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基于LabVIEW的虚拟实验室的研究与实现的开题报告一、研究背景及目的随着电子技术的不断发展，虚拟实验室技术已经越来越成为了实验教学和科学研究的有力工具。
虚拟实验室技术能够模拟真实的实验过程和实验环境，并且具备实验教学与科学研究的多种特性，如实验过程可控制、模拟实验数据可重复使用等。
因此，虚拟实验室技术在教育和科研领域都有着广泛的应用。
LabVIEW作为一种优秀的虚拟仪器控制软件，可以非常方便地进行仪器控制及信号采集处理。
本文旨在基于LabVIEW平台设计虚拟实验室的实验环境，实现物理实验、电子电路实验等实验教学内容的虚拟化，加强实验教学与科学研究之间的融合。
二、研究内容及技术路线针对现有实验教学中存在的诸多难题及研究目的，本文将展开以下研究内容：1. 虚拟实验室的设计与实现：采用LabVIEW软件平台，设计各类虚拟仪器的控制与信号采集等模块，实现物理实验、电子电路实验等实验教学内容的虚拟化。
2. 虚拟实验室的功能实现：简化实验操作流程，设计实验控制界面，实现虚拟实验的操作与数据采集、分析等基本功能。
3. 虚拟实验教学场景的构建:根据教学需求，构建具体的实验教学场景，实现虚拟实验的多种实验操作和实验数据展示等交互式教学场景。
技术路线如下：1. 确定实验类型及教学内容。
2. 对实验进行系统性设计，包括实验流程、数据采集、处理分析等。
3. 编写虚拟仪器控制及信号采集程序，设计实验控制界面。
4. 构建虚拟实验教学场景，实现实验交互式控制与数据展示等功能。
三、论文意义本文将利用现代化技术手段，实现虚拟实验室的基本功能，并以物理实验、电子电路实验等实验教学内容为例，构建交互性虚拟实验教学模型。
虚拟实验模型可以模拟真实实验过程和实验环境，具备实验过程可控制、模拟实验数据可重复使用等特点，可以有效提高实验教学的效果和实验数据的精度。
因此，本文对于实验教学和科学研究有着广泛的应用前景和实用价值。
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学院名称
依托实验教学示范中心
实验教学项目名称
所属课程名称
实验教学项目负责人姓名
实验教学项目负责人电话（手机）实验教学项目负责人邮箱
拟申请的域名链接
教务处制
二〇一八年一月
一、实验教学项目教学服务团队情况
注：.教学服务团队成员所在单位需如实填写，可与负责人不在同一学院。
.教学服务团队须有在线教学服务人员和技术支持人员，请在备注中说明。
二、实验教学项目描述
三、本项目开发实施计划
四、实验教学项目特色
五、实验教学项目服务计划
六、经费预算
七、项目负责人承诺
八、评审、推荐意见。
课题申报范例精选【导语】课题要坚持正确的政治方向，充分体现中央有关精神和要求，具有鲜明的问题导向和创新价值。
应用对策类选题要有现实性、针对性和前瞻性；基础理论类选题要立足学术前沿，具有原创性和开拓性；跨学科类选题要体现学科交叉渗透的属性和特点。
选题文字表述科学、严谨、规范。
以下是课题优秀成果，是各类教师进行课题申报、开展课题研究、撰写研究报告的参考模板和范例。
基于LabVIEW的虚拟网络化教学的应用研究------以《电能计量》课程为例课题名称：基于LabVIEW的虚拟网络化教学的应用研究------以《电能计量》课程为例关键词：LabVIEW、虚拟技术、网络化教学申报级别：全国教育信息技术研究课题课题类别：专项课题学科分类：综合实践研究类型：综合实践预期研究成果：立项号：166233094课题设计论证一、国内外研究现状述评、选题意义和研究价值（一）国内外关于同类课题的研究综述1．虚拟现实技术虚拟现实技术产生于20世纪60年代，它是一门涉及计算机、传感与检测、仿真技术、微电子技术等为一体的综合集成技术。
最近10年，在越来越多的领域得到了广泛应用，在高等教育领域中也有一定的应用。
就国外而言，美国国立医学院已经开始在网络上“虚拟解剖”实验研究，德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室，意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室等。
虚拟现实技术在我国的教育领域也得到一定范围的应用，例如清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；华中理工大学机械学院工程检测实验室，可供远程教育使用；复旦大学、上海交通大学、等一批高校也开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。
但是与发达国家相比无论是应用范围还是应用技术领域，都还存在较大提升空间。
2. LabVIEW概述开发虚拟环境的软件较多，如JAVA、Flash、LabVIEW等。
LabVIEW 是美国国家仪器公司(NI)的产品，主要用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域。
