基于LabVIEW的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)

1、本人勵(lì)志為大家提供最優(yōu)秀，最全面的論文設(shè)計(jì)參考資料，如有不足請(qǐng)給予指正，本人將不甚感激！可訂做部分論文！具體事宜可聯(lián)系qq：844423381 需要購(gòu)買者請(qǐng)聯(lián)系我，價(jià)格將給予優(yōu)惠！x x 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目：基于labview的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì) 系 別：_ 班 級(jí)：_姓 名：_指 導(dǎo) 教 師：_ 年月日基于labview的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)摘 要隨著電子技術(shù)高速發(fā)展太多，寫主要設(shè)計(jì)工作和內(nèi)容。，普通實(shí)驗(yàn)室的更新速度無(wú)法跟上技術(shù)的發(fā)展。此外普通實(shí)驗(yàn)室涉及到儀器調(diào)試、管理、易損壞等問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)時(shí)間和一些損耗性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上對(duì)學(xué)生限制過(guò)死。同樣，遠(yuǎn)程教育學(xué)員一般都要在規(guī)定的時(shí)間到指定

2、的學(xué)校集中完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.技能培養(yǎng)質(zhì)量無(wú)法保證。教育機(jī)構(gòu)必須考慮如何跟上實(shí)驗(yàn)的時(shí)代性和先進(jìn)性，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富、訓(xùn)練操作扎實(shí)、不受時(shí)空限制的開放性實(shí)驗(yàn)環(huán)境。近年來(lái)，由于虛擬儀器、仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，構(gòu)建基于labview的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室將會(huì)成為一種經(jīng)濟(jì)、高效的首選方案。本文的主要工作就是在labview環(huán)境下，研究基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。首先，本文對(duì)虛擬儀器進(jìn)行概述，對(duì)比了與傳統(tǒng)儀器的區(qū)別，介紹了虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺(tái)labview的應(yīng)用，以及在labview環(huán)境下進(jìn)行幾種常用虛擬儀器虛擬信號(hào)發(fā)生器、相關(guān)分析、濾波器、和虛擬頻譜分析儀等的軟件設(shè)計(jì)方法。接著，本文著重介

3、紹了如何把設(shè)計(jì)的幾種虛擬儀器構(gòu)成一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，并利用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并采用虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)虛擬系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。本課題研究可以節(jié)省許多基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)建設(shè)和儀器設(shè)備重復(fù)引進(jìn)的資金投入，有利于從整體上改善辦學(xué)條件和提高教學(xué)水平。在很大程度上方便了學(xué)生，不僅能夠引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)，而且能夠指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行正確的實(shí)驗(yàn)操作，從而獲得感性上和理性上的認(rèn)識(shí)。虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅極大的彌補(bǔ)了遠(yuǎn)程教育模式的局限和不足，而且還使得遠(yuǎn)程教育的方式方法更趨完美。將虛擬實(shí)驗(yàn)室與遠(yuǎn)程教育結(jié)合在一起，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室己成為

4、新型的遠(yuǎn)程教育模式。關(guān)鍵詞：虛擬儀器;labview;網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室;internetdesign of virtual network laboratory based on virtual instrumentation不是全部都大寫abstractas the fast development of electronic technology, the exchanging speed of common laboratory can not keep up with the pace of technology. in addition common laboratory has th

5、e problem of instrumentation test，management and easy damage. it also limits the students not only in the experimenting time but also on the experimenting projects of easy damage. similarly, students of long distance teaching all will come to school. equally, the long-range-education students genera

6、lly all will come to the appointed school the appointed time concentrically to accomplish experimental projects. the quality of technical ability developed cant be promised. the educating organization has to consider how to keep up with the times and the advanced nature, and construct an open experi

7、ment environment with enrich experiment contents, firm training operation and being free from time space restriction. in recent years, because of the virtual instrument, imitate true technique and network technology developing soon, it will be the first project economical and efficient to choose to

8、set up a virtual laboratory based on web. the main work of this paper is to study the design of network teaching experiment system based on virtual instrument under the labview environment.first, the paper concludes the virtual instrument，contrasts with traditional instrument, introduces the applica

9、tion of the developing platform of labview in virtual instrument, and the software design methods of several kinds of common virtual instrument under the labview environment, such as virtual signal generator，relative analysis ， filter and virtual spectrum analyst.following that, this article emphati

10、cally introduces how to assemble the four kinds of designed virtual instruments to construct a virtual laboratory, then how to make use of the virtual instrument technology to establish a web-based virtual lab homepage, fully utilize the network technology to construct a web-based virtual experiment

11、al system, and last uses the network communication technology of virtual instrument to achieve the long-distance experimental goal of the web-based virtual experimental system.this subject can avoid increasing some basis repeated instrument and save more funds and this subject is good to improve the

12、 level of teaching as a whole. it is convenient for students to make the theory easy to understand in this case and guide them to do the experiment correctly. so the students can make the great progress in sensibility and theoretic. the virtual laboratory can be not only making up the shortage of re

13、mote teaching pattern, but also make the remote education better. combining the virtual laboratory with remote education, the virtual laboratory has becoming a new style education pattern based on network technology and virtual instrument technology.key words: virtual instrumentation; labview; virtu

14、al network laboratory; internet目 錄第一章 緒論11.1課題背景11.2高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀11.3虛擬儀器21.3.1虛擬儀器的定義21.3.2虛擬儀器的組成31.3.3虛擬儀器的特點(diǎn)41.3.4基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立問(wèn)題的提出41.3.5基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立的可行性分析61.4 基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀6第二章 虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境82.1labview簡(jiǎn)介82.1.1labview的含義82.1.2labview的特點(diǎn)82.2labview8.2編程環(huán)境92.2.1labview8.2的基本開發(fā)平臺(tái)92.3本章小結(jié)12第三章 虛擬

