基于虛擬儀器平臺的虛擬IC功能實現(xiàn)

黃進文

（保山學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院，云南保山678000）

基于虛擬儀器平臺的虛擬IC功能實現(xiàn)

黃進文

（保山學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院，云南保山678000）

采用虛擬芯片理念，以74153為虛擬芯片設(shè)計為實例，討論了基于LabVIEW設(shè)計數(shù)字虛擬芯片的方法，并總結(jié)了虛擬芯片比傳統(tǒng)物理IC更具有開放性、靈活性及更容易與現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的特點。

虛擬儀器；IC功能；實現(xiàn)

1 引言

虛擬儀器LabVIEW具有強大的信號處理功能，是一種圖形化的虛擬儀器開發(fā)平臺，是虛擬儀器系統(tǒng)的核心單元。若構(gòu)建的虛擬儀器具備某種信號處理功能（通用或?qū)Ｓ茫?，為了能與實際集成電路芯片（IC）相區(qū)別，本文稱具有IC功能的虛擬儀器為“虛擬芯片”。與傳統(tǒng)硬件芯片相比，虛擬芯片具有諸多優(yōu)勢，如節(jié)約物質(zhì)成本、使用靈活性強、易于變換更新、開發(fā)周期短、一機多用、便于數(shù)據(jù)存儲和傳送等。

基于虛擬儀器系統(tǒng)LabVIEW構(gòu)建的虛擬芯片，其功能不局限于仿真應(yīng)用，在通過相關(guān)DAQ接口并與外部采集系統(tǒng)互聯(lián)后，即可實現(xiàn)面向任何實際問題的物理應(yīng)用。本文所討論的虛擬芯片是具備物理應(yīng)用功能的，有著實際意義上的應(yīng)用價值。

2 虛擬儀器系統(tǒng)LabVIEW簡介

LabVIEW是美國NI公司開發(fā)的虛擬儀器系統(tǒng)，采用圖形化編程語言風格的系統(tǒng)平臺，是目前使用最廣泛的虛擬儀器系統(tǒng)平臺，其程序由圖標、框圖與各類圖形對象經(jīng)連線構(gòu)成圖形化的結(jié)構(gòu)。一個LabVIEW程序就是LabVIEW的一個VI，LabVIEW系統(tǒng)提供了功能非常豐富的VI供用戶直接調(diào)用（其中也包含了進行數(shù)字邏輯運算的VI），用戶也可以根據(jù)實際需要構(gòu)建各種功能的VI。本文要討論的“虛擬芯片”實質(zhì)上就是一個具備相應(yīng)邏輯芯片功能的LabVIEW程序。

3 數(shù)字虛擬芯片74153設(shè)計實例

現(xiàn)以邏輯功能較為簡潔的四選一數(shù)據(jù)選擇器74153為例，說明基于LabVIEW的虛擬芯片構(gòu)建方法。

3.1 74153邏輯功能

74153集成了雙四選一數(shù)據(jù)選擇器，其邏輯功能完全相同，其中任意一個選擇器的邏輯圖如圖1所示。

圖1 4選1數(shù)據(jù)選擇器邏輯圖

圖中D0~D3為4路數(shù)據(jù)輸入，輸出Y是由輸入二進制地址碼A1A0指定的4路數(shù)據(jù)輸入中的某一路Di。74153的實際端子及邏輯關(guān)系上增加了一個低電平有效的選片控制端子ST，其邏輯真值表及邏輯式如表1、式（1）所示。

表1 74153邏輯真值表

相應(yīng)的邏輯表達式為：

3.2 虛擬芯片74153構(gòu)建

（1）相關(guān)VI及控件

設(shè)計過程要用到的部份LabVIEW VI圖標如圖2所示，主要是布爾運算及相關(guān)的輸入輸出控件。

圖2 設(shè)計用到的布爾運算VI圖標

（2）程序后面板設(shè)計

在系統(tǒng)中找到并拖拽相關(guān)圖標及控件排列，按圖1原理經(jīng)連線構(gòu)建的LabVIEW后面板如圖3所示。

圖3 實現(xiàn)74153邏輯運算的VI后面板

說明：為保證子VI程序在調(diào)用過程中的使用靈活性，圖3中并不加入各種過程控制框（如WHILE循環(huán)等），而應(yīng)當在具體調(diào)用程序中在根據(jù)需要加入適當控制環(huán)節(jié)，即子VI只含邏輯運算結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)及相關(guān)輸入輸出控件即可。編輯完成，保存文件名即為調(diào)用子VI的調(diào)用文件名（插入用戶VI）。

從后面板中調(diào)入已編輯好的虛擬芯片VI圖標如圖4所示，圖中給出了LabVIEW圖標的兩種顯示方式。虛擬的74153與實際的集成IC74153邏輯功能完全相同，但虛擬的74153具備虛擬儀器的特征，而且任意一個虛擬芯片，均可像實際芯片一樣應(yīng)用于實際場合（連接采集接口），也同樣可級聯(lián)拓展運用。

圖4 編輯好的74153虛擬芯片子VI圖標及連線端子

3.3 實驗

現(xiàn)構(gòu)建一個程序（即LabVIEW后面板），進行實驗檢驗。為使實驗可連續(xù)進行，將虛擬74153置于一個WHILE循環(huán)，并加上結(jié)束實驗控制控件。構(gòu)建的后面板如圖5所示，操作前面板如圖6所示。

圖5 74153實驗后面板

圖6 74153實驗前面板

實驗過程表明，虛擬74153的邏輯功能與其邏輯真值表1功能完全一致，虛擬芯片在邏輯運算上完全可以取代實際IC，只要配合合適的采集接口即可實現(xiàn)實際運用。

4 結(jié)語

通過引入“虛擬芯片”的概念，利用虛擬儀器LabVIEW的強大信號處理功能及平臺開發(fā)功能，設(shè)計開發(fā)各種通用或?qū)Ｓ玫奶摂MIC單元及系統(tǒng)，完成相應(yīng)的信號處理功能，這在實際應(yīng)用中不但是可行的，而且比實際集成IC在運用上更具靈活性和開放性，還可與現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)充分結(jié)合，實現(xiàn)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”更廣泛意義上的測試及信號處理功能的拓展。

[1]黃進文．虛擬儀器新技術(shù)及其在我國的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2008(31)：8-10．

[2]黃進文．虛擬儀器數(shù)字電路仿真技術(shù)[M]．昆明：云南大學(xué)出版社，2012．

[3]尚振東，王群燕，韓建海，等．基于LabVIEW的虛擬儀器在測試技術(shù)實驗中的應(yīng)用[J]．中國觀代教育裝備，2007(1)：119-121．

[4]黃進文．基于LabVIEW的數(shù)字虛擬芯片構(gòu)建方法及應(yīng)用[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2010(16)：181-183．

[5]梁向鵬，周進仿，楊洲凌，等．基于LabVIEW的機器人運動算法實現(xiàn)與驗證平臺[J]．電腦與電信，2016(1)：51-53．

【 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

黃進文，男，云南騰沖人，碩士，教授，研究方向：電子信息科學(xué)方向教學(xué)及研究。