錢聲強 王 露 李 晴

(常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 江蘇常州 213164)

基于LabVIEW的數(shù)字電路課程遠程實驗平臺開發(fā)

錢聲強 王 露 李 晴

(常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 江蘇常州 213164)

為了克服實踐教學場地、課時數(shù)等對學生實踐能力培養(yǎng)的限制，將虛擬儀器技術應用于數(shù)字電路課程實踐教學，開發(fā)了基于LabVIEW的數(shù)字電路課程遠程實驗平臺，重點介紹了實驗平臺的設計方案和實現(xiàn)。

虛擬儀器;LabVIEW;數(shù)字電路;遠程實驗

0 引言

隨著我國高職教育的不斷發(fā)展和深入，逐步強調對學生實踐能力的培養(yǎng)，實踐教學已成為高職教育一個至關重要的環(huán)節(jié)。數(shù)字電路課程是我院電子類專業(yè)的一門基礎課程，在課程的教學改革實施過程中，一體化項目教學方式的引入和學生人數(shù)的增多，使傳統(tǒng)的實驗室和實驗儀器數(shù)量很難滿足學生的需求，這就對學校的實驗設備和教學場地等相應配置提出了更高的要求。因此，遠程實驗的概念作為一種有效的解決方案應運而生，將虛擬儀器技術引入實驗、課堂教學中，開發(fā)實驗教學系統(tǒng)已成為課程改革的迫切需要。

美國Nl公司推出的虛擬儀器(Virtual Instrument，簡稱VI)，是以計算機為基礎，配以相應測試功能的硬件作為信號輸入輸出的接口，完成信號的采集、測量與調理，從而完成各種測試功能的一種計算機化儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺Lab-VIEW是一種圖形化編程語言，提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。LabVIEW還提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲，使得編程者不再需要記憶紛繁復雜的語法和函數(shù)原型，從而使編寫程序的過程變得生動起來。

虛擬儀器作為一種集成了硬件實驗系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實技術、多媒體技術以及互聯(lián)網(wǎng)技術等多種先進技術的綜合平臺，同時兼?zhèn)淞烁咝Ш挽`活的開發(fā)特點，采用LabVIEW軟件開發(fā)數(shù)字電路實驗平臺，學生通過虛擬前面板對電路進行測試，可以生動直觀地顯示出元器件的特性及電路的輸出特性，有助于學生學習理解和掌握數(shù)字電路的原理和功能。

1 平臺設計開發(fā)

1.1 總體方案設計

1)實驗平臺硬件架構。考慮到整個實驗平臺數(shù)據(jù)傳送量不大，需要實現(xiàn)遠程模擬仿真，系統(tǒng)考慮采用了瀏覽器/服務器(簡稱B/S)結構、軟件共享的模式，客戶端可以通過網(wǎng)絡訪問服務器端的軟件程序，不涉及到硬件儀器設備的調用。程序僅運行在服務器端，客戶通過網(wǎng)絡訪問程序，并請求程序的控制權后進行操作。系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結構圖

2)實驗平臺軟件架構。數(shù)字電路課程實驗通常分為驗證性實驗和設計綜合性實驗，驗證性實驗目的在于使學生掌握邏輯電路的功能、特點及其使用方法等;設計綜合性實驗主要是培養(yǎng)學生的電路設計能力。驗證性實驗主要是對課堂理論知識的驗證，利用LabVIEW軟件對數(shù)字邏輯電路仿真具有更形象、逼真、便捷的特點，可以考慮學生在遠程實驗平臺上完成;設計綜合性實驗安排學生進入實驗室動手實踐，將基于LabVIEW軟件開發(fā)的虛擬實驗平臺和傳統(tǒng)的基于實驗室的物理環(huán)境的實驗相結合，在發(fā)揮各自效益的同時有效地提高教學效果。

整個實驗平臺應該包括組合邏輯電路和時序邏輯電路實驗，組合邏輯電路包括基本門電路、全加器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、比較器實驗，時序邏輯電路包括基本觸發(fā)器、RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、計數(shù)器、寄存器實驗。實驗平臺主界面如圖2所示。

1.2 實驗平臺的Web發(fā)布

圖2 實驗平臺主界面

LabVIEW軟件具有強大的網(wǎng)絡互連特性，利用LabVIEW的遠程前面板技術程序可以很方便地嵌入在HTML網(wǎng)頁中，并實現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上的發(fā)布。VI程序運行在服務器端，客戶端通過網(wǎng)頁瀏覽器登錄到已發(fā)布的遠程實驗室，與服務器上VI的前面板進行交互控制完成遠程實驗。這種發(fā)布方式簡單易用，所有的程序均運行于服務器，對于客戶端的要求較低。實驗平臺的網(wǎng)絡發(fā)布具體步驟主要如下:

