浅谈labview在电子工程实验教学中的应用

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1、浅谈Labview在电子工程实验教学中的应用李辉张持健安徽师范大学物理与电子信息学院安徽芜湖241000摘要:虚拟仪器是仪器与计算机结合的产物，具有智能化、软件化等优点。木文基于Labview平台幵发了虚拟信号源和传感信号采集系统。实验表明系统体现了虚拟仪器的特性，满足了电子工程专业对虚拟仪器实验教学的要求且成木低廉，具有较大的实用价值。关键词：Labview信号源信号采集一、Labview简介虚拟仪器是测试仪器与计算机结合的产物，是在以计算机为核心的平台上,由软件实现测试功能的智能仪器系统。自从美国国

2、家半导体公司(NationalSemiconductor,NI)于70年代提出虚拟仪器的概念以来，虚拟仪器因其软件化、模块化、通用化等优点，大大突破了传统仪器在灵活性以及数据处理、显示、存储等方面的不足，在通信、汽车、测控等行业得到了广泛的应用。虚拟仪器最常用的编程语言为labview，是NI公司基于图形化编程语言的虚拟仪器开发工具，内置信号采集、测量分析与数据显示功能，集开发、调试、运行于一体，可以非常容易的与各种数据釆集硬件无缝集成，利用它可以轻松组建一个测试系统而无需进行繁琐的代码编写。木文就将对

3、利用Labview进行电子工程实验教学做一些研究与探讨。二、虚拟信号源设计信号源是电子实验室必备的设备，其主要功能是产生实验所需的各种信号。利用Labview设计虚拟信号源可以加深学生对各种信号特征的理解，同时训练学生虚拟仪器开发的技巧。将Labview与NI公司的专用虚拟仪器信号处理板结合可以方便地进行信号的合成，如USB600X、USB92XX系列。这类板卡虽然性能优良，配套软件齐备，但是一般价格较贵，普遍在千元以上，相对高校或个人而言实验成木较高。一般声卡釆样位数可以达到12bit,并不逊于常用的

4、数据采集卡；而iL主流声卡在音频（20〜20KHZ）都具奋较好的幅频特性，所以当采样率设为44.1KHZ时可作为音频信号源。笔者就利用声卡结合Labview设计了一款低成本虚拟信号源。Labview音频输出的相关函数为：SOConfig.vi和SOStart.vi分别用于配置和开启声卡；SOClear.vi用于释放已经打开的声卡；SOSetNumBuffers.vi申请适当大小的缓冲区，调用此函数可准备好波形咅频数据块，一旦数据准备好，就可调用SOWrite.vi将其俾给声卡驱动程序进行播放输出，SOW

5、ait.vi则完成声卡接收到的所有数据播放完毕之前的等待工作；最后函数SOVolume.vi用于设定波形输出设备的咅量。虚拟信号源的Labview框图程序和前面板是对应的，框图程序相当于传统程序的源代码。程序需要实现各控件参数的初始化、输出通道和精度选择、信号生成等功能。初始化主要是运行几个控制控件和声卡缓冲区大小的设置。输出通道包括mono和stereo,输出精度是由声卡的位数（8位和16位）决定的，因此有四种组合：单声道8位、单声道16位、双声道8位和双声道16位。信号生成部分实现各种信号的生成，是

6、整个系统的核心。Labview程序具有模块化特征，可以将•-个大的VI设计成几个模块，这样冇利于程序的开发和维护。首先根据用户在前面板中设置的各种参数调用不同的子VI生成需要的信号数据，主要包括仿真信号和噪声两个子VI。仿真信号子VI主要用于基本周期信号的生成，使用BasicFunctionGenerator.vi来产生基本的周期信号（正弦波、方波、三角波和锯齿波）；噪声子VI的作用是产生不同幅度的白噪声。前面板是程序的交互式图形化用户界面，应根据仪器所实现的功能，模仿实际的仪器面板来设计。设计完成的虚

7、拟信号源面板与信号输出结果如图1所示，面板左右分别显示2个独立的输出通道，每个通道都可独立设置信号的幅度、频率、初相等参数。本实验系统集成了温度与光强传感器，同时可以扩展传感器接口。其中温度传感器为数字温敏器件DS18B20,能够在-55°〜125°C的范围内提供0.5°C的精度，其优点在于能够直接提供数字温度值，可以与后端MCU直接接口，省去了调理电路。光强传感器则使用光敏电阻。数据采集使用12位ADC器件TLC2543,该器件具有11位模拟输入端，可通过控制字灵活选择不同的输

8、入端U,适合于多传感器输入应用。器件控制字输入和转换数据输出都为串行模式，可以与51单片机以尽可能少的连线接口。51单片机与上位机使用USB接口通信。USB接口基于单一的总线接口来满足多种应用领域的需求，其即插即用、支持热插拔、易于扩展等特性极大地方便了用户，己逐渐成为现代数据传输的主流。由于51单片机自身不拥冇USB接口，所以需要外接USB控制器。本系统使用PL2303来实现USB和RS-232串行端口之间的转换。PL2303使用两个独立