15、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的軟件設(shè)計(jì)123.1 虛擬信號(hào)發(fā)生器123.1.1 儀器原理與功能133.1.2 前面板和程序框圖的設(shè)計(jì)133.2 虛擬相關(guān)分析儀153.2.1 儀器原理153.2.2虛擬相關(guān)分析實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)163.3 虛擬濾波器193.3.1虛擬濾波器的概述193.3.2 虛擬濾波器的軟件實(shí)現(xiàn)193.4 虛擬積分器和微分器203.4.1 儀器功能203.4.2 前面板和程序框圖的設(shè)計(jì)213.5 虛擬調(diào)幅波解調(diào)器223.5.1 儀器原理和儀器功能223.5.2 前面板和程序框圖的設(shè)計(jì)233.6 虛擬頻譜分析儀243.6.1 信號(hào)的頻域分析243.6.2 傅里葉變換243.7 本章小結(jié)26第四章 虛擬儀

16、器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布264.1 概述264.2 tcp通訊264.3 在web上發(fā)布程序284.3.1 服務(wù)器端的web發(fā)布配置294.3.2 客戶端的遠(yuǎn)程連接31第五章 總結(jié)35謝辭36參考文獻(xiàn)37附錄39外文資料41第一章 緒論1.1課題背景在這個(gè)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，已是大勢(shì)所趨，而虛擬儀器系統(tǒng)正是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器技術(shù)進(jìn)行融合的產(chǎn)物，虛擬儀器（virtual instrument，簡(jiǎn)稱vi）作為當(dāng)前自動(dòng)化儀表領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，正越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。高等院校，肩負(fù)著為國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重任，但是目前，在中國(guó)許多高校中使用的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，

17、大多數(shù)仍然是相當(dāng)落后的傳統(tǒng)儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及相應(yīng)學(xué)科高等教育課程教學(xué)內(nèi)容的更新，傳統(tǒng)儀器日益暴露出一些缺陷和不足。為了改善實(shí)驗(yàn)條件、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、降低實(shí)驗(yàn)成本、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的開設(shè)水平，把虛擬儀器引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為一種必然趨勢(shì)。對(duì)十虛擬儀器應(yīng)用十高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)，目前仍處十起步階段，但其顯著的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性已顯示出其巨大的優(yōu)勢(shì)和潛力。近年來(lái)，由十虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室已成為可能，遠(yuǎn)程教育的學(xué)習(xí)者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)也為時(shí)不遠(yuǎn)。隨著虛擬儀器的產(chǎn)生和發(fā)展，將帶來(lái)新型實(shí)驗(yàn)方式的產(chǎn)生，推動(dòng)教育方式的重大轉(zhuǎn)變。在科技迅猛發(fā)展的今天，以教育

18、有限的投入無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴、更新速度快的要求，這就要求從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的工作者，開發(fā)能夠滿足現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求、物美價(jià)廉的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，培養(yǎng)高素質(zhì)的適應(yīng)時(shí)代要求的合格人才。本論文正是在這種背景下進(jìn)行研究的，在此背景下作者想到開發(fā)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，以解決陳舊的教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)儀器與教學(xué)現(xiàn)代化、多元化之間的矛盾。1.2高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀系統(tǒng)開發(fā)前我曾在網(wǎng)上對(duì)國(guó)內(nèi)一些高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了考查和調(diào)研，調(diào)研中發(fā)現(xiàn)目前高校理工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然沿用著傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備依附于理論課程進(jìn)行劃分，各實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

19、沒(méi)有形成一個(gè)有機(jī)的整體，缺乏系統(tǒng)的觀念。（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備重復(fù)建設(shè)，沉積較多。（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備層次不齊，大部分設(shè)備落后于課程建設(shè)的需要。（4）實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容側(cè)重于理論的驗(yàn)證和模仿訓(xùn)練，每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容千篇一律，將學(xué)生的思維限定在一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和綜合能力的提高。（5）滯后的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和死板的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ诫y以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)處于應(yīng)試教育。目前大多數(shù)高校在測(cè)試和測(cè)量中所使用的傳統(tǒng)儀器主要由二部分構(gòu)成:即對(duì)被測(cè)信號(hào)的采集與控制、分析與處理、測(cè)量結(jié)果的表達(dá)與存儲(chǔ)。傳統(tǒng)電子儀器的這些功能模塊大多是以硬件或者固化的軟件的形式存在的，因此也具有以下幾個(gè)方面的弱點(diǎn):(1)成本高，

20、技術(shù)更新慢。傳統(tǒng)電子儀器價(jià)格比較昂貴，動(dòng)輒幾十萬(wàn)人民幣。研發(fā)周期長(zhǎng)，技術(shù)更新慢，使用當(dāng)中存在元器件老化等問(wèn)題從而導(dǎo)致工作狀態(tài)不穩(wěn)定，日常維護(hù)費(fèi)用較高，技術(shù)難度大，使用壽命短。 (2)數(shù)據(jù)顯示、分析和存儲(chǔ)功能不夠強(qiáng)大。傳統(tǒng)電子儀器的圖形顯示界面比較小，依靠人工讀取數(shù)據(jù)，誤差因觀察者的實(shí)驗(yàn)方法而不同，并且從中獲得的信息量小。另外由于硬件設(shè)備的限制，往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)更靈活、更特殊、更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析功能，也難以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)編輯、存儲(chǔ)和打印等功能。(3)靈活性和可擴(kuò)展性差。傳統(tǒng)電子儀器具有固定的用戶界面、組成模塊和數(shù)據(jù)處理功能。獨(dú)立儀器只有一塊儀器面板，例如，示波器只有示波器面板，頻譜儀也只有頻譜儀的面板(

