論電子技術試驗中對虛擬儀器的有效運用

歐陽斌

摘 要：在計算機技術、測試儀器及相關技術的發(fā)展背景下，儀器接口總線方式不斷豐富和完善，為電子技術試驗中虛擬儀器的運用提供了基礎。相比于傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器實現(xiàn)了應用功能及范圍上的延展，在電子技術試驗中提供了更為方便、快捷、靈活的應用方式，其實踐價值效力毋庸置疑。時至今日，有關電子技術試驗中對虛擬儀器有效運用的學術研究備受關注，并成為現(xiàn)代科技發(fā)展的重要議題。本文基于對虛擬儀器的概述及分析，就其在電子技術試驗中的有效運用進行了探究。

關鍵詞：虛擬儀器 電子技術試驗 有效運用

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0051-02

自20世紀80年代“虛擬儀器”概念提出以來，其在歷經(jīng)了30多年的探索后獲得了長足發(fā)展，并且技術醇熟度越來越高，在多個應用領域發(fā)揮重要作用。相較于其他技術，虛擬儀器技術具有高性能、強擴展性、節(jié)約時間以及無縫集成等特點優(yōu)勢。在電子技術試驗中，虛擬儀器的有效運用，構(gòu)建了一個全新的系統(tǒng)，為學習者提供了很好的便利操作平臺。在具體的實踐中，只有全面深刻了解虛擬儀器，才可對電子技術試驗進行有效指導，這也是本文的構(gòu)思路線。

1 虛擬儀器概述

信息化時代，虛擬儀器作為通信、電子、計算機等現(xiàn)代科學技術集約發(fā)展的產(chǎn)物，在科研、教學、測控等領域得到了廣泛應用，并且發(fā)揮了重要作用。本節(jié)從概念與特點兩個維度上對虛擬儀器進行了概述，為其有效運用作鋪墊。

1.1 概念

20世紀80年代，美國儀器公司NI率先提出了虛擬儀器概念，在傳統(tǒng)儀器領域引發(fā)了異常重大變革。綜合來看，NI公司提出的虛擬儀器概念，其核心思想是“軟件即儀器”，它通過對計算機技術、網(wǎng)絡技術以及儀器技術的串聯(lián)應用，充分發(fā)揮了計算機智能資源的有效性，并生成全新的虛擬儀器系統(tǒng)。在此過程中，虛擬儀器的構(gòu)建包括電腦或工作站、軟件和I/O部件。其中，I/O部件既可以是獨立儀器，又可以是模塊化儀器、數(shù)據(jù)采集板抑或傳感器等，很直觀地呈現(xiàn)圖形編程語言，因而在不同工程應用和行業(yè)測控的用戶中備受歡迎。通過虛擬儀器的圖形化語言和程序框圖，能夠清晰、自然地顯示當前數(shù)據(jù)流，并通過地圖化的用戶界面，直觀地顯示數(shù)據(jù)，更便于數(shù)據(jù)的查閱、修改等操作。目前，很多高校針對教學需求研發(fā)了虛擬儀器，并實現(xiàn)了時頻分析、示波器、記錄儀、信號源以及頻譜分析儀等多樣化功能，對推動電子技術試驗發(fā)揮了重要作用。

1.2 特點

隨著微機技術發(fā)展及應用，虛擬儀器的種類十分繁多，根據(jù)其總線方式的不同，可分為插卡型虛擬儀器、并行口市虛擬儀器、GPIB總線方式虛擬儀器、VXI總線方式虛擬儀器以及PXI總線方式虛擬儀器。其中，基于計算機內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡與專用軟件結(jié)合的插卡型虛擬儀器，價格相對昂貴，并且受PC機機箱及總線限制。而并行口式虛擬儀器，將各種集成硬件容納在一個采集盒內(nèi)，能夠完成各項測量測試儀器的功能，且可直連筆記本計算機，方便使用。GPIB總線方式的虛擬儀器，實現(xiàn)了單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)的發(fā)展，能夠同時串聯(lián)多臺儀器組合應用，數(shù)據(jù)獲取精度高。VIX總線方式的虛擬儀器，具有標準開放、結(jié)構(gòu)緊走、同步定時準確等有點，尤其適用于中大規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及精度、速度要求高的場景，是其他虛擬儀器所不能比擬的。PXI總線方式虛擬器，具有高度的可擴展性優(yōu)勢，其與臺式PC的性價比結(jié)合，勢將成為未來虛擬儀器平臺。

