基于ＬａｂＶＩＥＷ的数字仿真实验平台的设计

吴正明　李　君

摘要 利用虚拟仪器软件开发平台，在计算机上通过对前面板和后面板的编写来完成实验室及电子课程实验教学中所涉及的数字电路的制作，实现数字电路的逻辑功能的模拟仿真，在实验教学过程中具有实际意义。

关键词 虚拟仪器；数字电路；仿真

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）02-0081-02

随着低成本高性能的计算机资源普及运用，数字化仪器平台逐渐取代传统电子仪器已成为一种趋势。我国理工科学校的教学、科研需要大量的测量分析仪器设备，特别是电子类实验教学，每种仪器都必须配置多套，而且有些仪器设备价格十分昂贵。因此购置仪器设备的巨大投入经费，一般学校难以承受，造成仪器设备缺乏和过时陈旧等现象，严重影响教学科研效果[1]。如果把虚拟仪器运用到实验教学和科研中，不但可以节约大量仪器设备的经费投入，而且能够提高实验教学和科研的质量与效率。

1 LabVIEW的编程简介[2-3]

在LabVIEW环境下开发的应用程序称之为VI。VI是LabVIEW的核心，由一个人机交互的界面——前面板(Front Panel)和相当于源代码功能的框图程序——后面板（Diagram）组成。

前面板是程序的界面，在这一界面上有控制量(Controls)和显示量(Indicators)两类对象。在前面板中，控制量模拟仪器的输入装置并把数据提供给VI的框图程序，例如开关、旋钮；而显示量则是模拟仪器的输出装置并显示由框图程序获得或产生的数据，例如用于显示波形的窗口等。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点被用来实现函数和功能调用，图框被用来实现结构化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流，定义框图内的数据流动方向。

后面板又称代码窗口或流程图，是VI图形化的源程序，在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出等功能。流程图中包括前面板上对象的连线端子，还有一些前面板上没有但编程必须有的对象，如函数、结构和连线等。

2 数字电路仿真实验平台实现[3-4]

在电子技术课程中，数字电路作为电类专业的基础核心课程，其实验教学是十分重要的环节，实验包括半加器、全加器、数据选择器等内容。

2.1 半加器的设计半加器电路是指对两个输入数据位进行加法，输出一个结果位，不考虑低位数据的进位，产生进位输出的加法器电路。

输入信号：A、B；输出信号：本位和S，向高位的进位C。逻辑表达式为：，C=AB。

根据其逻辑关系用LabVIEW编写流程图，如图1所示。

其实现功能为：当单独按开关A或B时S亮，当开关A，B同时开时C亮，S暗。

2.2 全加器的设计在相加的过程中，除最低位外，其余各位既要考虑本位的被加数Ai和Bi，还要考虑低位向本位的进位Ci-1，就是说低位的Ci-1也作为一个独立的变量参与运算。因此，所谓全加就是求取三个变量（本位Ai、加数Bi输入以及低位向本位进位Ci-1）的和S及本位向高位的进位Ci。

因为全加器是基于半加器做成的，其中部分电路是半加器，所以可以利用LabVIEW中子VI的功能将半加器打包成一个子程序，作为VI模块调用。如图2所示。

2.3 平台的构建最后以相同的步骤完成减法器、数据选择器、计数器、触发器、译码显示等模块的设计，再将实验仿真模块整合到一个平台中，使用时只需点击选择模块按钮，就能调用其实验模块。这样在实验教学中就可以非常方便地使用和查看各个模块的功能。这就构成一个数字电路仿真实验平台，如图3所示。

3 总结

数电实验教学是电子技术课程必须进行的一项教学活动。用虚拟仪器开发平台开发各种不带相关功能硬件的“虚拟实验平台”，不但简单易行，且交互性、可操作性和真实感与实际的实验仪器基本相同[5]。由它们组成一个个虚拟实验平台，可以让学生在虚拟实验平台对实验进行模拟操作，并为实际使用虚拟仪器设备和后续的课程设计打下较好的基础，还可降低教师的劳动强度，减少仪器设备的损耗，又可以提高实验教学质量与效果。以数字电路仿真实验平台为例，根据实际使用的虚拟仪器模块整合成一个实验平台，可以组建一个基于LabVIEW的虚拟实验室。

参考文献

[1]周求湛,等.虚拟仪器与LABVIEW7 Express程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版,2004

[2]美国NI公司.LabVIEW基础教程[M].汪敏生,等,译.北京:电子工业出版社,2002

[3]杨乐平,李海涛,等.LabVIEW高级程序设计[M].北京:清华大学出版社,2003

[4]北京中科泛华测控技术有限公司.计算机虚拟仪器图形编程LabVIEW实验教材[M].1998

[5]武一.基于LabVIEW实现数字电路的仿真[J].微计算机信息,2007