《虛擬儀器綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)大綱

1、虛擬儀器綜合實(shí)驗(yàn)Comprehensive Experiment of Virtual Instrument一、課程基本情況 教學(xué)周數(shù)：2 周學(xué)分：2開課學(xué)期：第6學(xué)期課程性質(zhì)：專業(yè)選修先修課程：程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（C語(yǔ)言）、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、虛擬儀器原理適用專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)教 材：（美）特拉維斯，（美）克林著，喬瑞萍等譯，LabVIEW大學(xué)實(shí)用教程（第三版），出版社，電子工業(yè)出版社，2008年開課單位：電子與信息工程 學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù) 系二、學(xué)習(xí)目標(biāo)虛擬儀器技術(shù)是電子科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、電氣工程及其自動(dòng)化、探測(cè)制導(dǎo)與控制技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程

2、專業(yè)本科生的一門任意選修的專業(yè)課，虛擬儀器技術(shù)綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和軟件工程方法，代表了測(cè)量?jī)x器與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展方向。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)開發(fā)儀器和組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的能力。三、學(xué)習(xí)基本要求1、理論推導(dǎo)及設(shè)計(jì)思路：理論分析及推導(dǎo)，方案設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算；2、程序?qū)崿F(xiàn)：根據(jù)設(shè)計(jì)思路熟練運(yùn)用軟件進(jìn)行程序編寫，調(diào)試，及功能驗(yàn)證以達(dá)到設(shè)計(jì)要求；3、設(shè)計(jì)總結(jié)：設(shè)計(jì)總結(jié)中包括設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)方案、算法流程參數(shù)計(jì)算以及調(diào)試過程，最后對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行總結(jié).四、學(xué)習(xí)內(nèi)容及時(shí)間安排序號(hào)項(xiàng)目名稱所需學(xué)時(shí)內(nèi) 容 提 要項(xiàng)目要求實(shí)驗(yàn)類型必開選開實(shí)驗(yàn)一程序結(jié)構(gòu)for 循環(huán)2

3、使用For循環(huán)與移位寄存器實(shí)現(xiàn)n!的運(yùn)算，同時(shí)計(jì)算n!所運(yùn)算的時(shí)間。前面板數(shù)字控制器可隨意輸入n的值，并能顯示結(jié)果(注:0!=1)。For循環(huán)中重復(fù)時(shí)間不少于100ms（即程序每100ms循環(huán)一次）。必開驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)二程序結(jié)構(gòu)計(jì)算器2前面板設(shè)有數(shù)字控制器用來輸入兩個(gè)數(shù)字，數(shù)字顯示器用來顯示運(yùn)算結(jié)果。運(yùn)算方式有加、減、乘、除。必開驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)三程序結(jié)構(gòu)計(jì)數(shù)器2利用事件結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)開關(guān)按鍵的次數(shù)，并在字符串顯示器中顯示（顯示用七段數(shù)碼管顯示）。要求：超出30秒鐘后，顯示：“嗨.30秒鐘內(nèi)，用戶沒有操作！”（標(biāo)志超時(shí)事件已經(jīng)結(jié)束）。 當(dāng)用戶點(diǎn)擊停止按鍵后，顯示：“哈哈.計(jì)數(shù)停止！”,同時(shí)程序停止。選開驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)四

4、數(shù)組 2在波形Graph顯件上用兩種不同顏色顯示一條正弦曲線和一條余弦曲線，每條曲線長(zhǎng)度為128個(gè)點(diǎn)，其中正弦曲線的x0 =0，x=1；余弦曲線的x0 =2，x=5。并利用屬性節(jié)點(diǎn)通過前面板控件改變每條曲線的顏色。必開綜合實(shí)驗(yàn)五數(shù)組 簇2設(shè)計(jì)一個(gè)VI，將一個(gè)一維數(shù)組（含有正數(shù)和負(fù)數(shù)的混合數(shù)組）分成兩個(gè)只含正數(shù)（包含0的數(shù)）和負(fù)數(shù)的一維數(shù)組。并分別計(jì)算兩個(gè)數(shù)組中各自有多少個(gè)元素，同時(shí)顯示出各自數(shù)組中最大、最小值。必開綜合實(shí)驗(yàn)六數(shù)組 簇和曲線圖形2創(chuàng)建一個(gè)VI,利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生函數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，來仿真兩路采樣信號(hào)。一路電壓信號(hào)的范圍03.3V的采樣信號(hào)，每200ms采一個(gè)點(diǎn)，共采集50個(gè)點(diǎn)，另一路電壓

