電子技術試驗中虛擬儀器的應用

摘 要伴隨計算機技術的飛速發(fā)展，為電子技術的試驗提供了虛擬儀器應用的可能。通過打破傳統(tǒng)儀器的笨重和應用范圍的局限性，虛擬儀器可以為電子技術試驗提高更為快捷、方便、靈活的應用方式。本文從虛擬儀器概述分析中，提出虛擬實驗平臺的組成方式，提供了虛擬儀器測量的實驗實例。將電子技術試驗中虛擬儀器的應用方式作為重點，旨在增強我國在電子技術試驗中應用虛擬儀器的技術提升。

【關鍵詞】電子技術 虛擬儀器 應用方式

1 虛擬儀器概述

虛擬儀器的概念由美國儀器公司在上世紀80年代提出，其核心理念在于將計算機作為儀器的硬件支持，在利用計算機的接收、運算、處理、回放、存儲、顯示、調用等能力，將其智能化管理的方式，把傳統(tǒng)儀器的部分功能以計算機軟件技術進行表達，從而在PC端進行結合與之融為一體，那么在其外觀與功能完全接近于傳統(tǒng)儀器的同時，也充分發(fā)揮出計算機智能資源的有效性，形成全新的虛擬儀器系統(tǒng)。很多高等院校在進行電子技術試驗過程，都研發(fā)出適用于教學過程的虛擬儀器。很多儀器實現(xiàn)了頻譜分析儀、時頻分析、記錄儀、示波器、信號源等不同功能。

2 虛擬實驗平臺的組成方式

實驗所用虛擬儀器使用的平臺，需要由軟件和硬件兩方面組成。在軟件方面需要，在windows系統(tǒng)中，完成虛擬儀器的平臺開發(fā)應用Lab Windows/CVI或者Lab View等，對虛擬的儀器庫進行驅動，包括了信號源和示波器等多種儀器。同時其系列化的軟件包也要進行示范程序的規(guī)劃，實現(xiàn)虛擬實驗平臺的完整構成。而硬件部分的組成也包括，個人PC端計算機，能夠具備應用編程軟件的實際功能。而且其外部也要鏈接通用的測試平臺，用于對不同數(shù)據(jù)進行信息采集。最終才能夠完成對于數(shù)據(jù)通信和信號產生等不同功能的實現(xiàn)。而基于系列化實驗模板的應用中，數(shù)字電路和模擬電路中，形成自身的基本電路單元，也就能夠完成插接安裝在其測試的硬件平臺之上。

3 虛擬儀器測量的實驗實例

在并聯(lián)差動的運算放大器中，應用測量放大后的儀器電路。如果同相端的不同端口，在進行分別輸入包括正弦波信號VS2與方波信號VS1。同時對其平衡電路結構進行設計，端口中A1和A2形成共模增益與其失調和漂移共同產生相應的誤差電壓，在通過相互作用進行抵消，從而完成輸出差動，再由A3組成第二級放大電壓V0輸出，形成相對較大的共模信號。這一過程中如果需要進行硬件測試的情況下，需要信號發(fā)生器產生輸入信號，與示波器信號共同完成實際測量。從而使實驗人員能夠從中得出相對精確的結果輸出。

在通常情況下開發(fā)平臺需要進行虛擬化的測量，當虛擬儀器與測量電路進行連接，信號發(fā)生器可以接到示波器的輸出表達。那么從虛擬儀器上進行相關參數(shù)的設置與調整，就能夠完成對于幅值和頻率等輸入信號的控制，那么也就能夠得出相應的準確輸出結果，同時也提升了實驗精確度與實踐工作的效率。當A1和A2兩端分別進行輸入時，方波信號和正玄信號都會從虛擬信號的發(fā)生器設備中產生。那么在進行通用測量階段中，放大器前端顯示出通用測量放大器的輸出波形圖。那么也就可以依靠相關數(shù)據(jù)分析出產生幅值和頻率的波形圖分析。在設備的顯示部分能夠觀察到，由Lab VIEW語言開發(fā)環(huán)境設計的電子虛擬儀器，能夠在仿真實驗中得到具體應用，同時也能夠具備不同方式的仿真處理功能，也就為實際實驗功能提供了可以參考的教學輔助設備。

