文档介绍：邓雪仁:数字电子技术实验设计·1·
数字电子技术实验设计
(师范学院物理系物理学专业邓雪仁)
(学号:2001124111)
摘要:本文根据数字电子技术实验的原理,采用 NI 公司的虚拟仪器开发平台 LabVIEW
和 DAQ 卡,设计了八个数字电子技术实验程序。通过简单的操作便可测逻辑状态、电压值以及波
形图,并实现数据的保存、分析和回调等功能。在设计过程中利用虚拟仪器技术,使程序具有开
放性、模块化、灵活性等特点,具有强大的性价比优势和很高可靠性。
关键词:数字电子技术实验, 虚拟仪器, DAQ 数据采集设备,LabVIEW
教师点评:论文设计思路清晰,研究数字电子技术实验教学的特点及重点,以计算机技术与
接口技术为基础,结合实验教学法,充分利用虚拟仪器软件和硬件,开发出实用的数字电子技术
实验的接口软件,设计了八个数字电子技术实验程序和实验电路,利用计算机控制实际实验电路,
完成了实验数据的测量、分析、记录等功能,是一个优秀的毕业设计。(点评教师:蔡红红讲师)
第一章概述
虚拟仪器及其优势[1][2]
虚拟仪器(Virtual Instrumentation,VI)是基于计算机的仪器。简单地说,虚拟仪器就是
在通用计算机上加上软件和硬件,使得使用者在操作这台计算机时,就像是在操作一台他自己设
计的专用的电子仪器。在虚拟仪器系统中,硬件仅仅是为了解决信号的输入输出,软件才是整个
仪器的关键,任何一个用户都可以通过改写软件的办法,方便地改变和增减仪器系统的功能,即
“软件就是仪器”。
虚拟仪器由硬件平台和应用软件两大部分构成。与传统仪器一样,虚拟仪器同样划分为数据
采集与控制、数据分析处理、结果表达三大模块,如图 所示,它以透明的方式把计算机资
源和仪器硬件的测试能力结合起来,实现了仪器的功能运作。
图 虚拟仪器的功能模块
虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体,从而把计算机强大的计
算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起,大大缩小了仪器硬件的成本和体积,并通
过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。从发展史看,电子测量仪器经历了由模拟仪器、
智能仪器到虚拟仪器,由于计算机性能以摩尔定律(每半年提高一倍)飞速发展,已把传统仪器
远远抛到后面,并不断给虚拟仪器生产厂家带来较高的技术更新速率。 是虚拟仪器和传
统仪器的比较。
表 仪器和传统仪器的比较
虚拟仪器传统仪器
开放性、灵活,可与计算机技术保持同步发展封闭性、仪器间相互配合较差
邓雪仁:数字电子技术实验设计·2·
关键是软件,系统性能升级方便,通过网络下载关键是硬件,升级成本较高,且升级必须上门
升级程序既可。服务。
价格低廉,仪器间资源可重复利用率高价格昂贵,仪器间一般无法相互利用
用户可定义仪器功能只有厂家能定义仪器功能
可以与网络及周边设备方便连接功能单一,只能连接有限的独立设备
开发与维护费用降至最低开发与维护开销高
技术更新周期短(1--2 年) 技术更新周期长(5--10 年)
虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优势,但它并不否定传统仪器的作用,它们相互交叉
又相互补充,相得益彰。
研究背景[3]
目前我国高等院校开设的基础课实验、技术基础课实验绝大部分仍是采用“硬件实验教学”
的形式。由于硬件价格昂贵,升级成本又比较高,导致高等院校普遍存在一个困难—─实验与实<br****经费严重短缺。随着现代信息技术的飞速发展,计算机技术已经渗透到各个行业中。把计算机
技术、仪器技术和通信技术相结合,开创了在计算机上进行仿真电路设计和“仿真”实验教学的
新方法。“仿真”实验教学功能齐全,可以做各种类型的实验,加快实验速度,效率高、效果好、
成本低,解决了高校经费的问题;并且以其声图并茂和表现形式多种多样赢得众多教师的喜爱,
激发了学生的学****欲望。虽然“仿真”实验解决了成本问题和存在许多优点,但是“仿真”实验
不是真实的实验结果,而是由计算机模拟仿真得到的;“仿真”实验教学的“硬件”真实感不强,
对实际元件和仪器没有实物认识,不能作为实际工程测量手段;“硬件”实验中出现的各种误差
体会不出来,体会不了实际工程中出现的各种故障现象。因此,“仿真”实验教学不符合高校教
学的最终目的。
针对以上问题,本文在数据采集硬件设备(DAQ Device)的基础上,用 设计数
字电子技术实验程序,即本论文的设计内容:数字电子技术实验程序设计。和“仿真”实验相比,
该程序设计是建立在实际硬件基础上,这就