5、信號(hào)的范圍為510V，采樣間隔是50ms，共采集100個(gè)點(diǎn)。采樣完成后，將兩路采樣信號(hào)實(shí)時(shí)顯示在同一個(gè)Waveform Graph中。X軸為時(shí)間軸顯示，要求時(shí)間軸能真實(shí)的反映采樣時(shí)間。選開綜合實(shí)驗(yàn)七基于myDAQ的任意信號(hào)發(fā)生器21）產(chǎn)生任意信號(hào)波形（至少7種：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、脈沖波、直流和噪聲等），波形可選擇，通過myDAQ將此信號(hào)輸出。2）用示波器測(cè)量產(chǎn)生的信號(hào)，調(diào)節(jié)信號(hào)的相關(guān)參數(shù)，觀察示波器的變化。要求：1）通過myDAQ輸出各種控制的波形，同時(shí)前面板上顯示各輸出波形。2）頻率、幅值和初相位、直流偏移量、方波的占空比（0100%）等參數(shù)可以通過前面板調(diào)節(jié)。必開驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)八任意

6、信號(hào)發(fā)生器2選做:3）任意信號(hào)波形可由內(nèi)部或外部產(chǎn)生：通過輸入公式節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生不同的波形（編輯公式產(chǎn)生與數(shù)學(xué)函數(shù)相符的波形）；人工繪制各種波形（可考慮心電波形）；由AD采樣實(shí)際波形并存儲(chǔ)和回放。4）對(duì)波形可添加噪聲信號(hào)（Gaussian White Noise Waveform高斯白噪聲、Poisson Noise Waveform泊松噪聲、Inverse f Noise Waveform1/f噪聲、Binomial Noise Waveform二項(xiàng)式噪聲、Gamma Noise Waveform伽馬噪聲、 Periodic Random Noise Waveform周期性隨機(jī)噪聲），通過一個(gè)“噪

7、聲波選擇”按鈕來實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲波的選擇。5）通過運(yùn)算實(shí)現(xiàn)幅度衰減（輸出波形幅度范圍：-10+10V；衰減范圍20dB、40dB、60dB）。6）可產(chǎn)生多個(gè)信號(hào)疊加波形（如實(shí)現(xiàn)兩種不同正弦頻率疊加的信號(hào)）。7）可產(chǎn)生分時(shí)信號(hào)的疊加波形（如可實(shí)現(xiàn)一段時(shí)間的正弦波，一段時(shí)間的方波的信號(hào)）。8）能夠?qū)崿F(xiàn)TTL電平信號(hào)的簡(jiǎn)單輸出。9）能夠存儲(chǔ)和讀取波形數(shù)據(jù)，為分析數(shù)據(jù)提供方便。選開創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)九波形的采集與存儲(chǔ)- 虛擬數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)計(jì)2連續(xù)、定時(shí)采集和記錄波形信號(hào)；增加必要的信號(hào)處理與顯示結(jié)果；可回放記錄數(shù)據(jù)的圖形，回放速度可調(diào)。數(shù)據(jù)來源有兩種：經(jīng)過myDAQ數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)過串行口（現(xiàn)在暫不要求）必開驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)十波形

8、的采集與存儲(chǔ)- 基于虛擬儀器的十字交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)2完成一個(gè)十字路口交通信號(hào)燈的VI設(shè)計(jì)。模擬十字路口交通信號(hào)燈顯示。綠燈通行的時(shí)間為30S,黃燈等待通行的時(shí)間為5S，紅燈禁止通行的時(shí)間為35S。當(dāng)停止鍵按下時(shí)循環(huán)停止。主要功能：控制兩個(gè)方向車輛的停止和通過。按綠、黃、紅的順序循環(huán)點(diǎn)亮，如南北方向黃燈亮的同時(shí)，東西方向的紅燈亮，并有倒計(jì)時(shí)顯示。（黃燈亮的時(shí)候，可考慮黃燈閃爍，閃爍頻率適中）要求：經(jīng)過myDAQ數(shù)據(jù)采集卡輸出。界面友好，易于操作，實(shí)現(xiàn)最基本的功能。選開創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)十一串口數(shù)據(jù)處理的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)2在串口通訊程序中，經(jīng)常要接收來自串口的數(shù)據(jù)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行驗(yàn)證、分析處理等，提

