毕业设计（论文）-基于LabVIEW的虚拟仪器教学系统的设计.doc

1 课题背景
本文所讲的虚拟仪器实验教学系统是在计算机、电子测量技术、信号处理技术、自动控制技术高速发展,而传统仪器下的高校实验教学已严重滞后于信息时代和工程实际需要的背景下,利用美国NI公司的虚拟仪器开发平台----LabVIEW自行设计开发的虚拟仪器实验教学系统。它可用于信号的采集、分析、存储和读取,以及电工、自动控制、计算机等课程的实验教学。本文的课题背景知识包括:数字信号处理技术、工程测试技术、虚拟仪器技术、LabVIEW软件开发平台等。
虚拟仪器在教学上的运用前景
随着低成本高性能的计算机资源普及运用。数学化测量平台逐渐成为测量仪器的基础。在20世纪80年代末美国研制成功虚拟仪器,代表了仪器发展的一种方向。虚拟仪器是计算机技术与电子仪器相结合而产生的一种新的仪器模式,它通常是由个人计算机、模块化的功能硬件与用于数据分析、过程通信及图形用户界面的应用软件有机结合构成,使计算机成为一个具有各种测量功能的数字化测量平台。它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板,完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。
EDA技术借助计算机存储容量大、运行速度快的特点,可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计校验、设计优化和数据处理等工作。EDA成为集成电路、印刷电路板、电子整机和系统设计的主要技术手段。利用当今先进的Electronic Workbench、PSPICE等电子电路设计软件以及一些自动设计的软件,完成电子电路的计算机辅助设计、超大规模集成电路设计、现场可编程门阵列和可编程逻辑器件的实验以及印刷电路板的设计。学生在计算机上完成电路设计计算、电路模拟和印刷电路板设计,并在实验实际制作。在电路设计和鼓掌查询时,应用虚拟仪器技术对各种实际典型电路进行分析和测量,充分利用虚拟仪器的优势,培养学生设计电路系统的能力和实际操作能力。运用虚拟仪器技术,以微机为基础,构建集成化测试平台,代替常规化仪器仪表,不但满足电工、电子实验教学的需要,而且可将这批微机时间较长的缺点得到改善,而且在经济性上也变得合理,从而用数学方法处理信号的范围越来越大,这中趋势仍在继续发展。
测试技术与科学研究、工程师工程实践密切相关。科学技术的发展促进了测试技术的发展,测试技术的发展反过来又促进了科学技术的提高。测量仪器发展至今,大体经历了四代发展历程。
第一代模拟仪器是以电磁感应基本定律为基础的模拟仪表。当20世纪50年代出现电子管,60年代出现晶体管时不我待,便产生了以电子管或晶体管为基础的第二代测量仪器-----分立元件测试仪器。20世纪70年代集成电路的出现,诞生了以集成电路芯片为基础的第三代仪器----数字式仪器。随着电子技术和微处理技术的发展和普及,20世纪80年代以微处理器为核心的第四代仪器----智能式仪器迅速发展和普及。由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高速发展及其在电子测量技术和仪器上的应用,新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现,在许多方面已经突破传统仪器的概念。电子测量仪器的功能和作用已经发生了质的变化。测试技术与计算机技术的深层次结合正引起测试仪器领域里的一场革命,一种全新的仪器结构概念----虚拟仪器,它的出现使人类的测试技术进入了一个新的发展纪元。
虚拟仪器及LabVIEW的发展
在这种背景下,20世纪80年代末美国率先研制成功虚拟仪器(Virtual )。所谓虚拟仪器就是利用通用计算机为核心,加上特殊设计的仪器硬件结构平台,由用户设计、定义虚拟仪器面板,测试功能由软件实现的一种计算机测试系统,形成既有普通仪器的基本功能又有一般仪器所没有的特殊功能的高档、低价的新型仪器。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命,代表着仪器发展的最新方向和潮流,对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响。
虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能,建立虚拟仪器面板,完成对仪器的控制,数据分析与显示,代替传统仪器,改变传统仪器的使用方式,提高仪器的功能和使用效率,大幅度降低仪器价格,使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能。虚拟仪器可广泛应用于电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等诸多领域。国际上从1988年陆续有虚拟仪器产品面市,当时有五家制造商推出30种产品
。此后。虚拟仪器产品每年成倍增加,到1994年底,虚拟仪器制造厂已达95家共生产1000多种虚拟仪器产品,销售额达2。93亿美元、,占整个仪器销售额73亿的4%。美国是虚拟仪器的诞生地,也是全球最大的虚拟仪器制造国,生产虚拟仪器的主要厂家有HP公司目前生产100多种型号的虚拟仪器。Tectronix公司目前生产约80多种型号的虚拟仪器,