21、但是，虛擬儀器的“面板”顯示在pc的屏幕上，儀器的操作是通過(guò)鼠標(biāo)選中不同的按鍵和旋鈕來(lái)完成的。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，采用不同的軟硬件組合，用戶就能在屏幕上定義自己的儀器，生成各種不同的“儀器面板”)。又如，用戶有時(shí)只需要用到儀器中的一小部分功能，而在用到其他功能時(shí)卻達(dá)不到所需指標(biāo)，如信號(hào)的頻率受制于實(shí)際元器件的限制。用戶無(wú)法改動(dòng)廠家固定好的儀器模塊，靈活性和可擴(kuò)展性差。這些在很大程度上制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。1.3虛擬儀器 測(cè)試儀器一般都可以分為三部分:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、測(cè)試結(jié)果顯示和記錄。傳統(tǒng)的儀器設(shè)備通常是以某一特定的測(cè)量對(duì)象為目標(biāo)，把以上三個(gè)過(guò)程組合在一起，實(shí)現(xiàn)性能

22、、范圍相對(duì)固定，功能、對(duì)象相對(duì)單一的測(cè)試目標(biāo)。而虛擬儀器則是通過(guò)各種與測(cè)量技術(shù)相關(guān)的軟件和硬件，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，用以替代傳統(tǒng)概念的儀器設(shè)備，或者利用軟件和硬件與傳統(tǒng)儀器設(shè)備相連接，通過(guò)通信方式采集、分析、顯示數(shù)據(jù)，監(jiān)視和控制測(cè)試過(guò)程、生產(chǎn)過(guò)程等，操作人員在計(jì)算機(jī)的屏幕上利用鼠標(biāo)等指點(diǎn)設(shè)備操作虛擬的儀器，就像操作真實(shí)的儀器一樣。這種硬件功能的軟件化，是虛擬儀器的一大特征。1.3.1虛擬儀器的定義所謂虛擬儀器，是指在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義，具有虛擬面板，其儀器的大部分測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。儀器的面板由顯示在計(jì)算機(jī)上的軟面板來(lái)代替，信號(hào)的獲取和信號(hào)的分析

23、、處理、存儲(chǔ)及打印等功能完全由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果;利用計(jì)算機(jī)的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理;利用i/o接口通信設(shè)備完成信號(hào)的采集與傳輸，最終完成各種測(cè)試功能。1.3.2虛擬儀器的組成虛擬儀器是計(jì)算機(jī)化的儀器，由計(jì)算機(jī)、模塊化功能硬件和應(yīng)用軟件二大部分組成，虛擬儀器根據(jù)其模塊化功能硬件的不同，而有多種構(gòu)成方式。虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)成的基本框圖見圖1。被測(cè)對(duì)象傳感器信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡rs-232/ieee-488接口儀器gpib總線儀器gpib接口卡軟件計(jì)算機(jī)gpib電纜fieldbus總線儀器vxi總線儀器vxi

24、接口卡vxi電纜pxi總線儀器pxi接口卡pxi電纜網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)圖1-1 虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)成的基本框圖1、pc-daq測(cè)試系統(tǒng):是以數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)調(diào)理電路及計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng)。2、gpib系統(tǒng):是以gpib標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng)。3、vxi系統(tǒng):是以vxi標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng)。4、串口系統(tǒng):是以rs-232標(biāo)準(zhǔn)串行總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng)。5、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng):是以fieldbus標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng)。6、pxi系統(tǒng):是以pxi標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng)。目前，為不同的應(yīng)用目的和環(huán)境

25、，已設(shè)計(jì)了多種性能和用途的數(shù)據(jù)采集板卡，從低速采集板卡到高速同步采集板卡，直至圖像采集卡都有成熟的產(chǎn)品，因此，在使用時(shí)完全可以根據(jù)需要直接購(gòu)買現(xiàn)成的產(chǎn)品。1.3.3虛擬儀器的特點(diǎn)虛擬儀器的最大特點(diǎn)是它的靈活性，它可以很方便地通過(guò)選擇不同的硬件配置和改變軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種測(cè)控功能，使得硬件資源具備了再用性。由于采用了通用的硬件和計(jì)算機(jī)，使得系統(tǒng)的成本下降，開發(fā)周期縮短，維護(hù)的成本降低。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較表如表1所示。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)開放性 在一定通用硬件模塊和軟件環(huán)境的支持下，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)出自己的測(cè)試方案，以完成不同的測(cè)試任務(wù)。(2)模塊化 各種測(cè)量

26、數(shù)據(jù)可以由不同的處理模塊進(jìn)行處理，也就相當(dāng)十把各種測(cè)試能力集于一體，從而提高測(cè)試速度和測(cè)試效率。(3)可重復(fù)性 傳統(tǒng)儀器有使用壽、使用次數(shù)的限制。而用軟件創(chuàng)建的虛擬儀器，可重復(fù)使用完全不受時(shí)間、地點(diǎn)、使用次數(shù)的制約，這是傳統(tǒng)儀器所不能比擬的。(4)自定義性 虛擬儀器使得用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，而不像傳統(tǒng)儀器那樣，受到儀器廠商的限制。通過(guò)對(duì)其軟件模塊的擴(kuò)充，相當(dāng)于購(gòu)買一臺(tái)新儀器。(5)低價(jià)位 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)性能/價(jià)格比的不斷提高，使得越來(lái)越多的用戶認(rèn)可并接受虛擬儀器系統(tǒng)。應(yīng)用虛擬儀器系統(tǒng)技術(shù)，用戶可以用較少的資金、時(shí)間、系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，開發(fā)出功能更強(qiáng)、質(zhì)量更可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)。表1-1

27、 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器功能由用戶自己定義，方便修改可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊儀器功能由廠商定義，不方便修改只可連有限的儀器自動(dòng)化、功能化、遠(yuǎn)距離傳輸開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用低功能單一，操作不方便開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高軟件是關(guān)鍵，價(jià)格低廉硬件是關(guān)鍵，價(jià)格昂貴數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)編輯，技術(shù)更新周期短數(shù)據(jù)無(wú)法存儲(chǔ)編輯，技術(shù)更新周期長(zhǎng)開放、靈活，可重復(fù)利用和重新配置不靈活、系統(tǒng)封閉、功能固定、拓展性低1.3.4基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立問(wèn)題的提出21世紀(jì)是世界各國(guó)之間的科技、經(jīng)濟(jì)和綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)更加激烈的世紀(jì)。各國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)，歸根結(jié)底是人才的競(jìng)爭(zhēng)、教育的競(jìng)爭(zhēng)。在新的歷史條件下，要求高等學(xué)校培養(yǎng)的人才，具有創(chuàng)新精神和