2 電子技術試驗中虛擬儀器的有效運用

以當前的虛擬儀器技術發(fā)展形態(tài)來看，其在電子技術試驗中的運用發(fā)揮了重要作用。如上分析，不同總線方式的虛擬儀器各有所長，在電子技術試驗中的運用要求存在差異。作者結(jié)合上述理論，以電子技術試驗實例為基礎，提出了以下幾種虛擬儀器有效運用策略，以供參考和借鑒。

2.1 二極管伏安特性曲線試驗

針對二極管導體進行的伏安特性曲線試驗，能夠真實反映二極管電阻的變化規(guī)律，是物理學常用的圖像試驗法之一。在具體的試驗操作中，應按照導線順序?qū)⒍O管電阻、虛擬信號發(fā)生器以及虛擬試波器進行有效連接，并認真予以檢查，在多方面確認無誤后，再打開虛擬儀器和計算機進行相關試驗操作。同時，為了保障虛擬儀器可以達到適合值，還需根據(jù)計算機顯示屏的呈現(xiàn)數(shù)值變化對虛擬儀器進行調(diào)整，從而提高二極管伏安特性曲線試驗數(shù)據(jù)精準度。此后，通過多次調(diào)整虛擬儀器最終得到合適的通道值、衰減幅度值，繼而獲得穩(wěn)定的波形，即二極管伏安特性曲線。對比傳統(tǒng)試驗演示方式，虛擬儀器在電子技術試驗中的運用，能夠有效保證數(shù)值精準度，且操控準確。在此過程中，就需注重利用現(xiàn)代計算機中的基礎資源，根據(jù)引進軟件或儀器模塊進行語言環(huán)境下的編寫。

2.2 共射極單管放大電路試驗

在共射極單管放大電路試驗中，首要保障相關器材連接正確，有效地將電容、電阻連接起來，以免影響試驗結(jié)果?；诖?，試驗者還需對靜態(tài)工作點進行設置優(yōu)化。常規(guī)上來講，信號幅度偏小時，則合理選擇較低的靜態(tài)工作點，不僅可以有效減少電能消耗，同時亦利于降低放大器噪音。在此過程中，要著重保障傳輸信號不能失真。此類電子技術試驗中，合理選擇靜態(tài)工作點的關重原因在于，靜態(tài)工作點選擇不當會造成飽和失真或截止失真等現(xiàn)象發(fā)生，是綜合測量靜態(tài)工作點影響關重因素的重要試驗。在虛擬儀器的運用過程中，試驗者可根據(jù)不同應用形式發(fā)現(xiàn)弊端，從而分析可能存在的編程失誤等情況，有效提升虛擬儀器的使用功能。

2.3 單極低頻放大器演示試驗

在單極低頻放大器演示試驗中，要將電阻、變阻器以及虛擬示波器等器件連接在一起，確保整個操作過程無誤。在此過程中，虛擬儀器運用作用體現(xiàn)為顯示電壓波，繼而根據(jù)所需的頻率及波形，放在正確的時間和幅度上，最終獲取有效波形。而這個波形正是通過虛擬儀器調(diào)整得來的低頻放大器輸入和輸出電壓波形。在此過程中，試驗者勢必會用到計算機的實用功能，包括數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸控制等，同時在同一PC機上實現(xiàn)虛擬儀器的不同功能，如數(shù)字存儲示波器、智能信號發(fā)生器、頻譜信號分析儀器等?；谔摂M儀器有效運用的電子技術試驗，完成了對常規(guī)儀器的取代，并由此生成自行設計的操控方式，最終獲取不同形式表達的檢測數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

總而言之，電子技術試驗中對虛擬儀器的有效運用，具有十分重要的價值及意義。未來隨著計算機技術發(fā)展，虛擬儀器技術將更加醇熟，其采用總線方式可能會出現(xiàn)更加多元的變化，在電子技術試驗中的運用功能不斷延展。由于個人能力有限，加之虛擬儀器技術不斷革新，本文做出的研究可能存在不足。因此，作者希望學術界大家持續(xù)關注此課題研究，深刻解讀虛擬儀器的概念及特點，根據(jù)不同電子技術試驗要求及需求，提出更多有效運用虛擬儀器的建議或策略，并藉此推動我國電子技術發(fā)展。

參考文獻

[1] 張宏.電子技術試驗中虛擬儀器的應用[J].電子技術與軟件工程，2017（12）：94.

[2] 范威威.虛擬儀器在電子技術演示實驗中的運用[J].電子技術與軟件工程，2016（24）：119.

[3] 楊秀芝，行舒樂，華文林，等.一種裂紋自動測量與監(jiān)控的虛擬儀器設計[J].湖北理工學院學報，2017，33（5）：1-4.