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模拟电子技术实验设计

(师范学院物理系物理学专业常燕)
(学号:2001124137)

摘要:利用虚拟仪器技术,对现有的电子信息类课程的综合教学实验中的模拟电子技术部
分进行了重新设计;学生利用实验程序,减少了花费在信号的产生和控制以及数据采集上的时间,
学生可以将大部分精力花在实验工作的执行上,提高实验效率,培养学生实验设计能力和数据分
析能力,从而提高学生的科学素质和模拟电子技术实验教学质量。
关键字:虚拟仪器 LabVIEW 模拟电子技术实验 DAQ 数据采集设备
教师点评:论文设计思路清晰,设计目标明确;充分掌握模拟电子技术实验教学的内容及重
点,根据教学大纲的要求,以计算机技术与接口技术为基础,用 PCI6014DAQ 卡搭建实验接口硬
件电路,使用 LabVIEW 设计配套的测量程序,设计了八个模拟电子技术实验(包括实验讲义及相
关程序),相对传统的电子技术实验大大地提高了效率、减少了成本、方便教学,是一个优秀的
毕业设计。(点评教师:蔡红红讲师)

第一章引言
背景介绍
在电子类课程中,实验是一种重要的教学手段。学生通过实验可以加深对所学知识的理解,
增强学****的兴趣,提高动手能力,锻炼在实践中发现问题、分析问题、解决问题的能力。
但是,近年来高校大幅度扩招,学生人数急剧增加,实验室的设备和规模已远远不能满足教
学的需要,存在以下问题:
1. 实验室常规设备多已老化,有的技术落后,有待更换;
2. 同时,常规实验设备的价格高,用途单一,大量更换所需的经费高;
3. 基础实验室面向的专业多、任务重;
4. 受实验条件设备的限制, 很多物理现象很难重复发生;
5. 实验所用设备繁多, 操作也很复杂, 实验者不得不花大量的时间去熟悉和操作这些设
备, 实验效率很低;
6. 实验室仅能按照大纲要求做一些简单的验证实验,学生无法熟悉仪器仪表的使用,很少
有机会做设计性实验,这对调动学生学****的积极性,培养创造精神,加强实践动手能力
都十分不利[1]。
在计算机技术飞速发展的今天,仿真实验的兴起确实解决了实验中大部分问题,但是仿真实
验毕竟只是软件模拟仿真,学生在模拟的电脑屏幕上任意操作,缺乏实验动手能力的锻炼,面对
真正的实验设备又束手无策。我们实验的根本即为采集真实数据,单纯的模拟实验与研究世界的
客观性相违背,这就注定了它不能完全取代真实的实验。
虚拟仪器技术的出现不仅在测控领域掀起了一场革命,同时也给传统的教学实验研究带来了
巨大的变化。虚拟仪器技术是测试技术与计算机技术和通信技术相结合的产物。任何一台仪器,
不外乎由信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出这三大功能构成。如果将测
试技术和计算机技术结合起来实现这三大功能,由测试硬件完成信号的采集与控制,而将信号分
析与处理、结果表达与输出让计算机来完成,这就是虚拟仪器。在一个虚拟仪器内可以很方便地
实现多个传统仪器的功能,比如可以把实验室常用的示波器、信号源、万用表、频率计以及频谱
分析仪等功能集成在一个虚拟仪器内,成为一个“可以拎着走的实验室”[2]。
将虚拟仪器技术应用于电子实验教学,由单个虚拟仪器系统通过软件编程实现多种仪器的功
1
能,并取代传统仪器,不仅可以降低设备购置和维护的费用,节省实验场地, 而且大大提高了研究
人员的工作效率并改进了学生的学****方式。与以往费时的采集数据的过程不同,现在,老师和同
学都可以集中精力分析实验结果并得出结论;学生们可以将大部分时间花在实验工作的执行上,
而非实验系统设备的搭建中。在培养学生综合设计能力、创新思维等方面有着更积极的意义。

目的与意义
在虚拟仪器成熟发展的今天,它解决了传统仪器在硬件上一系列矛盾,更是改进了我们的实
验方式,使得数据实时采集、数据采集与数据处理一体化、数据采集与数据分析一体化。

在传统模拟电子技术实验过程中,学生需要花费大量的时间来调节信号源、示波器、万用表
以及数据的测量和记录,而且测量的数据精度不高,实验的复杂度高。在保证实验原理不变的情
况下,学生可利用虚拟仪器技术进行实验,可以将花费在重复性机械操作上的时间节省下来,主
要精力放于实验工作的执行中,分析结果得出结论。并且与传统的实验模式相比,可设计友好的
人机交互界面,通过人机交互控制实验。
传统模拟电子技术实验完成后要求学生写实验报告,填写实验所的数据。现在可以利用实验
程序在实验过程中自动保存实验数据,减轻学生负担。最重要的是可以实现忠实记录实验数据及
相关信息,如:实验开始的时间和每个