28、很強(qiáng)的工作適應(yīng)能力。這其中，最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)?！皩?shí)踐教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力具有特殊作用”。而測(cè)試技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)一直以來(lái)都是大學(xué)工科實(shí)踐教學(xué)中的重要內(nèi)容之一。為保證完成必要的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并且跟上當(dāng)今測(cè)試工程的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室一般需購(gòu)置先進(jìn)而且昂貴的基礎(chǔ)測(cè)量?jī)x器，如示波器、萬(wàn)用表、信號(hào)源等。隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，儀器更新?lián)Q代的步伐越來(lái)越快，功能越來(lái)越復(fù)雜。投資大、技術(shù)更新快、維護(hù)困難，而且面臨著增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)的壓力，使得相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室更新與改造已成為測(cè)試技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域改革的重要課題。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，為解決上述問(wèn)題提

29、供一個(gè)新的思路。利用虛擬儀器技術(shù)，可以設(shè)計(jì)出與實(shí)際儀器在原理、功能和操作方面完全一樣的全軟件虛擬儀器。利用這些虛擬儀器，學(xué)生在計(jì)算機(jī)上就可以學(xué)習(xí)和掌握儀器原理、功能與操作，并通過(guò)儀器與儀器，儀器與電路的相互配合，完成實(shí)際測(cè)試過(guò)程，達(dá)到與實(shí)際儀器教學(xué)的相同目的。此外，我們還可采用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)要求，將分布在學(xué)校不同實(shí)驗(yàn)室的各種測(cè)量?jī)x表和實(shí)驗(yàn)設(shè)備連接為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)施集中控制和管理，從根本上改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理成本，徹底改變采用傳統(tǒng)單元儀表分散工作時(shí)成本高、維護(hù)困難、資源配置重復(fù)等缺點(diǎn)。通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)方式，可以培養(yǎng)學(xué)生的求

30、知興趣和創(chuàng)新能力。另外，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)化，不但可以大大提高虛擬實(shí)驗(yàn)室的資源利用率，而且可以進(jìn)行網(wǎng)上遠(yuǎn)程教學(xué)實(shí)驗(yàn)。此外，實(shí)驗(yàn)課程的遠(yuǎn)程教學(xué)一直是一個(gè)很大的難題，它不像理論課的遠(yuǎn)程教學(xué)，可以通過(guò)下載教學(xué)課件、教學(xué)資料、在線點(diǎn)播、收看電視教學(xué)節(jié)目等形式進(jìn)行。目前，解決這一問(wèn)題的途徑主要有兩種。第一種是目前國(guó)內(nèi)普遍采取的方法，就是讓參與遠(yuǎn)程教學(xué)的學(xué)生在一個(gè)集中的時(shí)間到學(xué)校參與實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。由于時(shí)間緊、課程過(guò)于集中等原因，這種方法存在的弊端是顯而易見的;第二種方法是讓學(xué)生郵購(gòu)專為教育制造的廉價(jià)實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生自己在家中做實(shí)驗(yàn)，目前國(guó)外一些遠(yuǎn)程教育機(jī)構(gòu)采用的就是這種方法。雖然采用這種方法能夠讓學(xué)

31、生自由操作儀器，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)新能力，但是由于缺少教師的有效指導(dǎo)，很難保證達(dá)到如期的教學(xué)目的。另外，人手一套實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器將耗費(fèi)大量的資金，對(duì)于發(fā)展與推廣遠(yuǎn)程教育不是行之有效的方法。利用虛擬儀器，學(xué)生可以在個(gè)人電腦上安裝虛擬儀器軟件，即可以實(shí)現(xiàn)本地甚至是基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程操作和實(shí)驗(yàn)儀器控制，以及實(shí)時(shí)真實(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，如同實(shí)地操作實(shí)驗(yàn)儀器一樣方便靈活，同時(shí)由于教師或設(shè)計(jì)者事先定義了虛擬儀器的功能和實(shí)驗(yàn)步驟，可以有效地幫助學(xué)生完成預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。從這個(gè)意義上說(shuō)，虛擬儀器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的應(yīng)用是實(shí)驗(yàn)課程遠(yuǎn)程教育發(fā)展的突破點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)。1.3.5基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立的可行性分析 1、從資

32、金的角度講，由于虛擬儀器技術(shù)的新特性，決定了建立虛擬儀器技術(shù)實(shí)驗(yàn)室只需要較少的資金，并且虛擬儀器的更新?lián)Q代、維護(hù)所需的資金與傳統(tǒng)的儀器實(shí)驗(yàn)室相比都是很少的。2、從技術(shù)的角度講，虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)基本發(fā)展成熟，在測(cè)試領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并且也是未來(lái)的測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向。而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展更為虛擬儀器教學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供有力的技術(shù)保證。3、從硬件的角度講，計(jì)算機(jī)是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)，一般的實(shí)驗(yàn)室都擁有相當(dāng)數(shù)量的計(jì)算機(jī)，只需要購(gòu)買一些相關(guān)的虛擬儀器硬件，就可以構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)。而購(gòu)買這些硬件的花銷遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于購(gòu)買傳統(tǒng)的儀器設(shè)備。綜上所述，利用虛擬儀器技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是完全可行且很有意義

