基于虚拟仪器平台的虚拟IC功能实现

黄进文

（保山学院工程技术学院，云南保山678000）

基于虚拟仪器平台的虚拟IC功能实现

黄进文

（保山学院工程技术学院，云南保山678000）

采用虚拟芯片理念，以74153为虚拟芯片设计为实例，讨论了基于LabVIEW设计数字虚拟芯片的方法，并总结了虚拟芯片比传统物理IC更具有开放性、灵活性及更容易与现代通信网络技术相结合的特点。

虚拟仪器；IC功能；实现

1 引言

虚拟仪器LabVIEW具有强大的信号处理功能，是一种图形化的虚拟仪器开发平台，是虚拟仪器系统的核心单元。若构建的虚拟仪器具备某种信号处理功能（通用或专用），为了能与实际集成电路芯片（IC）相区别，本文称具有IC功能的虚拟仪器为“虚拟芯片”。与传统硬件芯片相比，虚拟芯片具有诸多优势，如节约物质成本、使用灵活性强、易于变换更新、开发周期短、一机多用、便于数据存储和传送等。

基于虚拟仪器系统LabVIEW构建的虚拟芯片，其功能不局限于仿真应用，在通过相关DAQ接口并与外部采集系统互联后，即可实现面向任何实际问题的物理应用。本文所讨论的虚拟芯片是具备物理应用功能的，有着实际意义上的应用价值。

2 虚拟仪器系统LabVIEW简介

LabVIEW是美国NI公司开发的虚拟仪器系统，采用图形化编程语言风格的系统平台，是目前使用最广泛的虚拟仪器系统平台，其程序由图标、框图与各类图形对象经连线构成图形化的结构。一个LabVIEW程序就是LabVIEW的一个VI，LabVIEW系统提供了功能非常丰富的VI供用户直接调用（其中也包含了进行数字逻辑运算的VI），用户也可以根据实际需要构建各种功能的VI。本文要讨论的“虚拟芯片”实质上就是一个具备相应逻辑芯片功能的LabVIEW程序。

3 数字虚拟芯片74153设计实例

现以逻辑功能较为简洁的四选一数据选择器74153为例，说明基于LabVIEW的虚拟芯片构建方法。

3.1 74153逻辑功能

74153集成了双四选一数据选择器，其逻辑功能完全相同，其中任意一个选择器的逻辑图如图1所示。

图1 4选1数据选择器逻辑图

图中D0~D3为4路数据输入，输出Y是由输入二进制地址码A1A0指定的4路数据输入中的某一路Di。74153的实际端子及逻辑关系上增加了一个低电平有效的选片控制端子ST，其逻辑真值表及逻辑式如表1、式（1）所示。

表1 74153逻辑真值表

相应的逻辑表达式为：

3.2 虚拟芯片74153构建

（1）相关VI及控件

设计过程要用到的部份LabVIEW VI图标如图2所示，主要是布尔运算及相关的输入输出控件。

图2 设计用到的布尔运算VI图标

（2）程序后面板设计

在系统中找到并拖拽相关图标及控件排列，按图1原理经连线构建的LabVIEW后面板如图3所示。

图3 实现74153逻辑运算的VI后面板

说明：为保证子VI程序在调用过程中的使用灵活性，图3中并不加入各种过程控制框（如WHILE循环等），而应当在具体调用程序中在根据需要加入适当控制环节，即子VI只含逻辑运算结构环节及相关输入输出控件即可。编辑完成，保存文件名即为调用子VI的调用文件名（插入用户VI）。

从后面板中调入已编辑好的虚拟芯片VI图标如图4所示，图中给出了LabVIEW图标的两种显示方式。虚拟的74153与实际的集成IC74153逻辑功能完全相同，但虚拟的74153具备虚拟仪器的特征，而且任意一个虚拟芯片，均可像实际芯片一样应用于实际场合（连接采集接口），也同样可级联拓展运用。

图4 编辑好的74153虚拟芯片子VI图标及连线端子

3.3 实验

现构建一个程序（即LabVIEW后面板），进行实验检验。为使实验可连续进行，将虚拟74153置于一个WHILE循环，并加上结束实验控制控件。构建的后面板如图5所示，操作前面板如图6所示。

图5 74153实验后面板

图6 74153实验前面板

实验过程表明，虚拟74153的逻辑功能与其逻辑真值表1功能完全一致，虚拟芯片在逻辑运算上完全可以取代实际IC，只要配合合适的采集接口即可实现实际运用。

4 结语

通过引入“虚拟芯片”的概念，利用虚拟仪器LabVIEW的强大信号处理功能及平台开发功能，设计开发各种通用或专用的虚拟IC单元及系统，完成相应的信号处理功能，这在实际应用中不但是可行的，而且比实际集成IC在运用上更具灵活性和开放性，还可与现代通信网络技术充分结合，实现基于“互联网+”更广泛意义上的测试及信号处理功能的拓展。

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【 Abstracttract】 The paper discusses how to design a digital virtual chip based on LabVIEW.Experiment result shows that compared with IC,virtual chip has the characteristics of openness,flexibility and it is easy to combine with modern communication network technology.

【 Keywordswords】 virtual instrument;IC Function;realization

Realization of Virtual IC Function Based on Virtual Instrument

Huang Jinwen
(Baoshan University,Baoshan 678000,Yunnan)

TP391.9

A

1008-6609(2016)09-0065-02

黄进文，男，云南腾冲人，硕士，教授，研究方向：电子信息科学方向教学及研究。