行处理之前也常把它们先转换成数字信号。目前，对于实时分析系统，高速浮点运算和数字信号处理已经变得越来越重要。这些系统被广泛应用到生物医学数据处理、语音识别、数字音频和图像处理等各种领域。必须消除噪音干扰、纠正设各故障而破坏的数据，或者补偿环境影响，如温度和湿度等。图��告有干扰的信号通过分析和处理数字信号，可以从噪声中分离出有用的信息，井用比原始数据更全面的表格显示这些信息。图��显示的是经过处理的数据曲线。㈨���变换域显示。为了快速计算���ǔ２捎靡恢挚焖俑盗⒁侗浠���的方法。当信号的采样��氖涑龆际撬ū叩模���毕允玖苏�浩德实男畔ⅰＭü�皇褂靡话隖�输出 大多数实际采集的信号都是实数，因此对于多数应用都使用��也可以通过设置信号的虚部为��褂肅���实例是信号含有实部和虚部。这种信号通常出现在数据通信中，因为这时需要用复指数调制波形。��湍芰科灯卓梢杂糜诓饬烤仓够蛘叨��藕诺钠德市畔ⅰ��提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，��饕S糜诠潭ㄐ藕诺姆治�即信号在采样期间对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值���痜�称为谐波次数。谐波的危害表现为引起电气没备�缁�⒈溲蛊骱偷缛萜鞯�附加损耗和发热：使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏：降低继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性等。为了评一个系统引入非线性失真的大小，需要得到系统引入的谐波分量的幅值和基采样理论指出，只要采样频率是信号最高频率的两倍以上就可以根据离散的、等分 很多情况下通带的增益在均值附近稍微发生变化是容许的。通带的这种变化被称为其中��！１硎净���亩允��鳤；����的通带波动，表达式是：这表明输入输出的幅值非常接近。滤波器对于输入的冲激信号的响应叫做滤波器的冲激响应����冲激响应的傅立叶变换被称为滤波器的频率响应�����的频率响应可以求出滤波器在不同频率下的输出。换句话说，根据它可以求出滤波器在不同频率时的增益值。对于理想滤波器，通频带的增益应当为��璐�脑鲆嬗Φ蔽�。所以，通频带的所有频率都被输出，而阻带的所有频率都不被输出。 验模块和实操型实验模块。根据高职院校电子信息专业学生实验课程教学要求，在每个模块内设置多个实验。作为开放性的实验教学系统，学生可以自由的进入各个模块，选实验三虚拟谐波分析仪实验四调幅与检波仿真实验实验血虚拟采样定理演示实验实验一二极管特性测试实验实验二三极管特性测试实验实验三�瞬念电路测试实验实验四基本运算电路测试实验理，开发出信号发生器、数字滤波器、谐波分析仪三种常用的虚拟仪器和采样定理、调幅与检波两种仿真实验，将多个演示实验整合构成一个开放性的虚拟实验室。作为教学的辅助教学工具。实操型实验是利用由计算机、������系统和�学目标而设计的，主要包括硬件系统和软件系统两部分。硬件系统主要是将电工电子实 验中测得的模拟信号�绲缌鳌⒌缪剐藕�，通过信号调理电路的放大、隔离、滤波，经由计算机的数据总线传送到计算机系统。软件部分主要是由驱动程序和各种用户自定 户通过该实验室可以完成函数信号发生器、数字滤波器、谐波分析议、调幅与检波、采样定理共六个演示实验。控件，用以显示调用的子�。日目�В海琧虚拟谐波奇折仪调幅与壮渡仿真宴验虚拟采样定理，�宴驻 ��诹鞒掏忌戏胖靡桓鰓��循环结构，将条件端口结束条件改为����，与“停止”控制按钮端子相连。