33、的。1.4 基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀目前，網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室在發(fā)達(dá)國(guó)家已十分普及。一些發(fā)達(dá)國(guó)家的高等院校已將虛擬儀器作為常規(guī)的實(shí)驗(yàn)儀器在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用。在最早提出虛擬實(shí)驗(yàn)室概念并具有雄厚的科研實(shí)力和強(qiáng)大財(cái)力的美國(guó)，虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形化編程語(yǔ)言，已作為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門必修課程，從一開始就十分重視虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究與開發(fā)，并在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。為了繼續(xù)保持其在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)先地位，他們尤其重視信息技術(shù)方面的研究，并將虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)列入其科研發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃之中。美國(guó)斯坦福大學(xué)的機(jī)械工程系要求三四年級(jí)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)用虛擬儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)控制。國(guó)內(nèi)已有部分院校實(shí)驗(yàn)室引入了虛

34、擬儀器系統(tǒng)，2003年7月，美國(guó)國(guó)家儀器有限公司宣布:在已有20所高等院校建立了虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，中國(guó)又有14所重點(diǎn)院校，包括北京大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)和浙江大學(xué)將采納虛擬儀器作為理工科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程。利用世界銀行的高等教育開發(fā)項(xiàng)目基金，中國(guó)教育部從ni公司購(gòu)買了labview圖形化開發(fā)軟件和ni數(shù)據(jù)采集(daq)硬件，在這14所大學(xué)建立了230個(gè)工作站。實(shí)驗(yàn)室引入虛擬儀器系統(tǒng)的部分國(guó)內(nèi)院校名單如下:清華大學(xué)電機(jī)工程及應(yīng)用電子技術(shù)系，復(fù)旦大學(xué)電子工程系，上海交通大學(xué)儀器工程系，吉林大學(xué)通信學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器系，武漢華中科技大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系，西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，西安工業(yè)大學(xué)，南京工程學(xué)院

35、自動(dòng)化系，江南大學(xué)機(jī)械系，杭州電子工業(yè)學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器系，淮陰工學(xué)院動(dòng)力系等。其中，華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)室將其開發(fā)成果在網(wǎng)上公開展示。四川聯(lián)合大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，研制了“航空電臺(tái)二線綜合測(cè)試儀”將8臺(tái)儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用方便、靈活。清華大學(xué)汽車系利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的出廠檢驗(yàn)，主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性、負(fù)荷特性等，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)完后，就可打印出完整的檢測(cè)報(bào)告。此外，一些高校和企業(yè)也利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，吉林大學(xué)進(jìn)行的“精密儀器軟件平臺(tái)研究與開發(fā)”，武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院的學(xué)生開發(fā)了“基于usb和labv

36、iew技術(shù)的遠(yuǎn)程發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試診斷系統(tǒng)”等。國(guó)內(nèi)已有幾家企業(yè)在研制pc虛擬儀器，哈工大儀器王電子有限責(zé)任公司就是其中之一，它的產(chǎn)品已達(dá)到一定的批量。其主要產(chǎn)品有數(shù)字存儲(chǔ)示波器系列、任意波形發(fā)生器及頻率計(jì)系列、多通道大容量波形記錄儀系列。國(guó)內(nèi)專家預(yù)測(cè):未來(lái)的幾年內(nèi)，我國(guó)將有50%的儀器為虛擬儀器。國(guó)內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。 第二章 虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境放到第3章內(nèi)來(lái)介紹構(gòu)造一個(gè)虛擬儀器，基本硬件確定以后，就可以通過(guò)不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。目前流行的虛擬儀器軟件開

37、發(fā)工具有兩類：文本式編程語(yǔ)言有c,c+,vb,vc,labwindows/cvi等；圖形化編程語(yǔ)言有l(wèi)abview，agilent vee等。其中l(wèi)abview最流行，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件?，F(xiàn)在，國(guó)際上成功的商用圖形化開發(fā)平臺(tái)主要有兩個(gè):ni公司的labview與惠普公司的hp vee。此外，還有一些在數(shù)據(jù)流圖形編程方面不很成熟的開發(fā)平臺(tái)面世。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)的vpp和重慶大學(xué)的組控智能虛擬儀器平臺(tái)也做出了一些嘗試并有初級(jí)版本出現(xiàn)。2.1 labview簡(jiǎn)介2.1.1labview空一字符的含義labview（laboratory virtual instrument e

38、ngineering workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境）是一種圖形化的編程語(yǔ)言（又稱g語(yǔ)言），它是由美國(guó)ni公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。labview作為一種強(qiáng)大的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。labview集成了gpib，vxi，rs-232c，usb的硬件和數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能，并且它還內(nèi)置了便于應(yīng)用tcp/ip，activex等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。因此，labview是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件，利用它可以方便地組建自己的虛擬儀器。使用labvi

39、ew開發(fā)平臺(tái)編制的程序稱為虛擬儀器，它包括前面板、程序框圖及圖標(biāo)/連線板三部分。labview簡(jiǎn)化了虛擬儀器的開發(fā)過(guò)程，縮短了儀器開發(fā)和調(diào)試周期，它讓用戶從煩瑣的計(jì)算機(jī)代碼編寫中解脫出來(lái)，把大部分精力投入儀器設(shè)計(jì)和分析當(dāng)中，而不再拘泥于程序的細(xì)節(jié)。2.1.2labview的特點(diǎn)labview是一種圖形化的編程語(yǔ)言，使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是程序框圖。labview盡可能地利用了技術(shù)人員，科學(xué)家，工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，labview是一個(gè)面向最終用戶的工具，它可以增強(qiáng)用戶構(gòu)建自己的工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑，使用它進(jìn)行原

40、理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。labview是通過(guò)圖形符號(hào)來(lái)描述程序的行為，它消除了令人煩惱的語(yǔ)法規(guī)則，減輕了用戶編程的負(fù)擔(dān)，提高了效率，labview的特點(diǎn)如下。編程簡(jiǎn)單，不需要記憶編程語(yǔ)言，只要通過(guò)交互式圖形前面板進(jìn)行系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示，再通過(guò)程序框圖進(jìn)行功能模塊的組合操作來(lái)指定各種功能，即可完成軟件編程。開發(fā)周期短，只需通過(guò)交互式圖形前面板進(jìn)行系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示，可省去硬件面板的制作。高效性，這主要是以軟件作保證。以功能強(qiáng)大的labview作為軟件開發(fā)平臺(tái)，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、文件處理、波形處理、數(shù)學(xué)運(yùn)算等，都能輕而易舉地解決。開放性，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行更