4 電子技術試驗中虛擬儀器的應用方式

在電子技術實驗中，虛擬儀器最為簡潔的應用方式，就是代替常規(guī)實驗工作中的部分傳統(tǒng)儀器，例如示波器、函數(shù)發(fā)生器、萬用表等。在其實驗過程中，通過顯示信號發(fā)生的波形進行記錄，能夠實現(xiàn)較高的實驗效果。同時應用計算機模擬出，不同的函數(shù)發(fā)生器對其實驗所需的信號進行激勵，也就能夠完成幅值、頻率、波形等儀器產生的信號進行常規(guī)表達。那么在計算機通過虛擬方式表現(xiàn)出的示波器中，能夠具備傳統(tǒng)示波器的基本功能，包括策略實驗電路的信號響應等情況。同時也能夠記錄顯示和打印存儲不同通道輸入的波形，那么也就能夠實現(xiàn)對應存儲的曲線圖進行回放。同時在回放過程中也能夠實現(xiàn)包括速度調節(jié)或者暫停等功能。那么實驗結果通過波形變化進行表達，也就能夠為實驗者提供更為準確的實驗依據(jù)。同時對于不同波形圖的打印，也便于實驗者進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計。同步提升了實驗效果以及實驗效率。函數(shù)發(fā)生器在波形和平率等功能的顯示中，對幅值和占空比以及偏置的測量通道，進行包括標尺比例和時基等數(shù)據(jù)的明確，在觸發(fā)信號中的電平、沿口、類型等數(shù)據(jù)信息也可以由鍵盤或者鼠標進行直接控制，那么使用過程中也接近常規(guī)儀器的使用規(guī)律。但是基于虛擬儀器的強大功能，以及在分析處理過程中對于數(shù)據(jù)信息的準確控制，是完善電子技術試驗的有效方式。而且同時對用戶進行重新定義的過程中，也可以應用其他功能實現(xiàn)頻譜分析儀器、溫度計和數(shù)字萬用表等功能，很大程度上提升了虛擬儀器的試驗功能。

為保障虛擬儀器在電子技術試驗中順利達到試驗目標，可以按照虛擬試驗進行不同個方向的階段性實施。首先，從夫利用現(xiàn)代計算機中的基礎資源，對需要引進的軟件或者儀器模塊進行語言環(huán)境下的編寫。同時模擬相應的實驗儀器，以便實現(xiàn)其不同的應用功能。然后，實驗者在利用計算機的實用功能上，選擇對不同數(shù)據(jù)分析、存儲、采集、傳輸、處理等功能的控制，在同一PC機中實現(xiàn)不同虛擬儀器的功能實現(xiàn)。例如數(shù)字存儲示波器、智能信號發(fā)生器、頻譜信號分析儀器、噪聲測試儀器和數(shù)字電壓表等。之后將其虛擬儀器應用于具體電子技術的實驗中，完成對于常規(guī)儀器的取代，形成自行設計的操作控制方式。通過定義不同虛擬儀器的實現(xiàn)功能，以不同形式表達出檢測的輸出結果，便可以形成具體的實時數(shù)據(jù)分析。最后可以在虛擬儀器的應用中發(fā)現(xiàn)不同形式可能存在的應用弊端。那么對于這些弊端，實驗者也要從中分析出可能存在的編程失誤等情況。那么通過拓寬應用范圍和糾正程序錯誤等方式，能夠提升虛擬儀器的使用功能，那么就需要實驗者對虛擬儀器進行二次開發(fā)，從而實現(xiàn)其虛擬儀器在使用過程中的具體功能實現(xiàn)，也包括電子技術試驗中不同技術創(chuàng)新的功能體現(xiàn)。

參考文獻

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[2]孫瀟瀟.虛擬儀器及其在技校電子技術課程實驗教學中的應用研究[J].知識經(jīng)濟，2016（16）：85-86

作者簡介

張宏（1966-），男，甘肅省甘谷縣人。大學本科學歷。現(xiàn)蘭州石化職業(yè)技術學院副教授，研究方向為電子技術應用。

作者單位

蘭州石化職業(yè)技術學院 甘肅省蘭州市 730060