条件为“假”时，不调用。将“请选择实验”下拉列表控件作为枚举类型选择条件结构中子分支。程序框图如图��所示。图�实验室界面程序框图信号发生器是实验室和电子测量中经常用到的一种装置，主要是用来产生不同幅值现代测试系统中部不可避免地使用到任意波形茇生嚣。它不仅可以用作多功能信号源，而且能使对小故障源和实时信号的模拟与仿真变得便利。信号发生器主要包括两类。一类是传统的专用仪器。它的开发难度大、周期长、成本高，因此，高性能的传统信号波形发生器一般都价格昂贵，而且大多为进口仪器，学生动手实践豹机会不是很多。另一地编程，就能编写用户需要的信号发生器程序，开发出成本较低且实用的虚拟信号发生器。本论文开发的虚拟信号发生器就属于这种类型。� 采用虚拟技术设计信号发生器，可以降低成本，节省开发时间，在无需添加硬件的基础上就可以产生信号输出，供其它的测量仪器使用。并且还可以和其它的仪器构成一个完整的测试系统。由于是通过软件实现的，虚拟信号发生器是开放的系统，用户可以根据的需要进行改进，以满足不同场合的测试需要。①新建一个�，在前面板上放置一个文本下拉列表，在属性中依次添加编辑项：、“���、“������”。④在前面板上依次放置�霾ㄐ蜗允究丶��美聪允旧�刹ㄐ危环胖�个字符串显示控件，用来显示输出相位。���，与“停止”控制按钮端子相连。②按照路径“函数�堋靶藕糯�怼保堋安ㄐ紊��子选项版中选择“基本函数发生器���胖糜赪��循环结构中，“基本函数发生器”节点的输入端口分别与前面板对应的输入控制件端子相连，将其输出端分别与波形和字符串显示控件端子相连。 莲于�鷙�的高职高专电子信息专业虚拟实验平台构建电工电子虚拟宴验室图��虚拟函数信号旋生器生成与显示前面板吁��璺量图�虚拟函数信号发生器程序框图方波、正弦波、锯齿波。通过波形显示来观察输出的波形并且可以随时调整输出的波形。’二⋯图��波形调整模块 如图��所示，该模块主要是用来调整波形的频率、幅值、初相位、占空比、采样频率、采样点数等参数的。与模拟滤波器相比，数字滤波器具有下列优点：可以用软件编程、稳定性，可预测、可以用数字滤波器控制滤波器顺序、截止频率、脉冲个数和阻带衰减等参数。本节所涉及到的数字滤波器都符合虚拟仪器的使用方法。在信号传输过程中，经常会混入高频噪声，有时高频噪声的能量甚至会超过有用信号的能量，接收端接收到信号后需要进行适当的滤波处理。用于产生包含多个单一频谱正弦信号与噪声信号的合成信号。偏移量图��混合单频与噪声波形发生器 三个簇分别用于输入波形参数，本程序用到三个单一正弦信号：另一个簇用于输入采样参数，～个控件输入噪声参数。本滤波器的前面板分别显示滤波前后的信号波形、幅度谱波形，分别用四个波形显示控件显示。滤波器的前面板和运行结果如图��所示。虐拟裴宇滤波嚣日巍：磊石二百时问。面面面阳谵墟器参数设置�簀∞⋯ �数字滤波器仿真结果 澹渡器参数设置 ��贚���的虚拟实验十台构建如果一个系统是非线性的，当某个频率的信号通过系统后，输出信号中将出现输入信号的高次谐波，这种现象称为谐波失真。�所示，端 表��谐波失真函数的端口说明要搜索所有频段，应设为非频外的所有信号�在前面板上放置两个数值输入控件，用来设置正弦信号的频率和幅值，放置一个下拉列表控件，用来设置导出信号类型，在其属性中添加�霰嗉�睿骸皀��、����ⅰ癶�������ⅰ皀��放置一个数组用来显示谐波电平，放置两个数值显示控件分别用来显示检测出 首先由正弦信号产生函数产生一正弦信号，由公式节点产生仿真谐波，产生的信号�所示。毯，坠�虚拟谐渡分析仪程序框图�所示。由图可知：本分析仪可以测算出基波的频率，计算出谐失真系数。达到预期的目的。