41、新拓展，發(fā)展迅速。自定義性，工程師們可以在非常廣泛的測(cè)量和控制應(yīng)用中自定義芯片級(jí)硬件功能。性價(jià)比高，能一機(jī)多用。2.2labview8.2編程環(huán)境labview8.2程序開發(fā)環(huán)境采用圖形化的編程方式，無(wú)須編寫任何代碼，它不僅包含有豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫(kù)函數(shù)，還提供了pci，gpib，pxi，vxi，rs-232c，usb等通信總線標(biāo)準(zhǔn)的功能函數(shù)，可以驅(qū)動(dòng)不同總線接口的設(shè)備和儀器。labview8.2具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以方便地設(shè)計(jì)、開發(fā)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控儀器，并有多種程序調(diào)試手段，如斷電設(shè)置、單步調(diào)試等。2.2.1labview8.2的基本開發(fā)平臺(tái)使用labview開發(fā)平臺(tái)

42、編制的程序稱為虛擬儀器，簡(jiǎn)稱vi。vi由以下3部分構(gòu)成。前面板：即用戶界面。程序框圖：包含用于定義vi功能的圖形化源代碼。圖標(biāo)和連線板：用以識(shí)別vi的接口，以便在創(chuàng)建vi時(shí)調(diào)用另一個(gè)vi。當(dāng)一個(gè)vi應(yīng)用在其它vi中，則稱為子vi。子vi相當(dāng)于文本編程語(yǔ)言中的子程序。1.前面板前面板是vi的用戶界面。創(chuàng)建vi時(shí)，通常應(yīng)先設(shè)計(jì)前面板，然后設(shè)計(jì)程序框圖在前面板上創(chuàng)建的輸入/輸出任務(wù)。前面板上有用戶輸入控制和輸出顯示兩類對(duì)象，用于模擬真實(shí)儀表的前面板?？刂坪惋@示對(duì)象以各種各樣的圖形形式出現(xiàn)在前面板上，具體表現(xiàn)為旋鈕、按鈕、圖形、指示燈，以及其他的控制和顯示對(duì)象等，這使得用戶界面更加直觀易懂。在前面板的

43、編輯界面上，正上方是窗口彈出式菜單，包括文件(file )，編輯(edit )，操作(operate )，工具(tools )，工程(project，窗口windows)和幫助(help )。在前面板編輯界面上還有兩個(gè)常用的操縱模板，它們是工具(tools)模板和控制(controls )模板，如圖2-1和圖2-2: 圖 2-1 工具模板 圖2-2 控制模板工具模板為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試vi程序工具。該圖從左到右，從上到下分別為:操作工具、選擇工具、標(biāo)簽工具、連線工具、對(duì)象彈出菜單工具、漫游工具、斷點(diǎn)工具、探針工具、顏色提取工具和顏色工具?？刂泼姘蹇梢越o前面板添加輸入控制和輸出

44、顯示。每一個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)子模板。只有當(dāng)打開前面板窗口是才調(diào)用控制面板。該圖從左到右從上到下依次為:數(shù)值子模板、布爾值子模板、字符串子模板、列表和環(huán)子模板、數(shù)組和群子模板、圖形子模板、路徑和參考子模板、控件容器庫(kù)子模板、對(duì)話框子模板、修飾子模板還有用戶自定義的控制和顯示，調(diào)用存儲(chǔ)在文件中的控制和顯示接口。2.程序框圖每個(gè)前面板都配有一個(gè)對(duì)應(yīng)的方塊圖程序，方塊圖程序也叫做框圖程序。程序框圖可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼，框圖中的部件可以看成程序節(jié)點(diǎn)，如循環(huán)控制，事件控制和算術(shù)功能等，這些部件都用連線連接，以定義方塊圖內(nèi)數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。當(dāng)進(jìn)行程序框圖編程時(shí)，完全無(wú)需考慮傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中許多語(yǔ)法的細(xì)節(jié)，

45、用戶只需從功能工具箱中選用不同的圖標(biāo)，然后再以線條相互連接，數(shù)據(jù)將按從左至右的順序由一個(gè)方塊傳遞至下一個(gè)方塊。labview程序?yàn)槟K化結(jié)構(gòu)，因此每一個(gè)labview程序都可以單獨(dú)執(zhí)行，或者被其他程序當(dāng)成于程序來(lái)調(diào)用。甚至可以為每個(gè)子程序設(shè)計(jì)不同的圖標(biāo)，如此便可以設(shè)計(jì)出一組可供修改，交換或與其他labview程序相鏈接的子程序庫(kù)，以符合用戶不同的需求。此外，labview還是唯一具有編輯器(compiler)的圖形程序語(yǔ)言，它可以將程序結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。另外，若使用application builder工具軟件，更可將labview開發(fā)出來(lái)的程序轉(zhuǎn)換為windows環(huán)境下的.exe獨(dú)立可執(zhí)行文件。

46、圖2-3 功能模板在程序框圖編輯面板中點(diǎn)擊右鍵可以彈出功能模板(functions)如圖2-3所示。功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用windows菜單下的show functions palette功能打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。(注:只有打開了框圖程序窗口，才能出現(xiàn)功能模板。)功能模板包含以下子模板:結(jié)構(gòu)子模板:包括程序控制結(jié)構(gòu)命令，例如循環(huán)控制等，以及全局變量。數(shù)值運(yùn)算子模板:包括各種常用的數(shù)值運(yùn)算符，如+、-等;以及常見的數(shù)值運(yùn)算式，如比值運(yùn)算;還包括數(shù)制轉(zhuǎn)換、三角函數(shù)、對(duì)數(shù)、復(fù)數(shù)等運(yùn)算

