虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用研究

邓辉

摘要：随着社会的进步，信息技术的发展，传统的实验方式赶不上时代的需求，而是要将虚拟仪器引入电子技术演示实验。本文对虚拟仪器技术进行了简单介绍，并详细阐述了虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用。

关键词：虚拟仪器；电子演示实验；应用

1 虚拟仪器技术简介

1.1 虚拟仪器技术定义

所谓虚拟仪器技术，就是将具有较高性能的模块化硬件与灵活性能优越的软件有机结合起来，前者如虚拟示波器等，后者如Lab-VIEW、Signal Express等，以便确保相关测试、测量以及自动化应用顺利实现。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。

1.2 虚拟仪器技术的构成

如图1所示，虚拟仪器技术大致可以分为三部分：第一，灵活且高效的软件。对专门程序模块进行设计或调试，在充分利用适宜软件的支持，可以确保所创建出的人机交互界面的高效性及友好性。诸如Lab-VIEW标准图形化编程软件以及Signal Express连接设计及测试交互软件等就是有力证明；第二，模块化I/O硬件，一直以来，只有在虚拟仪器技术发展的较为成熟之后才会进入到测试阶段，随着信息时代的到来，客户对测试需求日益上升，要求也越来越高，例如，在电子市场，消费者就要求：尽可能多的功能以最低的成本集成在最有限的空间之内。美国国家仪器有限公司就设计出较为全面的软件及硬件解决方案，可以向使用PCI、PXI、PCMCIA、USB以及1394总线配置专门的模块化硬件产品，产品种类多种多样，涉及数据收集、信号条理、测试声音及振动、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O以及CAN接口等工业通讯；第三，具有集成性能的硬件级软件平台，依托于PC平台并且具备同步集成功能，设置有高端定时及触发总线，此外还具备一系列模块化的I/O硬件以及相关测试软件，以便开展较为精准且吞吐量较高的测试，构建真正意义上的自动以测试方案。

1.3 虚拟仪器与传统仪器的区别

构成虚拟仪器的香瓜软件及硬件均是没有经过厂家定义及封装处理的，一方面，利用具有优越功能以及效力吐出的 软件可以对采集、分析、存储、共享以及显示等进行自定义，另一方面，虚拟仪器与功能相近的传统意义上的仪器相比，二者在价格方面差异不大，并且，随着检测量的越来越大，利用虚拟仪器技术所实现的成本节省优势将会更加显著。

传统意义上的仪器，厂家在设备出厂前已经对其进行了定义，此外还对相关软件及电路进行了封装，用户所得到的是已经将软件与电路结合在一起的、功能有限的仪器。此外，传统意义上的仪器还面临着老化的问题，特别是在资金较为紧张的背景下，用利用计算机构建的集成化测试平台取代传统意义上的测试仪器，一方面，可以充分满足电子技术演示实验的现实需要，另一方面，所拥有的设备还能得到充分有效的利用，有效控制实验费用。也正是由于虚拟仪器所具备的性能优越、扩展能力强、节省开发时间以及可以实现无缝集成等优点，所以备受推崇。

2 虚拟仪器在电子技术演示实验中的设计

2.1 发生器信号测试

对发生器信号进行检测的基本环境包括多功能信号发生器以及F24U各一台，其中，F24U需要进行按照以下要求进行设置：将频率设置为4MHz，时基旋钮2.5us，通道幅值为0.5V，自动触发，实时模式，交流耦合且一比一衰减，详见图1。

2.2 PAL复合视频信号测量

PAL复合视频信号测量所需要的测试环境为PAL视频信号发生器以及F24U各一台，其中，F24U需要依以下步骤进行设置：设置采样频率为4MHz，时基旋钮25us，通道幅值为0.3V，反向触发，实时模式，直流耦合且一比一衰减。

2.3 虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用

采用Flash设计的前端仪器模块，通过万用表采用用伏安法测电阻时，只要能算出待测电阻两端的电压即可。一般来说，万用表应看三个指标即满偏电压、满偏电流和内阻，由于电表此时满足部分电路欧姆定律，故三个指标中只有两个是独立的，利用任意两个指标可由欧姆定律求出第三个指标。这也说明电表可扮演三种角色，例如一个电压表，既是一个电压表（测内阻RV两端的电压），又是一个定值电阻（阻值为内阻RV），同时还能反串电流表（“测”通过RV的电流）．能否“测出”通过RV的电流，就取决于其内阻是否已知。

具体操作方法为：

①单击开关 打开万用表

②测量电阻前，根据电阻色环大致判断电阻阻值大小，将万用表按钮要旋到要相应的档位，此时万用表显示1。

③测量电阻时， 将笔放到电阻两端，读出万用表上数据，在下方的问题列表中选择答案，选对则在后面打√，不对则打×

2）电路存取模块

电路存取模块要能够满足用户随时存储或者调用电路。当用户要对当前的电路进行保存时，系统会想控制中心发送保存的命令，而控制中心在接到命令之后，会将相关的信息进行搜集，并且封装成XML格式的文件，随后将该等文件发送到后台进行保存。控制中心手机并封装的信息应该包括了电路元件信息、电路板上的OUTLET信息以及相关的电路仪器月电路板自身的所有相关信息。而当用户需要读取他之前保存的数据之时，也是通过系统向控制中心发送读取的命令，系统控制中心再接收到命令之后，会对命令进行判断，并且根据判断结构调取相应的电路信息文件，再传递给数据的读取模块，供用户查阅。

随着时代的发展，信息技术的进步，计算机硬件升级频率越来越高，互联网的影响范围也越来越广，以及广泛深入到工作、学习以及生活的方方面面，在电子技术演示实验中，虚拟仪器也已经可以取代大部分的传统意义上的电子类实验设备，将虚拟仪器引进电子技术演示实验当中，一方面可以达到硬件资源以及人力资源有效节约的目的，另一方面，还提供了一个十分有利的学习平台，为研究的深入提供了有利条件。当前此技术已经在航空航天、物理以及国防等诸多领域得到普遍应用。

3 结语

在电子技术演示实验中引进虚拟仪器，一方面，不再受到时间以及设备的限制，另一方面，有培养创造能力以及实践操作能力。但需要注意的是，虚拟仪器并非完美无缺，当与其他设备进行连接时，极易受到客观环境的制约；在面对较大的计算任务时，常会出现较为严重的延时问题；此外，虚拟仪器实验不适宜单独进行，否则会导致对实体仪器了解不足的后果。笔者主张在进行电子技术演示实验时将虚拟仪器与传统意义上的仪器有机结合起来。

参考文献

[1]郝建勋.基于网络的高频虚拟实验室的设计与开发.大庆石油学院,发表时间:2006-03-15

[2]王小明.虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用.中国科技信息,2006年 第09期

[3]周又平,梅长彤,徐慧.虚拟仪器教学实验平台在电子技术类课程的应用.实验技术与管理,2006年 第03期

[4]李梅,陈玉东,刘慧芳.基于虚拟仪器技术的电子信息类课程的教学实验平台.实验室研究与探索,2005年 第01期

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文