虛擬儀器技術課程教學大綱

虛擬儀器技術課程教學大綱一、課程基本信息課程編號：201404157課程中文名稱：虛擬儀器技術課程英文名稱：VirtualInstrumentTechnology課程性質：專業(yè)選修課程開課專業(yè)：測控技術與儀器開課學期：7總學時：32學時（其中理論24學時，實驗8學時）總學分：2二、課程目標課程總體目標：通過本課程的學習，學習和掌握虛擬儀器設計的基本概念和基本方法，學習應用圖形化語言進行編程和設計，培養(yǎng)學生自己動手設計開發(fā)虛擬儀器和組建自動化測試系統的能力，重點培養(yǎng)學生掌握虛擬儀器的基本設計與實現方法，并將此技術應用到實際的科研和工作中，能夠根據所要實現的功能，搭建、調試虛擬儀器硬件平臺，采用高效的LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺編制軟件程序實現儀器功能。具體目標如下：1、掌握虛擬儀器技術的基本原理和相關基礎知識；2、綜合運用測試技術、儀器原理、計算機接口技術以及圖形化編程技術的能力；3、掌握圖形化軟件編程方法和虛擬儀器集成開發(fā)環(huán)境的應用能力；4、能對虛擬儀器相關的復雜工程問題明確設計需求，設計解決方案。5、通過搭建虛擬儀器系統，獲取相關數據經處理及誤差分析得到相應的結論。6、具備虛擬儀器測試系統分析、研究、解決相關復雜工程問題的能力。三、教學基本要求通過本課程的學習，理解和掌握虛擬儀器技術及LabVIEW軟件開發(fā)的基礎知識是學生學習虛擬儀器技術課程達到合格的基本要求，其次，通過講解和訓練使學生熟悉圖形化編程環(huán)境，學習圖形化編程語言，掌握G語言編程技術。本課程有著廣闊的工程應用背景，教學中應注意貫徹理論聯系實際的教學原則，注重培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和綜合運用LabVIEW分析解決實際問題的能力。要求學生能夠熟練應用LabVIEW開發(fā)虛擬儀器產品，以滿足現代測量技術發(fā)展的需求，并形成以下素質：1、通過學習養(yǎng)成積極思考問題、主動學習的習慣，具備掌握現代工具的能力；2、通過學習培養(yǎng)較強的自主學習能力和解決問題的能力；3、通過學習學會收集、分析、整理參考資料的技能，培養(yǎng)對新技術信息的掌握能力；4、通過學習能夠根據要求，自主完成特定任務的能力；5、通過分組實踐過程培養(yǎng)良好的團隊合作精神，具備一定的管理能力。四、教學內容與學時分配1概述（2學時）本章介紹虛擬儀器的基本概念、組成特點及LabVIEW圖形化編程環(huán)境和G語言編程基礎等幾個方面的內容。1.1虛擬儀器的基本概念（虛擬儀器的組成及特點）1.2LabVIEW概述（LabVIEW圖形化編程環(huán)境和G語言編程基礎）。2虛擬儀器的創(chuàng)建與調試（4學時）本章介紹VI的創(chuàng)建、VI程序的編輯和子VI的創(chuàng)建與調用、層次化窗口以及程序調試技術。2.1VI程序的創(chuàng)建2.2子VI的創(chuàng)建2.3VI程序的調試技術3循環(huán)結構與趨勢圖（2學時）本章介紹最基本的Whileloop和ForLoop兩種循環(huán)結構以及與循環(huán)控制結構相關的波形Chart（趨勢圖）和移位寄存器的概念和使用。3.1While循環(huán)與For循環(huán)結構3.2波形Chart3.3移位寄存器概念與使用4Case結構、Sequence結構和公式節(jié)點（2學時）本章將討論G語言中的Case（選擇）結構、Sequence（順序）結構和公式節(jié)點的基本概念，并提供它們的應用實例及分析。4.1Case（選擇）結構及使用4.2Sequence（順序）結構及使用4.3公式節(jié)點概念與使用5數組（Arrays）、簇（Clusters）和曲線圖形（Graphs）（2學時）本章介紹數組、簇、和曲線圖形以及有關自動索引的基本概念，并提供例程分析，討論與數組和簇相關的圖形控制。