47、，以及各種數(shù)值常數(shù)。布爾邏輯子模板:包括各種邏輯運(yùn)算符以及布爾常數(shù)。字符串運(yùn)算子模板:包含各種字符串操作函數(shù)、數(shù)值與字符串之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及字符(串)常數(shù)等。數(shù)組子模板:包括數(shù)組運(yùn)算函數(shù)、數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及常數(shù)數(shù)組等。群子模板:包括群的處理函數(shù)，以及群常數(shù)等。比較子模板:包括各種比較運(yùn)算函數(shù)，如大于、小于、等于。時(shí)間和對(duì)話框子模板:包括對(duì)話框窗口、時(shí)間和出錯(cuò)處理函數(shù)等。文件輸入/輸出于模板:包括處理文件輸入/輸出的程序和函數(shù)。3.圖標(biāo)/連線接板圖標(biāo)/連接端口可以把vi變成一個(gè)對(duì)象(subvi，即vi子程序)，然后像子程序一樣在其他vi中調(diào)用。圖標(biāo)作為subvi的直觀標(biāo)記，在被其他vi調(diào)用時(shí)，

48、代表subvi中的所有框圖程序。連接端口表示該subvi與調(diào)用它的vi之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入輸出口，就像傳統(tǒng)編程語(yǔ)言子程序的參數(shù)端口，與s11bvi中前面板上的控制和指示對(duì)應(yīng)。labview的強(qiáng)大功能歸因于它的層次化結(jié)構(gòu)，用戶可以把創(chuàng)建的vi程序當(dāng)作subvi來(lái)調(diào)用以創(chuàng)建更加復(fù)雜的vi，并且這種調(diào)用的遞階次數(shù)是無(wú)限制的。2.3本章小結(jié)本章簡(jiǎn)要地介紹了計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展歷程，列舉了目前國(guó)際上虛擬儀器常用的圖形化開發(fā)語(yǔ)言。并詳細(xì)介紹了labview的特點(diǎn)及主要組成部分，并列舉了各個(gè)模塊的組成和作用，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出labview的優(yōu)勢(shì)，使讀者對(duì)虛擬儀器的開發(fā)工具有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。第三章 虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)

49、室的軟件設(shè)計(jì)章節(jié)另器一頁(yè)本論文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由8個(gè)vi程序構(gòu)成，包括了七個(gè)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)界面和一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主程序界面，每一臺(tái)儀器作為subvi集成在基于labview的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)下，構(gòu)成一個(gè)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)界面如圖3-1所示。圖3-1 虛擬儀器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)前面板本設(shè)計(jì)中的七個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器分別包括虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，對(duì)信號(hào)的相關(guān)分析，時(shí)域分析，頻域分析等，他們共同構(gòu)成一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本章主要介紹個(gè)各虛擬儀器所實(shí)現(xiàn)的功能，前面板圖，程序框圖等。3.1 虛擬信號(hào)發(fā)生器當(dāng)現(xiàn)實(shí)生活中的信號(hào)無(wú)法使用時(shí)，用戶可以使用labview生產(chǎn)信號(hào)用于測(cè)試和其他目的。當(dāng)需要準(zhǔn)確控制信號(hào)的特性(比如幅度、頻率

50、和周期信號(hào)的相位等)時(shí)，用戶可以方便地使用虛擬信號(hào)發(fā)生器生成信號(hào)而不必從現(xiàn)實(shí)世界中采集信號(hào)。3.1.1 儀器原理與功能虛擬信號(hào)發(fā)生器可以提供各種波形的周期信號(hào)函數(shù)，函數(shù)值為離散序列值。該離散值通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，可以模擬電壓的形式輸出，輸出波形呈現(xiàn)臺(tái)階狀。使用本虛擬信號(hào)發(fā)生器完全可以替代目前實(shí)驗(yàn)室廣泛使用的傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器。3.1.2 前面板和程序框圖的設(shè)計(jì)本虛擬信號(hào)發(fā)生器前面板如圖3-2所示?！安ㄐ螆D”窗：用來(lái)顯示信號(hào)波形?！安ㄐ芜x擇”鍵：用來(lái)選擇待輸出的機(jī)內(nèi)周期信號(hào)的波形。點(diǎn)擊上下選擇鍵可以選擇產(chǎn)生正弦波，三角波，方波，鋸齒波等信號(hào)波形。所需信號(hào)的參數(shù)可通過(guò)“信號(hào)頻率”、“采樣頻率”、“信號(hào)幅值

51、”、“相位”、“采樣點(diǎn)數(shù)”等輸入控制窗設(shè)定。其中，頻率輸入要滿足采樣定理，欲使信號(hào)能夠無(wú)失真地恢復(fù)原始信號(hào)的條件是：采樣頻率要大于或等于信號(hào)的最高頻率分量。“疊加噪聲”鍵：用來(lái)選擇是否疊加噪聲?！巴Ｖ埂辨I：使程序退出while循環(huán)，停止運(yùn)行。圖3-2 信號(hào)發(fā)生器前面板虛擬信號(hào)發(fā)生器的框圖程序如圖3-3所示。典型信號(hào)的產(chǎn)生采用了目前普遍使用的典型信號(hào)生成模塊。采用四個(gè)case結(jié)構(gòu)用來(lái)分別生成正弦波、方波、三角波、鋸齒波等四種不同的波形，并用來(lái)選擇是否疊加白噪聲，case結(jié)構(gòu)類似于c語(yǔ)言中的switch結(jié)構(gòu)，是一個(gè)多分支選擇結(jié)構(gòu)，它根據(jù)輸入值決定程序進(jìn)入不同的分支流。當(dāng)在前面板上點(diǎn)擊波形選擇按鍵選

