利用LabVIEW开发数字信号平均实验远程教学系统

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1、利用LabVIEW开发数字信号平均实验远程教学系统DevelopmentofaDistant-controlDigitalSignalAverageExperimentTeachingSystemByLabVIEW作者作者：蒋珍美作者吴先球职务职务：物理教研员职务(硕士)副教授(博士)单位单位：广州市越秀区教育局教研室单位华南师范大学物理系应用领域应用领域：应用领域院校，物理网络实验教学挑战挑战：挑战远程控制实验仪器并操作实验，异地实现真实物理实验的整个过程。应用方案应用方案：应用方案使用LabVIEW软件开发一个高效的、独创的双宿主机模式的远程控制实验教

2、学系统。使用产品使用产品：使用产品LabVIEW软件摘要摘要：摘要为满足远程实验教学的需要，研制了一套基于双客户机/服务器模式和采用TCP/IP的数字信号平均实验远程教学系统。该系统实现了学生通过互联网实时地操作实验室的信号发生器、调节信号大小旋钮以及将原始混合信号波形、累加处理后的波形和由摄像机捕获的实验室现场仪器运行情况实时地返回给远程的实验者，从而在异地完成真实数字信号平均实验过程。关键词关键词：关键词LabVIEW；TCP/IP；远程实验；双客户机/服务器；数字信号平均实验1引言在当今日新月异的信息时代，学习的社会化和终身化成为人们的迫切需要，远程

3、教育成为教育改革的发展热点。新世纪网络实验教学不应仅停留于多媒体课件的制作与再现，而应该发展成为一种具有传统真实感且运行于客观环境的远程实验教学模式[1]。远程控制实验就是这样一种“虚（拟仪器面板）——（硬件设备）实（体）——真（实）实验场景”的网络实验教学新模式。它具有仿真实验和虚拟实验的全部优点，而且增加了实验操作的真实性，在实验软件共享的同时达到了实验硬件共享的目的。它是计算机网络应用于实验教学的一个发展方向，提供学生一种全新的实验范型。目前国外大学如CarnegieMellonUniversity,USA,[2]NationalUniversity

4、ofSingapore[3]已成功地开发出若干个实验。但国内还处于起步阶段，作者尚未发现各高校在远程控制物理实验方面的网络实现或相关的文献报道。我们开发和研制了基于双宿主机模式的远程控制数字信号平均实验教学系统，学生可以从任何一台上网的电脑上操作我们实验室的信号发生器，调节噪声发生器和加法器上的噪声和混合信号幅度旋钮，设置累加次数，按确定按钮后，原始混合信号波形图、累加后的实时波形图和由摄像机捕获的旋钮转动情况及时反馈给远程的学生，这样学生就在异地实行控制实验室的仪器，完成真实数字信号平均实验的过程。2系统硬件结构2.1实验装置数字信号平均实验装置[4]如

5、图1所示，由噪声发生器、信号发生器、加法器、带声卡的IBM兼容计算机噪声发生器加信号输入左声道法声卡DSP右声道计算机信号发生器器触发输入图1实验框图1组成。噪声发生器产生的白噪声与信号发生器产生的信号相加后得到的混合信号送入声卡的左声道线路输入，信号发生器的同步触发信号（方波）送入声卡的右声道线路输入。由声卡对两路输入信号进行模/数转换后的数字信号送入计算机。噪声发生器的电路结构如图2所示。电阻R1接在第一个运算放大器的正输入端上，其中的载流子的热运动引起热噪声。噪声电压由两个运算放大器进行高增益放大得到一定的幅度后送入如图3所示的加法器电路。为便于观察

6、实验现象，在加法器电路中加入了三个电位器VR1、VR2、VR3，分别调节信号幅度、噪声幅度、混合信号输出幅度。图2噪声发生器图3加法器电路图2.2实验装置的计算机控制信号发生器采用SRSMODELDS345CableSYNTHESIZEDFUNCTIONInstrumentPCGENERATOR[5]，DS345信号发生器提供了DCD11DCDRS-232和GPIB（IEEE488.2）接口。用一条RX22RXTX33TX串口通讯线连接计算机串口和信号发生器DTR44DTR的RS-232接口，两个RS-232端口之间的连GND55GNDDSR66DSR接为

7、DTE（DataTerminalEquipment）-DTERTS77RTSCTS88CTS的连接方式，接线图如图4所示。计算机与RI99RI信号发生器之间便可以通过原语（SCPI：DB9DB9DB9DB9StandardCommandsforProgrammableMaleFemaleFemaleMaleInstruments）命令字进行通讯。图4RS-232连接图噪声发生器和加法器中的+5V噪声幅度旋钮和混合信号幅度R3R41K1K旋钮的调节电位器用直流电机Q5Q25551控制（见图5）。步进电机的驱5551MOTERQ4动电路通过PC机的并行口555

8、1R1D0/LPT1+-ALPT1[6]控制。利用LPT1的D04