虛擬儀器在電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究

鄧輝

摘要：隨著社會的進(jìn)步，信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式趕不上時(shí)代的需求，而是要將虛擬儀器引入電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)。本文對虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹，并詳細(xì)闡述了虛擬儀器在電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；電子演示實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用

1 虛擬儀器技術(shù)簡介

1.1 虛擬儀器技術(shù)定義

所謂虛擬儀器技術(shù)，就是將具有較高性能的模塊化硬件與靈活性能優(yōu)越的軟件有機(jī)結(jié)合起來，前者如虛擬示波器等，后者如Lab-VIEW、Signal Express等，以便確保相關(guān)測試、測量以及自動化應(yīng)用順利實(shí)現(xiàn)。自1986年問世以來，世界各國的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。

1.2 虛擬儀器技術(shù)的構(gòu)成

如圖1所示，虛擬儀器技術(shù)大致可以分為三部分：第一，靈活且高效的軟件。對專門程序模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)或調(diào)試，在充分利用適宜軟件的支持，可以確保所創(chuàng)建出的人機(jī)交互界面的高效性及友好性。諸如Lab-VIEW標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件以及Signal Express連接設(shè)計(jì)及測試交互軟件等就是有力證明；第二，模塊化I/O硬件，一直以來，只有在虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的較為成熟之后才會進(jìn)入到測試階段，隨著信息時(shí)代的到來，客戶對測試需求日益上升，要求也越來越高，例如，在電子市場，消費(fèi)者就要求：盡可能多的功能以最低的成本集成在最有限的空間之內(nèi)。美國國家儀器有限公司就設(shè)計(jì)出較為全面的軟件及硬件解決方案，可以向使用PCI、PXI、PCMCIA、USB以及1394總線配置專門的模塊化硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類多種多樣，涉及數(shù)據(jù)收集、信號條理、測試聲音及振動、視覺、運(yùn)動、儀器控制、分布式I/O以及CAN接口等工業(yè)通訊；第三，具有集成性能的硬件級軟件平臺，依托于PC平臺并且具備同步集成功能，設(shè)置有高端定時(shí)及觸發(fā)總線，此外還具備一系列模塊化的I/O硬件以及相關(guān)測試軟件，以便開展較為精準(zhǔn)且吞吐量較高的測試，構(gòu)建真正意義上的自動以測試方案。

1.3 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的區(qū)別

構(gòu)成虛擬儀器的香瓜軟件及硬件均是沒有經(jīng)過廠家定義及封裝處理的，一方面，利用具有優(yōu)越功能以及效力吐出的 軟件可以對采集、分析、存儲、共享以及顯示等進(jìn)行自定義，另一方面，虛擬儀器與功能相近的傳統(tǒng)意義上的儀器相比，二者在價(jià)格方面差異不大，并且，隨著檢測量的越來越大，利用虛擬儀器技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的成本節(jié)省優(yōu)勢將會更加顯著。

傳統(tǒng)意義上的儀器，廠家在設(shè)備出廠前已經(jīng)對其進(jìn)行了定義，此外還對相關(guān)軟件及電路進(jìn)行了封裝，用戶所得到的是已經(jīng)將軟件與電路結(jié)合在一起的、功能有限的儀器。此外，傳統(tǒng)意義上的儀器還面臨著老化的問題，特別是在資金較為緊張的背景下，用利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建的集成化測試平臺取代傳統(tǒng)意義上的測試儀器，一方面，可以充分滿足電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)實(shí)需要，另一方面，所擁有的設(shè)備還能得到充分有效的利用，有效控制實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。也正是由于虛擬儀器所具備的性能優(yōu)越、擴(kuò)展能力強(qiáng)、節(jié)省開發(fā)時(shí)間以及可以實(shí)現(xiàn)無縫集成等優(yōu)點(diǎn)，所以備受推崇。

2 虛擬儀器在電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)生器信號測試

對發(fā)生器信號進(jìn)行檢測的基本環(huán)境包括多功能信號發(fā)生器以及F24U各一臺，其中，F(xiàn)24U需要進(jìn)行按照以下要求進(jìn)行設(shè)置：將頻率設(shè)置為4MHz，時(shí)基旋鈕2.5us，通道幅值為0.5V，自動觸發(fā)，實(shí)時(shí)模式，交流耦合且一比一衰減，詳見圖1。

