基于LabVIEW的数字电路课程远程实验系统

程曦

摘 要： 近年来，计算机技术、网络技术、虚拟现实和虚拟仪器技术的发展，有效支持了网络虚拟实验室的发展和成熟，这些技术一直是许多计算机学者、电子技术学者的研究的热点和方向。本文的主要研究内容是开发和设计网络虚拟实验室。网络虚拟实验室采用当前流行的可视化图形编程平台LabVIEW进行开发，通过编程实现对虚拟信号的数据进行采集、分析和处理，输出虚拟实验的结果，仿真环境下实现了电子类专业学生的设计和开发需求。

关键词： 虚拟实验室 LabVIEW 数据库 网络通信

1.LabVIEW概述

1986年，LabVIEW由美国一家高校研制开发，LabVIEW是实验室虚拟仪器集成开发环境的英文缩写，其是一种图形化的计算机程序设计语言，作为一个强大的具有多种开发设计功能的虚拟仪器开发环境，其提供了可视化的图标代替编写程序文本，采用可视化的编程思想可以有效提高编程效率。在用户开发过程中，可以使用不同的图标或者框图模块组合设计各种虚拟实验仪器的功能模块，同时通过图形前面板实时的交互控制设计结果，具有极大的易学性和交互性，已经在数据采集、仪器控制、信号测量分析、模拟仿真等嵌入式应用系统设计与实现过程中得到广泛应用。

2.SQL Server 2005数据库

2.1SQL Server 2005数据库

数据库DB（Data Base）是在计算机存储设备上合理存放的相关数据的集合。它以综合的方法进行组织，具有最小的数据冗余度，可提供多个用户共享，数据的存储不依赖于应用，数据的组织具有较高的独立性，允许并发使用数据库，能有效及时地处理数据。

2.2LabVIEW访问数据库接口

LabVIEW访问数据库的方法主要包括：利用LabVIEW的ActiveX功能，调用Microsoft ADO对象，利用SQL语言实现数据库的访问；利用NI公司的附加工具包中的数据库接口工具包LabVIEW SQL Toolkit进行数据库访问；通过第三方开发的免费工具包LabSQL访问；通过调用动态链接库DLL（Dynamic Link Library）访问等。这些数据库的基本步骤都是相同的，都要经过连接数据库、执行操作、断开连接这三个步骤。

综合考虑本系统的需求、程序设计语言的接近性，本文在开发设计过程中，选择了使用数据库访问工具包LabSQL实现系统访问数据库的功能，由于LabSQL自身利用ADO组件和SQL语言封装实现，其将底层复杂的连接、操作等封装起来，对于用户开发时是透明的，比较简单易学，仅关注自己的需求即可，无需关注系统的底层细节。

3.系统结构设计

根据系统的需求分析，对实验系统进行总体设计。进入本实验系统界面后，首先要进行用户认证，进行用户登录及注册、密码认证等功能。然后进入实验系统，进行实验选择，包括虚拟实验和虚拟仪器两大类实验，虚拟实验包括数字电路部分、电路分析部分、信号分析部分。虚拟仪器包括示波器、频谱分析仪及信号发生器。进入每个具体实验部分的界面后，可进行更进一步的选择，如数字电路部分中，还可以选择编码器、比较器、加法器、触发器及表决器等实验。

所有功能都是通过应用服务器和用户浏览器之间的交互完成的。与系统相关的数据由数据库服务器维护和组织。用户对系统操作过程的简单描述：由校园网网络连接的教师和学生及系统管理员通过浏览器向应用服务器发起请求，应用服务器根据用户的请求，检索数据库服务器的教务数据，并把服务结果通过浏览器反馈给用户。本系统的用户可以分为三类：学生、教师和系统管理员。不同的用户在系统中的作用和权限是不同的。

4.系统总体调试与分析

4.1系统登录模块

系统登录模块主要实现学生与老师注册、认证、登录功能。因为涉及用户名和密码，在实现过程中前面板需要用到两个字符串输入控件。考虑到用户信息的安全，应将用于输入密码的字符串输入控件的显示方式设置为“密码显示”。用户在首次访问课件系统时，需要通过注册获得访问权限，在注册成为合法用户后，就可以进入虚拟实验室，如图1所示：

图1 登录界面输入

输入用户名后，可以按回车键，光标会跳到密码输入栏，输入密码后，可以按回车键进行密码确认，也可以点击“用户登录”，单击“用户登录”或按下回车键进行验证，如果用户信息不正确的话，会提示“用户名或密码错误，请重新输入”，如果用戶信息正确，则允许登录。

如果用户的权限只是学生，则只有“进入系统”、“修改密码”、“退出系统”这几个按键可用，选择“修改密码”则可以对自己的密码进行修改。

如果用户权限是管理员的话，则多了一个“用户管理”的功能，用于对当前所有用户的密码等信息进行管理。

登录成功后，点击选择系统，便进入实验选择系统，如图2所示，在实验选择系统中，可以了解实验系统分为两部分：虚拟实验部分和虚拟仪器部分。在这样的环境下为学生提供相关实验，点击进入相应实验，便可以进入实验系统主菜单的选择了。从图2可以看出，在实验系统中提供了六个实验菜单的选择。

图2 实验项目

4.2虚拟实验部分

从主界面进入，跳到二界面，选择进入数字电路部分，登录成功后，进入实验选择界面。

学生点击不同按钮进入各实验子菜单，以“实验四触发器”界面为例，每个实验都包括实验预习、实验演示和实验资源等。每个界面都有一个“返回”按钮，点击后可返回上一界面。点击实验演示可以进入实验选择子菜单，如触发器实验包括三个触发器：RS触发器、JK触发器和D触发器，点击后可进行实验操作。

4.3虚拟仪器部分

虚拟仪器部分主要是对学生虚拟实验的提高和拓展，并不作为大纲要求的必选实验，可以作为选择性提高实验，供学生自由选择。返回主界面，然后选择进入虚拟仪器实验，点击示波器，进入实验。

5.结语

本文是基于LabVIEW的数字电路课程远程实验系统，经过实际应用与测试，满足对远程电路实验的操作、管理的要求。本次设计利用LabVIEW 8.6作为软件平台，使用Access对数据进行管理，并在用户界面直观地反映处理后的结果。使用数据库访问工具LabSQL，使得数据库操作更简单且易理解。

参考文献：

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[2]许力，张波，陶薇薇.基于LabVIEW的数字电路实验教学平台设计[J].实验室科学，2011（04）.

[3]王健，王庆利，王洪江.基于Web的虚拟实验室建设策略与关键技术研究[J].中国电力教育.