请选择宴验虚拟谐波分析仅日鞋��十”§∞虬�虚拟谐波分析仪仿真结粜 调制是改变高频载波信号特征来传递低频信息的过程。虽然理论上存在未经数据调制就直接传输基带信号�蛐畔�的可能，但是将该信息调制到载波上再进行发送效率更高。接受高频波形需要更小的天线，更有效地使用可用带宽，并且足够灵活地携带不同类型的数据。模拟调制和数字调制都有多种调制方法。幅度调制���且恢帜Ｄ獾髦品椒ǎ�ü���谋涔潭ㄆ德试夭ㄐ藕诺姆���来表示数据。该载波信号通常是一个高频的正弦波，用来“负载’’该消息包络中的信息。结果便得到一个双边带信号，以该载波频率为中心，具有原始信号的两倍带宽。表示幅度调制的常用算法：�使用�调制的主要优点是能简单地实现电路�乇鹗嵌杂谛藕沤邮斩�，从而很快被广泛采用。然而，�调制造成了信号的能量和带宽的浪费。载波信号需要占用信号的绝大部分能量，但实际上并不携带任何信息。�同时使用上边带和下边带传输冗余信息，其占用带宽是所需带宽的两倍。从已调波中取出原调制信号的过程称检波�����。根据�波的原理我们知道�波的包络完全反映了调制信号的变化，因此只要取出波的包络，就可以得到调制信号。用硬件实现包络检波的电路非常简单，但在虚拟仪器中，却不能使用硬件实现包络检，同步检波有两种方法可以实现：一是采用乘法器构成相成型同步检波电路，二是采用非线性器件构成相加型同步检波电路。本论文采用第一种方法，就是用与载波同步��低��的正弦波对己调波进行检 ������膍拟实验平台掏建；“Ⅳ�！�。����������������綾���前面板设置四个输入控件，分别用于控制调制信号和载波信号频率、幅值；四个显��。。”。％群“。”。��觥牝�蛐月蛐�调幅与检波的程序框图 依据调幅与检渡理论．首先引入～仿真信号函数，将其配置为产生正弦信号，本仿真信号作为调制信号；其次再引入一仿真信号将其作为载波信号；上述两个仿真信号送入乘法器即可得到调制信号；调制后的信号与前述的载波再进行乘法运算，通过一低通�所示。��调幅与检波程序框图�中．进行仿真运行，可以得到如下结果：①改变载波幅度、频率，可以看到州波的幅度、频率也随之而变，删波的包络及检波后的结果不变。②改变调制信号幅度、频率，�波的包络随之而变，检波后的结果也随之改变。依据调幅及检波原理，设计的仿真模块．经过运行结果与理论分析基本一致，达到了比较满意的效果。本文设计的调幅达到实验所需要的理想状态，同时操作起来比较方便，结果直观、明了，便于分析结果，能帮助学生更好的理解调幅与检波过程。改变载波幅度频率可以看到�波的幅度频率也随之而变化，经过运行结果与理论分基本一致，达到了比较满意的效果。采样理论指出，只要采样频率是信号最高频率的两倍以上就可以根据离散的、等分两个输入控件分别完成原始信号频率与采样频率，一个显示控件用于显示采样频率与输 入频率的比值，一个波形显示控件用于显示原始信号与采样后信号，另一个显示控件用于显示原始信号与采样后信号的频谱关系，由此确定采样是否失真。函数分析出原始信号的频谱。另一路按照给定的采样频率完成波形重采样，从而得到采样后信号，采样后信号通过��灯缀��治龀霾裳�笮藕诺钠灯住３绦蚩蛲剂ⅱ蛲�．�所示。�虚拟采样定理演示仪程序框图电工电子虚拟实验室■■■■■■■�●●■■一⋯∞� 靖�寥バ�衣�影辉侥��慷�竺��枚��P腕谩猨：由图����．�可知，若信号频率高于思奎斯特频率．采样后的信号波形出现严重失真，且频谱与原始信号的频谱也不一致，因而不能还原原来的信号。而当信号频率低于思奎斯特频率，采样后的信号波形较好，且频谱与原始信号的频谱一致，因而能还原原来的信号，采样信号与原始信号的比值越大，教果越好。