【摘要】在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用上，可以利用虛擬的儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，利用對(duì)前面板和后面板的編寫完成電子課程以及實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中涉及到的數(shù)字電路的制作，以此來達(dá)到模擬仿真數(shù)字電路的編輯功能的目的，這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有重大的意義。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字仿真；虛擬儀器；設(shè)計(jì)

隨著目前的計(jì)算機(jī)的低成本高性能優(yōu)勢，計(jì)算機(jī)資源開始被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)的方面，傳統(tǒng)的電子儀器已經(jīng)開始被數(shù)字化儀器取代。在我國的教學(xué)、科研中，急需一些用于測量分析的儀器設(shè)備，尤其是在電子類的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每一種的儀器都需要有很多的配置，但是電子類儀器價(jià)格都很高，所以儀器的購置方面需要有很多經(jīng)費(fèi)，但是普通的學(xué)校都沒有辦法承擔(dān)，所以會(huì)造成儀器設(shè)備的缺乏和陳舊的問題，這些問題都影響到了教學(xué)的成果。虛擬儀器如果能夠運(yùn)用到教學(xué)和科研中的話，就可以節(jié)省很多的儀器設(shè)備的資金投入，并且還能夠提高教學(xué)和科研的質(zhì)量以及效果。

一、虛擬儀器及Labview 8.2

在20世紀(jì)80年代中期的美國的National Instrument公司虛擬儀器的概念首次被提出。虛擬儀器就是通過計(jì)算機(jī)作為儀器的硬件平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、儲(chǔ)存、回放、調(diào)用、顯示以及文件管理這些智能化的功能，將虛擬儀器的功能專業(yè)化、并且將面板控制變得更加智能化，將其與計(jì)算機(jī)完全的結(jié)合在一起，成為無論是在外觀還是在功能上面都與傳統(tǒng)的硬件儀器相同，與此同時(shí)還分享了計(jì)算機(jī)的智能資源的新型儀器系統(tǒng)。虛擬儀器與傳統(tǒng)的相比較，它有很多的優(yōu)點(diǎn)，它對(duì)測試量的計(jì)算處理的速度更快很好，測量結(jié)果的表達(dá)方式豐富多彩，便于理解，對(duì)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存交換方面更加的方便，價(jià)格相對(duì)比較低，技術(shù)更新迅速，最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是用戶可以自己來定義儀器的功能，可以滿足每個(gè)用戶自身的要求。虛擬儀器在測量功能以及面板控制上都實(shí)現(xiàn)了軟件化，每一個(gè)用戶都可以通過更改虛擬儀器軟件的功能來滿足自己的需求。虛擬儀器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，核心是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。

二、LabVIEW的編程簡介[2-3]

LabVIEW是美國NI公司推出的最有代表性的圖形化編程軟件，它是世界上第一個(gè)使用圖形化編程技術(shù)的面向儀器的32位編譯型程序來開發(fā)系統(tǒng)程序，簡化程序的開發(fā)工作，提高編程效率，能夠讓科學(xué)家和工程技術(shù)人員充分的利用計(jì)算機(jī)的功能和資源，能夠簡單快速地完成工作任務(wù)就是他研發(fā)的主要目標(biāo)，它被稱為科學(xué)家與工程師的語言。

在LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的應(yīng)用程序被稱為VI。VI是LabVIEW技術(shù)的核心，它是由一個(gè)人機(jī)交互的界面——前面板，以及相當(dāng)于源代碼功能的框圖程序——后面板組成。

1.前面板

前面板是程序的界面，在這一界面上有控制量和顯示量兩類對(duì)象?？刂屏磕M儀器在前面板里的作用是，把數(shù)據(jù)提供給VI的框圖程序，例如開關(guān)、旋鈕。而顯示量的作用則是將模擬儀器的輸出裝置顯示由框圖程序得到或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，例如用于顯示波形的窗口等。每一段框圖程序都是由一個(gè)程序前面板相對(duì)應(yīng)的。 LabVIEW圖形編程語言是框圖程序編寫所使用的語言，我們可以理解它為傳統(tǒng)程序中使用的源代碼。框圖程序由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線這4部分組成。其中端口是被用來與程序前面板的控制和顯示傳遞相關(guān)的數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)則是被用來實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能之間的調(diào)用，圖框是被用來實(shí)現(xiàn)能夠很好地控制結(jié)構(gòu)化程序命令，而連程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向定義則是由連線控制。

2.后面板

后面板又被稱為代碼窗口或流程圖，它是VI圖形化的主要源能，其中一般并不包含業(yè)務(wù)的邏輯方法，Web層則和Enterprise Beans交互，自身比如JSP和Servlets中會(huì)包含一些業(yè)務(wù)邏輯。

