浅议虚拟仪器在电子实验教学中的应用

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1、虚拟仪器在电子实验教学中的应用江苏广播电视大学通州学院陈晓明摘要：用show软件在计算机上实现了常规仪器的虚拟，拓宽了常规仪器功能。使电子实验的计算机辅助教学（CAI）的形象性与精确性得以兼顾，并可为电子类科研文章的写作提供便利。关键词：CAI虚拟仪器；数据采集计算机辅助教学是目前一个从理论到教学实践都很感兴趣的课题。利用计算机及相关配套的多媒体设备可以实现抽象理论的形象化。但是目前实验的CAI开发与研制都集屮在具体的实验项目的仿真，或是利用计算机进行的数据处理,所以形象化与精确性往往不可兼得。而利用计®机来实现仪器的虚拟却具有很多优点，就是在科研中也有重要的应用。但有关虚拟仪器的应用

2、实例，尤其是可操作性强的文章更是少见。本文给出了SHOW软件的应用实例，以及如何巧妙地利用电脑声卡的AD/DA转换电路，将电脑变成一台集信号发生器、双踪示波器、频率测试仪、万用表等常用的重要仪器于一体的虚拟仪器，不仅其功能比各常用仪器强大，而且精确度等指标都没有随形象化的实现而减弱。一、虚拟仪器及其优点虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，它是利用现有的计算机，配上相应的硬件（如数据采集卡、输入/输出卡、GPIBP等）和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，乂有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器，虚拟仪器系统的构成可分成3个部分：第一是数据采集系统，通常是专用数据采集

3、卡；第二是采集数据的处理和分析系统；笫三是结果显示系统，包括显示器、打印机或绘图仪。在电子实验中常用的仪器种类多，数量大，体积庞大，因而维修工作量也比较大，而且目前好的仪器其价格也比较商，例如：无论是数字存贮示波器，还是频谱分析仪的价格都是普通示波器的十儿倍。如果在电子实验中，应用虚拟仪器，可以在不增加实验经费的情况下，对学生进行较先进仪器的操作、使用训练。而且像飞行员在模拟器上飞行训练一样，可把因操作失误而造成的损失降到最小，使川虚拟仪器，一方面，可使学生能进一步熟练计算机操作技能，另一方面，又能熟悉仪器的面板功能、调节按钮和操作使用过程，不存在任何操作不当而损坏仪器的事故，使用虚拟

4、总结起来有以下优点。①将多种常用实验仪器集成在一台个人计算机上，可同时实现多种常用仪器的功能。②可根据需要设计虚拟仪器功能，仪器功能从厂商定义转变为用户定义，使功能更贴近需要。③虚拟仪器主要由软件组成，因此易修改更新，功能扩充性强，可使仪器不断升级。④虚拟仪器易实现网络化，可将整个实验室组成区域网，提《仪器设备的利用率，提岛实验室开放程度，从而更有利于实验指导和管理。⑤提高了信号测量效率，而仪器本身也不易损坏，维修方便。⑥扩充了实验内容，节约了可观的实验经费。⑦利用虚拟仪器的存储与打印功能，可以为电子类科技文献写作提供便利。二、仪器虚拟的准备（一）软件的下载与安装SHOW软件是中国科技

5、大学严宇亮研制开发的。这一软件可以在咅频范围内替代信号发生器、双踪示波器、频率测试仪、万用表等仪器。该软件目前有免费版本，但缺少应川的详细说明，如果使用不当，会损坏计算机设备。该软件可以在互联网上下载（0.94版本，仅64KB大小）。将下载后的压缩包解开后，会得到“show.exe”和“使用说明.chin”两个文件,运行“show.exe”后即进人虚拟仪器的主界面。（二）硬件的准备与联接准备一根三芯屏蔽线，一端接上三个鳄鱼夹，分别是左（L）,右（R），地（GND）,另一端接上一个直径3.5〜的立体声耳机插头，并按此法制作两根即可，其作用是通过电缆采集实际实验电路中的测试信号。作为数据采

6、集系统的核心器件的声卡并无特殊要求，只要能满足采样频率大于44.1kHz，可输出16bit的立体声即可，即使是集成声卡也可以满足要求。只要不是非常老式的声卡都可满足要求，我们使用的声卡是AvanceAC’97集成在主板上的声卡。连接，将一根测试电缆3.5〜耳机插头一端插人声卡的lineout口作为输出电缆，另一根按同样的方式插人声卡的linein口作为输入电缆，如來声卡上没有linein口，也可以选择MICIn,但此吋示波器将只能单踪工作，万用表也只能测电压了。调整：打开电脑的音量调节软件，在属性中调出录音音量控制面板，将输入方式选成“线性”并适当调整音量，同时禁用一些不常用的设备，如

7、MODEM、CD等的音量调节，以尽量减少对测量的干扰。三、虚拟仪器的使用（一）示波器虚拟示波器是虚拟仪器最有特色的功能，运行该软件后，默认将启动示波器，在界左下方的“示波器工作方式”下.可以选择示波器的五种工作模式，分别如下：X单踪示波器XI，X2双踪示波器（见图1）X-Y两路信号分别做X轴、Y轴输入（见图2）X1+X2两路信号相加（见图3）频域显示信号的频谱分布（见图4）阁1显示的波型说明能实现双通道双扫描的功能。这是通用双踪示波器不可能实现