二极管的伏安特性指二极管两端电压与通过管子的电流之间韵关系曲线。当正向电很小，几乎为零，二极管呈现较大电阻，这段区域称为�狼�薄�。叫做死区电压。正弦信号，测量二极管的电压与电流就可以得到特性曲线。流过二极管制电流与电阻中 的电流机同，可以用电阻两端电压除咀电阻，而二极管的电压可以用总的电源电压减去电阻端电压，综上分析，本测量电路中只要输出一路信号，测量一路信号就可以了。�硬件电路袁��二极管特性测量通道分配裹��涑鲂藕��本设计中两个输入控件，分别控制输入信号的频率与幅值；一个波形图表显示输出特性曲线。�所示。 顸±论文基于�骲�褀的高职高寺电子信息专业虚拟实验平台构建表��正弦信号发生器参数简介说明�波形频率�ノ晃狧�，默认值为���畦掏�二极管特性曲线测量程序框瞄 ��贚���的虚拙实验平台构建碰±论女誊警童譬蕾≥一 基于�鷙�的高职高专电子信息专业虚拟实验平台构建生一个周期的阶梯波的数据样本，循环中使用了初始化数组和创建数组两个函数，每次循环产生的元素个数为���K刂滴=滋莶ㄔ隽坑雥的数组之积，加到上一次的数组中。循环结束后就得到所要的样本。图的右下角是先将上面得到的两个样本先转换为波形格式，然后再组建为波形数组，送给采集助手进行输出。匿星兰二唇雪�三极管输出特性曲线程序框图为了测量三极管的特性曲线，应产生一个阶梯波加于三极管的基极．同时要产生一�所示，由正弦艘髓�输出信号波形集电极电流作为纵坐标，电源电压减去发射极采集信号即为晶体管的��电压，也就是横坐标。 �瞬态电路电压测试实验�串联电路充放电原理图如图����荆�盞打到�保�缛莩涞纾�贝虻�时，��分别表示充电和放电时电容上电压随时间的变化规律。由上述讨论可知，充放电过程的快慢是由、的大小决定的，通常将这个乘积称为电路的时间常数�虺谠ナ奔洹Ｔ诘缛莘诺绻�讨校�涞缪顾ゼ醯匠跏贾档囊话�或充电过程中，电容电压上升到终值的一半��枰5氖奔涑莆0胨テ冢�话阌肨�表示。 ���凑胀���瞬态电路测试电路图��瞬态电路测试接线示意国 Ⅲ士论文�的电路编写用户本身的⋯��—�—�τ—贸—绦颉—３—绦蚩�蛲；既缤��；�五所示；。一——————————嘎唾霆一氅，�‘�����Ⅱ．���� 区，在两个不同的工作区域，集成运放的传输特性是不同的。利用这一特点，适当设计电路及选取元器件参数，就能用集成运放来实现信号的运算、交换、处理、产生等功能，从而使得集成运放在实际中具有极广泛的应用。上图中，根据“虚断”的概念，又因为‘��半一惫，输出电压与输入电压成比例关系，且相位相反。此外，由于反相端和同相端的对地点。��诠ぷ髡驹�桶迳希�凑找韵略�硗�．�所示，构造一个增益为�的简单�两��岫� ���怂惴糯笃魍�笔褂�����怂惴糯笃魇涑龅缪筕���又潦静ㄆ魇淙胝虢挪宀踇�������。��覰���仪器启动界面中，选择函数发生器和示波器。����设置为��疊����＝獵�������设置为����信号。 ��测试电压�显示在通道��怂惴糯笃魇涑龅缪筕��允驹谕ǖ繟。��由于测试信号由��产生，所以要将触发源设置为����通过示波器窗口测量运算放大器输入�ǖ繠�褪涑�通道�的幅值。输出信号相对于输入信号呈反转状态，这与反向运算放大器电路的特性相符。��计算电压增益�ǖ繟与通道�姆�抵��。试验������范围内的一组频率。观察变化。由图����荆�邮静ㄆ鞔翱谥胁饬縊��输入���褪涑���的幅值，”。波形为蓝色，��ㄐ挝B躺ǎ�梢苑⑾帧胗搿埃�辔幌喾�频率相同，�５姆�峰值为������，“．的峰．峰值为�×��，计算电压增益为�。测量结果与理论值一致，该电路为反相比例运算电路。 ��总结中的应用进行了较为系统的理论研究，并开发了实例，在实际教学中起到了很好的效果，利用虚拟仪器技术使实验教学更加先进和完善，测试结果更加精确和直观。另外，由于软件易于更新，可以随时加入最新的算法和研究成果，能使实验系统的性能和功能不断的发展、完善，始终保持最先进的水平。在发达国家，虚拟仪器技术的推广应用十分普及，特别是在测量和控制领域应用广泛。本课题的研究对改善和提高高职院校理工科实验教学质量是有所帮助的，在我院的教学中已应用于教学实践，取得了良好的效果。学生在掌握相关的设计方法后可以充分发挥自己的想象力和创造性，开发出新的虚拟仪器，设计各种各样的验证性和研究性试验。这样一来，学生在完成新仪器的开发学习过程中可以学到许多新知识，同时又可较好的完成实验教学内容，将理论与实践完美的结合在一起，使其更具有成功感，并提高其学习新知识的兴趣。析和处理几个方面阐述了虚拟仪器的硬件构成和软件设计，自行开发了信号发生器、数字滤波器、谐波分析仪等常用的虚拟仪器，并设计了晶体管特性测试、�瞬态电路电压测试、基本运算放大电路测试等基础实验。可以看出，由计算机、数据采集卡及相应软件构成的虚拟实验仪器是切实可行的，而且可以最大限度的利用计算机资源，降低了成本，提高了效率。�⒗�肔���语言研究和开发了信号发生器、数字滤波器、谐波分析仪等虚拟、仪器；晶体管特性测试仪、�瞬态电路电压测试、运算放大器应用电路测试、调幅与检波、采样定理等演示和实操型实验。� 根据目前虚拟仪器实验教学的发展和本文的研究给工作，在本文的研究基础上，下一步的工作是：��诖嘶�∩辖�徊娇7⒍嘀中槟庖瞧鞑�罚�缍喙δ鼙怼⒐β时怼⑸ㄆ狄恰�表等，以求构成完善的虚拟实验仪器系统。� 致谢致谢本文的研究工作是在导师张重雄教授的精心指导下完成的。张教授知识渊博，治学严谨。从论文选题、方案制定、工作实施到论文撰写无不渗透着导师的心血和汗水，凝结着导师无微不至的关怀。导师在学习上给了本人很多帮助和教育。作论文过程中，每遇问题都能从张教授处得到解决问题的思路；张教授多次批改过本文，有些章节从字到段、节、章，都是在张教授的指导下修改完成的。导师认真严谨的治学态度、渊博的知识、创造性的思维、勤奋求实工作作风和不懈的学术追求是本人学习的榜样，在此向张另外，美国国家仪器公司中国分公司倪斌工程师、黄植希工程师和常州轻工职业技 【�恐芪奈��跤浚�鹧啵�槟庖瞧骷际跫捌浣萄вτ谩綣】．浙江工业大学学报，【�垦罾制剑�詈Ｌ危�罾诘龋甃���程序设计与应用��版��．北京：电子工业出【�】李伟．����诘缱硬饬坑胍瞧鞫嗝教褰萄е械挠τ谩綣】．电气电子教学学报，�������【�】刘翠响，王宝珠，贾志成．����凇案咂档缱酉呗贰笔笛榻萄е械挠τ谩綣】．电气电子教学学报，����：�．�．�．�������氖�莶杉�胄藕糯�硐低场綣】．现代电��� 科学版�����：�．�【�】全力，陈照章，唐平，成立，苏清祖．信号处理虚拟仪器系统硬件设计�】．仪器仪表学报，��������【�】����珹������琒�����琍����瓵������—��������甈������������，�������瓽��������，�����������入门．�����笱В����� 基于LabVIEW的高职高专电子信息专业虚拟实验平台构建作者：李君学位授予单位：南京理工大学本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1698447.aspx授权使用：北京服装学院(bjfzxy)，授权号：49050957-2967-41c2-9111-9e7a00c93be7下载时间：2011年1月29日