3.業(yè)務(wù)層

為了能夠很好的的解決滿足某個(gè)特定業(yè)務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)要求，我們需要的邏輯業(yè)務(wù)代碼是由業(yè)務(wù)層的Enterprise Beans來執(zhí)行。Enterprise Beans不僅僅只有一個(gè)作用，它可以在儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)中進(jìn)行檢索工作，并將數(shù)據(jù)傳送回用戶的程序，還可以從用戶的程序中接受數(shù)據(jù)，如果用戶有需要還可以對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給企業(yè)的信息系統(tǒng)層儲(chǔ)存。Enterprise Beans在業(yè)務(wù)層的運(yùn)行中主要的依靠是容器幫助諸多的事務(wù)、生命期、多線程、資源存儲(chǔ)池以及狀態(tài)管理等提供需要的復(fù)雜的系統(tǒng)級(jí)別的代碼。業(yè)務(wù)層通常被稱為Enterprise JavaBeans（EJB）層，業(yè)務(wù)層和Web多層J2EE應(yīng)用的中間層，其中另外的兩個(gè)層分別是客戶層以及企業(yè)信息系統(tǒng)層。

4.企業(yè)信息系統(tǒng)層

企業(yè)信息系統(tǒng)層是負(fù)責(zé)運(yùn)行企業(yè)中的信息系統(tǒng)軟件，這層主要包括企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，例如企業(yè)資源計(jì)劃 （ERP）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其他遺留信息系統(tǒng) （Legacy Information Systems）以及大型機(jī)事務(wù)處理 （Mainframe Transaction Processing）。J2EE應(yīng)用組件有可能會(huì)因?yàn)槟承┰?（例如訪問數(shù)據(jù)庫）需要訪問企業(yè)信息系統(tǒng)。本文中所討論的企業(yè)信息系統(tǒng)層只涉及到了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

三、數(shù)字電路仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

在學(xué)校的電子技術(shù)課程中，電類專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程為數(shù)字電路，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)中是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)包括半加器、全加器、數(shù)據(jù)選擇器等內(nèi)容的設(shè)計(jì)。

1.半加器的設(shè)計(jì)

半加器電路的意思就是將輸入的兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加法，并輸出一個(gè)結(jié)果，并不考慮低位數(shù)據(jù)的進(jìn)位問題，只產(chǎn)生進(jìn)位輸出的加法器電路。計(jì)算的法則為：A、B為輸入信號(hào)，輸出信號(hào)：本位和S，向高位的進(jìn)位C。邏輯表達(dá)式為：BAS⊕=，C=AB。

2.全加器的設(shè)計(jì)

在計(jì)算相加的過程，除去了最低位外，其它各位既要考慮本位的被加數(shù)Ai和Bi，并且還要充分的考慮低位向本位的進(jìn)位Ci-1，也就是說低位的Ci-1也是一個(gè)獨(dú)立的變量參與運(yùn)算的角色。所以，我們所謂的全加就是將求取的三個(gè)變量（本位Ai、加數(shù)Bi輸入以及低位向本位進(jìn)位Ci-1）以及S及本位向高位的進(jìn)位Ci。 由于全加器是基于的半加器做成的，其中部分電路是半加器，所以可以利用LabVIEW中子VI的功能將半加器打包成一個(gè)子程序，作為VI模塊調(diào)用。

3.平臺(tái)的構(gòu)建

最后以相同的步驟完成減法器、數(shù)據(jù)選擇器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器、譯碼顯示等模塊的設(shè)計(jì)，再將實(shí)驗(yàn)仿真模塊整合到一個(gè)平臺(tái)中，使用時(shí)只需點(diǎn)擊選擇模塊按鈕，就能調(diào)用其實(shí)驗(yàn)?zāi)K。這樣在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中就可以非常方便地使用和查看各個(gè)模塊的功能。這就構(gòu)成了一個(gè)數(shù)字電路仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

四、結(jié)論

在電子技術(shù)課程中數(shù)電實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)很重要的教學(xué)活動(dòng)。虛擬儀器開發(fā)的各種功能的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有著簡單易行，交互性好，可操作性和真實(shí)感與傳統(tǒng)的硬件儀器相同的優(yōu)點(diǎn)，由他們組成的數(shù)字虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以讓學(xué)生們通過虛擬儀器進(jìn)行操作，并且為虛擬儀器的制造和發(fā)展奠定基礎(chǔ)，還可以降低老師的工作量，減少由于設(shè)備更新造成的損失，又可以提高課程的教學(xué)質(zhì)量與效果。

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