9、取所需要的信息。要求：設(shè)計(jì)一個(gè)串口數(shù)據(jù)處理的VI程序，（串口通訊的數(shù)據(jù)可見20131112.dat文件）， 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)文件中的讀取、驗(yàn)證、分析處理、顯示(數(shù)據(jù)需取絕對(duì)值-去除最高位的符號(hào)位即可，以十進(jìn)制數(shù)的形式和曲線形式顯示)、存儲(chǔ)等。利用LabVIEW的強(qiáng)大信號(hào)分析處理功能，開發(fā)一套操作簡(jiǎn)便的數(shù)據(jù)信息分析系統(tǒng)。必開驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)十二串口數(shù)據(jù)處理的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)- CRC編碼器2掌握CRC校驗(yàn)碼的編碼過程，試著寫出CRC校驗(yàn)編碼的LabVIEW程序,將原始數(shù)據(jù)按照既定的生成多項(xiàng)式CRC-CCITT（0 x1021）進(jìn)行編碼。選開創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)十三串口數(shù)據(jù)處理的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)-基于LabVIEW的串口調(diào)

10、試軟件2 設(shè)計(jì)一個(gè)基于LabVIEW的串口調(diào)試軟件，能通過串口發(fā)送接收數(shù)據(jù)，并能顯示或清除接收的數(shù)據(jù)，繪制或清除接收數(shù)據(jù)的波形等等。要求：能設(shè)置COM口、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等。編寫界面設(shè)計(jì)(應(yīng)包括三部分：發(fā)送數(shù)據(jù)對(duì)話框，可輸入發(fā)送內(nèi)容或產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)送；接收數(shù)據(jù)對(duì)話框，可顯示接收的數(shù)據(jù)；波形圖顯示，可繪制接收數(shù)據(jù)的波形)。 實(shí)現(xiàn)PC與PC之間的通信。選開創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)十四課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-信號(hào)讀取3以具有直觀圖形化編程和強(qiáng)大數(shù)字信號(hào)處理功能的虛擬儀器編程語(yǔ)言LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)基于虛擬儀器的簡(jiǎn)單心電信號(hào)分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有心電信號(hào)的讀取，處理分析，波形顯示、心率顯示及報(bào)警，波形

11、存儲(chǔ)和回放等功能。心電信號(hào)是微弱低頻生理電信號(hào)，通常頻率在0.05Hz100Hz，幅值不超過4mV，它通過安裝在皮膚表面的電極來拾取。必開創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)十五課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-處理分析和顯示3使用Report Generation Toolkit for Microsoft Office 設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)表生成程序，要求報(bào)表中顯示標(biāo)題欄，測(cè)試數(shù)據(jù)、和心電波形圖，包含監(jiān)測(cè)開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、監(jiān)測(cè)總時(shí)間長(zhǎng)度、監(jiān)測(cè)期間平均心率、心率最大值、心率最小值、 監(jiān)測(cè)期間實(shí)時(shí)心率的波形圖。必開創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)十六課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-心率顯示及報(bào)警3檢測(cè)心率：檢測(cè)信號(hào)心電的R波，計(jì)算平均心率和實(shí)時(shí)心率（R-R波時(shí)間間隔的倒數(shù)），并顯示實(shí)時(shí)心率

12、和平均心率。必開創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)十七課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-波形存儲(chǔ)和回放3波形存儲(chǔ)和回放必開創(chuàng)新五、課程考核 1. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫要求：課程設(shè)計(jì)論文包含基本的論文格式，書寫規(guī)范，結(jié)果正確. 2. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告：10次,課程設(shè)計(jì)論文：1 篇； 3. 考核及成績(jī)?cè)u(píng)定： （1）實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)報(bào)告的撰寫要求： 課程設(shè)計(jì)論文包含基本的論文格式，書寫規(guī)范，結(jié)果正確.（2）考核及成績(jī)計(jì)算方式： 從總體表現(xiàn)、設(shè)計(jì)說明書的質(zhì)量、設(shè)計(jì)成果質(zhì)量等方面設(shè)定評(píng)分辦法和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn).優(yōu)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)完整無(wú)誤，調(diào)試運(yùn)行效果良好，設(shè)計(jì)報(bào)告完整；良：系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本完整無(wú)誤，調(diào)試運(yùn)行基本正常有時(shí)有誤，設(shè)計(jì)報(bào)告完整；中：完成基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)，無(wú)原理性錯(cuò)誤，調(diào)試效果不佳，有較