刘丽君+荣黎+姚玉洁+莫翔贵

摘 要：设计了基于LabVIEW的数字电路实验教学平台，论述了平台的主要功能和实现方法。针对如今高校电子类实验室设备少而且陈旧，实验过程中损耗大，难以满足现在的教育要求，通过使用虚拟仪器，替代传统的电子设备来完成更多的实验内容，同时结合计算机强大的功能，有效的提高实验效率，减少实验费用，对实验教学的发展和人才的培养起来非常积极的作用。

关键词：数字电路实验 虚拟仪器 LabVIEW

实验教学是高等院校提高理工科学生动手能力的重要组成部分，它在培养学生综合素质，创新思维等方面起了非常重要的作用。因而创造一个优良的实验环境对人才的培养是必不可少的。

但是，就目前大多数高校的传统电子实验室[1]来讲，实验设备层次不齐而且大多数的实验设备落后于实验的要求。滞后且稀少的实验设备导致部分同学难以全部参与和投入 ，没能充分了解和掌握实验全过程。另外，实验的内容侧重于理论的验证和模仿训练，实验内容十分单一，同学们基本按照实验书和老师的指导按部就班的完成实验，这将学生们的思维限制在一个狭窄的范围内，缺乏对学生创新意识的培养和综合能力的提高，从而很大程度上制约了实验教学的发展和人才质量的提高。因而改革传统实验室迫在眉睫。

虚拟仪器是解决这个问题的方法之一。虚拟仪器[2]是以计算机为核心，把传统仪器的专业化功能软件化，使之与计算机融为一体。目前，最著名的虚拟仪器系统是NI的LabVIEW。运用LABVIEW技术，通过对实验设备与元器件模块化设计，在使用时只需点击选择该模块，就可以方便的使用这些模块进行实验。这大大的节省了实验器材的费用，而且虚拟器材更新速度快。这对培养学生的动手与创新能力有很大的帮助[3]。

一、平台的设计与实现

本项目利用NI ELVIS平台中的LabVIEW，其设计思想是基于计算机的强大功能 ，采用接口标准化的硬件、进行数据采集，而对数据的分析、处理、显示则通过软件编程实现，即采用“软面板“，我们可根据需要自己定义仪器功能[4]，这样既可以避开硬仪器问题，而突出、强化对学生分析及解决问题能力的训练，使虚拟仪器更好的为教学服务[5]。该项目主要针对的是数字电子技术实验， 结合虚拟仪器自身特点及数电实验的特点，利用LabVIEW完成数电实验，后期可继续利用NI Multisim和NI ELVIS相结合完成模电实验。

在数电实验中，由于虚拟仪器LabVIEW中提供的布尔运算VI比较完备，再加上系统本身图形化的语言风格，完全可以做到将“程序——逻辑图——实验过程——输入输出”等过程的结合，使过程简单明晰，可以完成数字逻辑电路中几乎所有的实验及演示，如：半加器、全加器、比较器、计数器、与非门、D触发器、JK触发器、译码器等等，而且，具体的实验或演示过程，还可运用LabVIEW中程序执行过程的“高亮度单步执行”模式，充分地观察到信号的动态流程和逻辑电路的运算过程，甚至可以将某种逻辑运算过程单独开发为专门的用户VI，形成一独特功能的新型概念的“虚拟芯片”，供需要时直接调用。

如果把虚拟仪器运用到实验教学和科研中，不但可以节约大量仪器设备的经费投入，而且能够提高实验教学和科研的质量与效率。另外，由于软件容易更新，随时可以加入最新的算法和研究成果，使实验系统的功能不断发展和完善。

二、平台的检测与应用

为了检测此实验平台的实用性和稳定性。将本平台应用于中南民族大学数字电子技术的实验，学生在短短两周的时间内不仅完成了教学计划规定的32个学时的所有实验，学生还完成了所有的附加实验，并且把许多课本上提到的芯片，但实验不作要求的，也全部完成。

1.实验实例

划拳实验

实验要求：A 、B两人划拳，每人出两只手，一只手可以代表 零或五。两人同时出拳，并且口中喊出一个数字（零、五、十、十五、二十），如果喊出的数字等于A、B两人四只手的数值，那就谁赢。但是当两人喊出的数字相等，结果都是打平。前面板如图1所示。

图1

2.虚拟仪器与传统仪器比较

通过以上实验的实例，学生反映到利用虚拟仪器完成实验，不再是枯燥的接线，或者是简单的指示灯来观察结果，而是有了自己的设计思想，不仅可以有更多的精力用于创新型实验的设计，还利用其图形化的界面进行直观的实验操作，实验过程充满新鲜感，激发了学生的求知欲，学习兴趣也大大的加强。将虚拟仪器与传统仪器的比较[6]如表1所示。

表1

三、展望

为了改善实验条件和改革实验教学方法，更新实验教学内容，提高实验教学课程的水平，把虚拟仪器引入实验教学必然成为一种趋势。通过虚拟实验室，可以随时将电子技术实验搬到课堂上进行演示，理论联系实践，实现实验室走进课堂，仪器搬上讲台，现场操作仪器，动态显示测试原理，强化了教学效果。在课下，还可以使每个学生立刻进入虚拟实验室，实地反复操作仪器，教师也不必担心仪器会被损坏。这样可以大大提高学生们在实际操作中的动手能力，提高实验教学的效果。电子技术虚拟实验室能够反复实现实验内容，对实验过程的细节放大，加深实验者的感受，为实验者提供大量的实验机会。而且，学生通过计算机的广博，对电子技术的各方面都能系统便捷地学习，这是普通的实验根本无法比拟的。发展虚拟实验室，能够节约大量资金和物力，减少器件的损坏，并且能够不断更新，利用现有的丰富的计算机资源，进行学习、设计和仿真。因此，虚拟实验室的建立有很重要的意义。

参考文献

[1]伊妍萍，王健，李天石，LabVIEW在教学测试实验中的应用[J].实验室研究与探索，2002

[2]李晓华，冯玉田. 基于组件技术的虚拟仪器开发[J].上海.上海大学学报，1999

[3]北京普源精电科技有限公司，虚拟仪器在电子技术教学，实验中的应用前景.北京，1999

[4]陈锡辉.LabVIEW8.2从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007

[5]中国电子行业信息网.虚拟仪器网络测控平台.2001

[6]杨利军，王学梅，虚拟仪器技术在实验教学中的应用[J].河北.河北科技大学学报，2006endprint