基于LabVIEW的虚拟实验平台设计

【摘 要】本文运用LabVIEW软件设计了一个虚拟实验平台，运用模块化的思想，实现了一系列电路基础实验。实践证明，基于LabVIEW的虚拟实验平台，不仅节约了成本，而且能够帮助学生们熟练掌握实验基础知识及其应用方法，有利于培养学生的创新能力和科研兴趣。其更新和调整的实验方法，也提高了实验教学的质量与效率。促进了实验技术的进步。

【关键词】LabVIEW；虚拟仪器；实验平台

【Abstract】In this paper， using LabVIEW software design in a virtual experiment platform. To achieve a series of basic experiment circuit based on the idea of modularization. Practice has proved， The virtual experiment platform based on LabVIEW， not only save the cost， but also can help the students master the experimental basic knowledge and application methods， is helpful to cultivate students’ innovation ability and scientific research interest. Its update and adjust the experimental methods， but also improved the quality and efficiency of experiment teaching. Promote the progress of the experimental technology.

【Key words】LabVIEW； Virtual instrument； Digital circuit

0 引言

高校实验教学的地位举足轻重，不仅能够培养学生的实际操作能力，还能提高学生的学习兴趣以及解决问题的能力。随着高校扩招，学生人数年年增多，现有的设备大多数已无法满足日益增长的实验要求。有的实验课程几个学生共用一台设备仪器，无法真正锻炼学生独立思考的能力。并且实验设备费用较高，投入较大，维修成本高，由于各高校自身条件限制，很难满学生开设所有的实验课程。美国NI公司推出的LabVIEW软件语言灵活、开放。使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。用软件代替仪器仪表，大幅降低科研成本，实验功能易于扩充与管理。同时虚拟实验突破了时间与地点的限制，在教学与科研领域具有广阔的前景，是实验教学的全新发展方向。[1]

1 虚拟数字电路实验平台的结构

现阶段数字电子实验室里，利用数电实验箱即可完成基础性和综合性的实验操作，本文利用LabVIEW开发软件中的多个虚拟控件组建了一个虚拟的数字电路实验平台来完成与实验箱相同的实验任务。该虚拟实验平台由七段字形显示器、逻辑电平指示器、七段译码器、数字集成块、脉冲/电平转换、脉冲发生器、逻辑高低电平开关、时钟发生器及偏置电源组成，其结构组成如图1所示。

其中，时钟/脉冲信号源可以为数字电路提供不同频率、波形的时钟信号和脉冲信号。七段字形显示器可以把电路的状态以十进制的方式呈现出来，例如时钟显示。逻辑电平指示器主要作用是对输出电平的高低进行显示。输入逻辑电平开关可以为数字电路输入与输出之间逻辑关系的分析提供高低电平。数字集成块是所有芯片的集中区，也是核心区域。偏置电源为各类电路正常工作提供有效的电压。[2]

1.1 虚拟JK触发器设计

将设计好的JK触发器封装到一个子VI，其基本逻辑功能已经实现。然后利用LabVIEW的循环结构和移位寄存器以及调用时钟信号来实现时钟信号驱动下的持续触发。我们将一次时钟翻转过程封装成一个子VI。

1.2 虚拟四位加法器设计

多位全加器连接可以是逐位进位，也可以是超前进位。逐位进位也称串行进位，其逻辑电路简单，但速度也较低。四位全加器可对两个多位二进制数进行加法运算，同时产生进位。当两个二进制数相加时，较高位相加时必须加入较低位的进位项，以得到输出为和和进位。设计一位全加器并封装成子VI。其前面板和程序框图如图2所示。

2 虚拟电路实验平台

虚拟电路实验平台主要介绍一下支路电流法的设计，该实验电路的前面板通过自定义控件建立，如图3所示。其中的电阻与电源都是数值型的输入控件，数值大小是可以调节的。支路电流通过数值型显示控件表示。

使用单位转换节点实现有单位数据和无单位数据之间的转换，使用MathScript 节点生成线性方程组的系数矩阵和已知向量，利用求解线性方程VI 即Solve Linear Equations.vi求解。[3]

3 总结

本文结合现有的实验室条件，采用LabVIEW技术实现电路基础实验设计，为现阶段高校实验教学中的缺陷提供了有效的解决方法。在此基础之上我们可以将该实验平台主VI进行网络化，提过浏览器可以从远程登录进入虚拟实验平台的主界面，点击各个选项可以进行相应模块的虚拟实验操作，随时随地进行实验教学，具有广阔的应用前景。

【参考文献】

[1]伍朝阳.《基于LabVIEW的虚拟实验的设计与实现》[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2012（12）：58.

[2]张小兵，徐善永.《电工与电子技术实践教程》[M].北京：清华大学出版社，2015（5）：90-91.

[3]司慧玲.《基于LabVIEW的虚拟电路实验的设计》[J].电子设计工程，2013（12）：83-84.