5.1數組的創(chuàng)建和初始化5.2簇的創(chuàng)建和使用5.3波形Graphs顯示特性6字符串和文件存取（2學時）本章介紹字符串控件的使用和文件輸入、輸出操作，主要內容有：如何創(chuàng)建字符串控制器和指示器，怎樣使用字符串函數以及怎樣進行文件的輸入和輸出操作。6.1字符串的輸入和輸出6.2字符串函數及使用6.3文件I/O操作7分析軟件（2學時）本章重點介紹仿真信號的產生、信號的頻譜分析、波形測量、數字濾波、波形監(jiān)測及曲線擬合等內容。7.1信號產生與信號的頻域分析（FFT、信號的頻譜分析、諧波失真分析）7.2數字濾波器與波形測量VIs(交直流電壓測量、頻率測量)7.3波形監(jiān)測與曲線擬合（曲線擬合VI與應用、曲線擬合儀設計分析）8G語言實用編程技術（4學時）本章將介紹在G語言編程中的一些高級概念，包括局部變量與全局變量概念，屬性節(jié)點的概念，用戶選單的設計以及VI屬性的設置等。8.1局部變量與全局變量的定義與使用8.2屬性節(jié)點的創(chuàng)建和使用8.3菜單的編輯方法與響應、VI選項設置9儀器控制（2學時）本章將介紹串行通訊、GPIB的基本概念、VISA的基本概念和LabVIEW儀器驅動程序。9.1串行通訊的概念與應用9.2GPIB、VISA的概念與應用9.3LabVIEW儀器驅動程序的概念與原理五、教學方法及手段本課程授課階段采用傳統授課模式和多媒體教學相結合的手段，以課堂講授為主，配合相應的實例演示、實驗、習題。采用多媒體教學手段，注重學生實踐動手能力的培養(yǎng)。在教學中不同階段，根據掌握的編程方法的程度，介紹由簡單至復雜的例程，逐步使學生掌握程序設計方法，學會自己動手設計實用的虛擬儀器。1、以課堂教學形式講授基礎知識，支撐課程目標分析重點難點，精選內容，組織教案；結合多媒體等現代教學手段，對特殊抽象或微觀內容，利用動畫提高教學效果；將科研最新成果和傳感器發(fā)展趨勢引入教學中，保持教學內容的新穎性，啟發(fā)學生對本專業(yè)的興趣；課后提出問題，利于同學深入思考，最終以試卷形式考核基礎知識。2、通過研究式、探討式教學支撐課程目標授課前，給學生布置課程相關的工程應用調研任務，授課過程中，結合科研項目工程實踐的經驗，以具體的課題需求和應用背景對課程相關的工程案例進行深入講解，同時與學生分享彼此的思考、經驗和知識，交流彼此的情感、體驗與觀念，豐富教學內容，求得新的發(fā)現，從而達到共識、共享、共進，實現教學相長。3、通過實踐性教學支撐課程目標本課程安排3次共8學時實驗，采用分組形式完成。實驗包括演示實驗、LabVIEW編程上機實驗、虛擬儀器設計綜合實驗。4、通過習題訓練支撐課程目標課后習題安排2次，學生利用課余時間完成課堂相關內容的上機驗證。六、實驗（或）上機內容實驗一：演示數字示波器、數字電壓表等虛擬儀器的實例。實驗二：講述虛擬儀器軟件開發(fā)平臺LabVIEW的基本的編程方法及調試技術，并進行上機練習。實驗三：結合NI公司的數據采集卡完成一臺簡單的虛擬儀器設計。七、前續(xù)課程、后續(xù)課程前續(xù)課程：高級語言程序設計，微型計算機原理與接口技術，數字電子技術，模擬電子技術，現代傳感器原理及應用，檢測與轉換技術。后續(xù)課程：無。八、參考教材及學習資源[1]黃松嶺、王珅、趙偉編著，虛擬儀器設計教程[M].北京：清華大學出版社，2013年7月[2]張愛平主編，LabVIEW入門與虛擬儀器[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012年5月[3]楊樂平等編著，LabVIEW程序設計與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013年8月[4]王敏生等編著，LabVIEW基礎教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012年1月[5]戴敬等編著，LabVIEW基礎教程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012年1月九、考核方式累加式考核：課程考核分考試、習題、實驗累加式考核。虛擬儀器技術基礎部分通過考試計分，占60%，G語言編程部分通過上機操作做習