1)配置Web服務器。首先在服務器端運行LabVIEW，打開需要發(fā)布的VI程序，并且正確配置好Web服務器。配置選項位于主菜單的工具＇選項，在彈出的對話框中選擇“Web服務器:配置”，在切換的對話框中選擇“啟用Web服務器”，設置包括發(fā)布HTML的根目錄、HTTP端口(默認80)、使用記錄文件等參數(shù)。

2)程序Web發(fā)布。設置Web服務器參數(shù)后，就可以將VI以網(wǎng)頁形式發(fā)布出去。點擊主菜單工具“Web發(fā)布工具”，在彈出的對話框中設置VI名稱、查看模式，輸入文檔標題和頁眉頁腳備注信息等，最后點擊保存至磁盤即完成發(fā)布。

3)遠程訪問VI面板。完成程序遠程發(fā)布后，客戶端可以用瀏覽器訪問控制遠程的VI了，在IE或其他瀏覽器地址欄輸入服務器的IP地址http://服務器IP地址:端口/VI程序名稱.htm。其中，端口為配置Web服務器時設置的HTTP端口，VI程序名稱則為服務器發(fā)布的VI名，即為存儲的HTM文件名。

通過網(wǎng)頁瀏覽器連接遠程VI面板時，若本機已經安裝了相同版本的LabVIEW，用戶可以在本機的LabVIEW開發(fā)環(huán)境中連接遠程VI面板，在新建的VI中，選擇操作“連接遠程前面板”選項，在彈出的對話框中輸入服務器端地址、端口和VI名稱，選擇是否要求控制，點擊連接按鈕，客戶端與服務器端的連接就建立起來了。若本機沒有安裝LabVIEW Run-Time引擎，那么網(wǎng)頁首次連接時會自動從NI網(wǎng)站下載該引擎并安裝，首次連接成功后，以后就不用再下載該引擎了。圖3為遠程面板連接示意圖。

圖3 遠程VI面板連接

2 實驗平臺運行結果

學生通過任意一臺連接到Internet的計算機，經瀏覽器訪問數(shù)字電路遠程實驗平臺網(wǎng)站，在主頁上點擊選擇要進行的實驗，學生通過點擊操作虛擬實驗面板上旋鈕、開關等控件，觀察輸出顯示結果，學習相關實驗內容從而完成遠程實驗。例如JK觸發(fā)器實驗(如圖4所示)，選擇主界面的實驗內容，在彈出的虛擬操作面板上，學生通過點擊S、R按鈕設置J、K輸入端，時鐘頻率和占空比，觀察JK觸發(fā)器的動態(tài)輸出端Q的波形，并對照JK觸發(fā)器的功能真值表和芯片引腳圖，學習總結JK觸發(fā)器的邏輯功能。整個學習過程直觀生動，有助于學生更好地理解JK觸發(fā)器的功能。圖5所示為JK觸發(fā)器仿真實驗子VI程序框圖。

圖4 實驗平臺運行界面和結果

圖5 JK觸發(fā)器實驗子VI程序框圖

3 結束語

數(shù)字電路課程教學實驗平臺具有高效、開放、網(wǎng)絡化等特點，借助LabVIEW的網(wǎng)絡發(fā)布功能和強大的信號分析處理能力、生動友好的界面設計，為學生提供一個課外學習的網(wǎng)絡實驗平臺，有利于培養(yǎng)學生自主學習的能力。學生從遠程計算機上進行實驗操作和觀察，所得到的實驗結果與本地得到的完全相同，如同在實驗室操作真實儀器設備，這種方式大大提高了課程實踐教學的伸縮性和適應性，克服了場地、課時數(shù)等對學生實踐能力培養(yǎng)的限制，是教師教學的演示工具、學生自學和提高的得力助手和導師。同時，遠程實驗平臺也提供了高校之間信息交流的互動平臺，通過互學互幫方式有助于提高實驗教學的綜合水平。

［1］陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設計從入門到精通［M］.北京:清華大學出版社，2007:336-340.

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The Development of the Digital Circuit Courses Remote Experimental Platform Based on LabVIEW

QIAN Sheng-qiang WANG Lu LI Qing
(School of Electronic and Electrical Engineering，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

In order to overcome the limit for practice capacity training of students such as the practical teaching place and teaching hours，the virtual instrument technology is used in digital circuits course of practice teaching.The digital circuit courses remote experimental platform based on LabVIEW is developed.The article focuses on the design and realization of experimental platform.

virtual instrument;LabVIEW;digital circuit;remote experiment

G 434

B

1672-2434(2010)01-0063-03

2009-11-20

錢聲強(1979-)，女，講師，從事研究方向:虛擬儀器技術、測控技術