2.2 PAL復(fù)合視頻信號測量

PAL復(fù)合視頻信號測量所需要的測試環(huán)境為PAL視頻信號發(fā)生器以及F24U各一臺，其中，F(xiàn)24U需要依以下步驟進(jìn)行設(shè)置：設(shè)置采樣頻率為4MHz，時(shí)基旋鈕25us，通道幅值為0.3V，反向觸發(fā)，實(shí)時(shí)模式，直流耦合且一比一衰減。

2.3 虛擬儀器在電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

采用Flash設(shè)計(jì)的前端儀器模塊，通過萬用表采用用伏安法測電阻時(shí)，只要能算出待測電阻兩端的電壓即可。一般來說，萬用表應(yīng)看三個(gè)指標(biāo)即滿偏電壓、滿偏電流和內(nèi)阻，由于電表此時(shí)滿足部分電路歐姆定律，故三個(gè)指標(biāo)中只有兩個(gè)是獨(dú)立的，利用任意兩個(gè)指標(biāo)可由歐姆定律求出第三個(gè)指標(biāo)。這也說明電表可扮演三種角色，例如一個(gè)電壓表，既是一個(gè)電壓表（測內(nèi)阻RV兩端的電壓），又是一個(gè)定值電阻（阻值為內(nèi)阻RV），同時(shí)還能反串電流表（“測”通過RV的電流）．能否“測出”通過RV的電流，就取決于其內(nèi)阻是否已知。

具體操作方法為：

①單擊開關(guān) 打開萬用表

②測量電阻前，根據(jù)電阻色環(huán)大致判斷電阻阻值大小，將萬用表按鈕要旋到要相應(yīng)的檔位，此時(shí)萬用表顯示1。

③測量電阻時(shí)， 將筆放到電阻兩端，讀出萬用表上數(shù)據(jù)，在下方的問題列表中選擇答案，選對則在后面打√，不對則打×

2）電路存取模塊

電路存取模塊要能夠滿足用戶隨時(shí)存儲或者調(diào)用電路。當(dāng)用戶要對當(dāng)前的電路進(jìn)行保存時(shí)，系統(tǒng)會想控制中心發(fā)送保存的命令，而控制中心在接到命令之后，會將相關(guān)的信息進(jìn)行搜集，并且封裝成XML格式的文件，隨后將該等文件發(fā)送到后臺進(jìn)行保存?？刂浦行氖謾C(jī)并封裝的信息應(yīng)該包括了電路元件信息、電路板上的OUTLET信息以及相關(guān)的電路儀器月電路板自身的所有相關(guān)信息。而當(dāng)用戶需要讀取他之前保存的數(shù)據(jù)之時(shí)，也是通過系統(tǒng)向控制中心發(fā)送讀取的命令，系統(tǒng)控制中心再接收到命令之后，會對命令進(jìn)行判斷，并且根據(jù)判斷結(jié)構(gòu)調(diào)取相應(yīng)的電路信息文件，再傳遞給數(shù)據(jù)的讀取模塊，供用戶查閱。

隨著時(shí)代的發(fā)展，信息技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)硬件升級頻率越來越高，互聯(lián)網(wǎng)的影響范圍也越來越廣，以及廣泛深入到工作、學(xué)習(xí)以及生活的方方面面，在電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)中，虛擬儀器也已經(jīng)可以取代大部分的傳統(tǒng)意義上的電子類實(shí)驗(yàn)設(shè)備，將虛擬儀器引進(jìn)電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，一方面可以達(dá)到硬件資源以及人力資源有效節(jié)約的目的，另一方面，還提供了一個(gè)十分有利的學(xué)習(xí)平臺，為研究的深入提供了有利條件。當(dāng)前此技術(shù)已經(jīng)在航空航天、物理以及國防等諸多領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。

3 結(jié)語

在電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)中引進(jìn)虛擬儀器，一方面，不再受到時(shí)間以及設(shè)備的限制，另一方面，有培養(yǎng)創(chuàng)造能力以及實(shí)踐操作能力。但需要注意的是，虛擬儀器并非完美無缺，當(dāng)與其他設(shè)備進(jìn)行連接時(shí)，極易受到客觀環(huán)境的制約；在面對較大的計(jì)算任務(wù)時(shí)，常會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的延時(shí)問題；此外，虛擬儀器實(shí)驗(yàn)不適宜單獨(dú)進(jìn)行，否則會導(dǎo)致對實(shí)體儀器了解不足的后果。筆者主張?jiān)谶M(jìn)行電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)將虛擬儀器與傳統(tǒng)意義上的儀器有機(jī)結(jié)合起來。

參考文獻(xiàn)

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