52、擇不同的波形并運(yùn)行程序時(shí)，程序會(huì)根據(jù)選擇自動(dòng)調(diào)出相應(yīng)的case結(jié)構(gòu)通過(guò)波形圖顯示波形。通過(guò)兩個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)來(lái)使兩種信號(hào)進(jìn)行疊加，并可以決定是否疊加噪聲。再利用一個(gè)while循環(huán)，用“停止”按鈕來(lái)控制，使程序反復(fù)執(zhí)行，就可以連續(xù)輸出所需波形，直到按下“停止”鍵，程序停止運(yùn)行。圖3-3給出了case結(jié)構(gòu)下三角波程序流程圖。圖3-3信號(hào)發(fā)生器程序框圖程序說(shuō)明：“歸一化頻率”問(wèn)題:labview中的所有仿真信號(hào)都是用函數(shù)生成的離散時(shí)間序列，其輸入?yún)?shù)頻率勻?yàn)閿?shù)字頻率，本設(shè)計(jì)中所使用的幾個(gè)vi（ sine wave, square wave, sawtooth wave, triangle wave）在調(diào)

53、用時(shí)都必須使用歸一化單位指定的頻率，因此就不可避免地遇到了歸一化頻率的問(wèn)題。數(shù)字頻率等于一個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)的倒數(shù)，它是仿真信號(hào)頻率與采樣頻率之比，即，即歸一化頻率=仿真信號(hào)頻率/采樣頻率。模擬頻率通常以hz(或每秒周期數(shù))為單位進(jìn)行測(cè)量，而采樣頻率的單位為每秒采樣數(shù)，則歸一化頻率單位為周期數(shù)/采樣。與模擬信號(hào)相比，利用軟件的方法產(chǎn)生的波形數(shù)字序列雖然存在著一定的誤差，只要一個(gè)周期內(nèi)選的點(diǎn)數(shù)足夠的多，就可以使誤差降到最低，對(duì)結(jié)果的影響最小。但利用軟件產(chǎn)生波形的一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是使儀器的成本大大降低，而且使儀器小型化、智能化。3.2 虛擬相關(guān)分析儀相關(guān)分析實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)校理科實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，傳統(tǒng)的

54、相關(guān)函數(shù)分析實(shí)驗(yàn)是通過(guò)相關(guān)測(cè)量?jī)x進(jìn)行實(shí)體測(cè)量并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的，實(shí)體相關(guān)測(cè)量?jī)x價(jià)格較高，且在功能上缺乏拓展性。通過(guò)運(yùn)用labview開發(fā)設(shè)計(jì)出一種虛擬相關(guān)分析儀，其功能和實(shí)際實(shí)驗(yàn)儀器基本相同，而且這種虛擬的相關(guān)測(cè)量平臺(tái)借助十網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，是對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種有效的補(bǔ)充。3.2.1 儀器原理相關(guān)是指兩個(gè)變量之間的線性關(guān)系。相關(guān)分析是分析兩個(gè)信號(hào)或一個(gè)信號(hào)在一定時(shí)移前后之間關(guān)系的重要工具。在世紀(jì)工程領(lǐng)域，相關(guān)測(cè)速、相關(guān)濾波和利用相關(guān)原理探測(cè)管道破裂點(diǎn)、識(shí)別信號(hào)類別成分等得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)函數(shù)可以用相關(guān)分析儀測(cè)量。相關(guān)分析儀有模擬式和數(shù)字式兩種。本文中使用labview提供的函數(shù)構(gòu)建了一臺(tái)簡(jiǎn)單易

55、用的數(shù)字式相關(guān)分析儀。兩模擬信號(hào)和作數(shù)字化處理以后，它們的相關(guān)函數(shù)表達(dá)形式應(yīng)為:式中，n沿時(shí)間軸的總采樣數(shù)； i沿時(shí)間軸的采樣序數(shù)； r間斷時(shí)移值。作為有限長(zhǎng)采樣的相關(guān)函數(shù)估計(jì)為：用這一公式做離散相關(guān)的步驟是：1、取，將所有對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的和相乘；2、將所有乘機(jī)相加；3、以總采樣點(diǎn)數(shù)做平均，得到相關(guān)函數(shù)的一個(gè)值；4、取，將所有對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的和相乘，然后相加、平均，得到。依次取，按以上步驟重復(fù)計(jì)算得到相關(guān)函數(shù)的各個(gè)值。在和兩離散序列長(zhǎng)度相等時(shí)，計(jì)算可以用全部計(jì)算長(zhǎng)度數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算，而下一步計(jì)算時(shí)因作一步時(shí)移，使可提供計(jì)算的序列長(zhǎng)度由變?yōu)椤Ｇ译S時(shí)移增大，可提供計(jì)算的序列長(zhǎng)度越來(lái)越短，所以互相關(guān)函數(shù)的估值應(yīng)為

56、:與此類似，自相關(guān)函數(shù)的估值為：labview在信號(hào)處理的信號(hào)運(yùn)算函數(shù)子模版中提供了求互相關(guān)函數(shù)的cross correlation，它所用的算法為：求自相關(guān)函數(shù)的auto correlation所用的算法為：3.2.2虛擬去掉相關(guān)分析實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)為方便起見，以虛擬信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的仿真正弦波為例來(lái)闡述相關(guān)分析儀的實(shí)現(xiàn)。labview中，相關(guān)分析的功能由時(shí)域分析模板提供。時(shí)域分析模版是位于函數(shù)信號(hào)處理信號(hào)運(yùn)算下的autocorrelation.vi和crosscorrelation.vi。利用這兩個(gè)函數(shù)構(gòu)建相關(guān)分析的虛擬儀器。 1互相關(guān)函數(shù)先介紹相關(guān)函數(shù)及用途。包括公式構(gòu)建互相關(guān)函數(shù)實(shí)驗(yàn)程序前面板如圖3-4所示。將前面板中時(shí)域信號(hào)圖形顯示件的時(shí)間軸設(shè)置為0-100,幅值軸設(shè)置為auto scale;互相關(guān)函數(shù)圖形顯示件的時(shí)移軸設(shè)置為-100-100 ,幅值軸設(shè)置為auto scale。圖3-4 互相關(guān)函數(shù)實(shí)驗(yàn)前面板通過(guò)輸入控