基于ＬａｂＶＩＥＷ和Ｍｕｌｔｉｓｉｍ的电子电路虚拟实验室收稿日期：２００６－０４－１３基金项目：黑龙江省新世纪高等教育教学改革工程项目；东北农业大学十一五教育教学研究项目作者简介：肖如杏（１９８４－），男，江西人，硕士研究生，研究方向为计算机应用。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｏｙｕｎｘｉｎｇ＠１６３．ｃｏｍ＊通讯作者Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｌｆａｎｇ＠ｎｅａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ肖如杏，房俊龙＊，杨方，初永良（东北农业大学工程学院，哈尔滨１５００３０）摘要：运用ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器图形化编程平台开发与电子电路类实验有关的虚拟仪器，主要包括虚拟示波器、虚拟信号发生器、虚拟频谱分析仪。
利用在线实验指导学生使用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ１０电路仿真软件开发模拟电子技术和数字电子技术实验仿真程序。
在计算机上建立了虚拟电子实验室，弥补了硬件环境下实验教学的不足，改进了电子电路课程实验教学的教学质量。
关键词：电子电路；实验教学；虚拟仪器；虚拟实验室中图分类号：ＴＮ７１０文献标识码：Ａ目前，在各大专院校连续扩招，电类专业实验室及仪器设备严重不足的情况下，有必要确立以虚拟仪器为核心，实际操作与计算机模拟仿真相结合的实验教学方式，利用现代科技条件并充分挖掘现有仪器设备的潜力，创建远程虚拟实验室，从培养学生运用知识和提高实际工作能力出发，突出创新教育，注重对学生创新能力的培养，形成一个灵活多样、符合不同专业要求的新型的实验课教学体系，以适应面向２１世纪人才培养的需要［１］。
１电子电路虚拟实验室简介电子电路虚拟仿真实验室是一个基于Ｗｅｂ的远程虚拟实验室，学员可以不受地域、时间的限制，通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ利用浏览器在自己的计算机上学习掌握各种利用ＬａｂＶＩＥＷ软件开发的电子仪器的工作原理及使用操作方法；利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ软件可在虚拟实验室内，按照实验管理系统的约定进行各种常规实验，还可自行拟定实验方案，进行各种仿真实验；实验报告可远程提交，教师可利用虚拟实验室提供的管理系统对学员及实验成绩进行管理。
虚拟实验教学申请书模板一、项目名称：XX虚拟实验教学项目二、项目负责人：XX三、所在学院/部门：XX四、项目背景与意义：随着现代科技的发展，虚拟实验教学作为一种新兴的教学模式，已经在国内外得到了广泛的应用和发展。
虚拟实验教学能够弥补传统实验教学在设备、资源、环境等方面的不足，为学生提供更加灵活、便捷、安全的学习方式，提高学生的实践能力和创新能力。
本项目旨在通过建立一套完善的虚拟实验教学系统，实现对传统实验教学的有力补充，提高学生的实验操作技能和创新能力，培养符合社会需求的高素质人才。
通过本项目的研究与实施，将有助于推动我院实验教学改革，提升实验教学质量，提高学生的综合素质和就业竞争力。
五、项目目标与内容：1. 构建一套完善的虚拟实验教学系统，包括虚拟实验教学平台、虚拟实验教学资源库、虚拟实验教学管理与评价系统等。
2. 开展虚拟实验教学研究与实践，探索虚拟实验教学与传统实验教学的有效融合方式，提高实验教学效果。
3. 加强虚拟实验教学师资队伍建设，提高教师虚拟实验教学能力与水平。
4. 开展虚拟实验教学推广与应用，使更多的学生受益，提高学生的实验操作技能和创新能力。
六、项目实施计划：1. 项目启动与筹备阶段（第1-3个月）：组建项目团队，明确分工，制定项目实施方案，筹集项目资金。
2. 虚拟实验教学系统建设阶段（第4-6个月）：购置相关设备，搭建虚拟实验教学平台，开发虚拟实验教学资源库，完善虚拟实验教学管理与评价系统。
3. 虚拟实验教学研究与实践阶段（第7-9个月）：开展虚拟实验教学试点，总结经验，完善教学方案，组织教师培训。
4. 虚拟实验教学推广与应用阶段（第10-12个月）：推广虚拟实验教学成果，扩大应用范围，开展虚拟实验教学竞赛，总结项目成果。
七、项目预期成果：1. 形成一套完善的虚拟实验教学系统，为我院实验教学提供有力支持。
2. 提高我院学生的实验操作技能和创新能力，培养一批高素质的人才。
3. 发表相关论文，推广项目成果，为全国同类院校提供借鉴和参考。
基于NI ELVIS的电子实验设计摘要随着低本钱高性能的计算机资源普及运用，数字化仪器平台逐渐取代传统电子仪器已成为一种趋势。
我国理工科学校的教学、科研需要大量的测量分析仪器设备，特别是电子类实验教学，每种仪器都必须配置多套，而且有些仪器设备价格十分昂贵。
因此购置仪器设备的巨大投入经费，一般学校难以承受，造成仪器设备缺乏和过时旧等现象，严重影响教学科研效果。
另外，由于传统电子学实验室教学模式存在的弊端，造成实验室设备利用率低，实验信息管理混乱，实验教师工作繁杂，最终不仅仅浪费了学校大量的人力物力，而且学生还不能真正地掌握实验，培养过关的动手能力〔学校实验室仪器配备不全，一些必要的实验无法展开〕。
如果把虚拟仪器运用到实验教学和科研中，不但可以节约大量仪器设备的经费投入，而且能够提高实验教学和科研的质量与效率。
尤其是NI ELVIS在数字电路实验教学中的应用，效果更为明显。
关键词:电子技术实验教学虚拟仪器LabVIEW 优势Based on the NI ELVIS electronic experimental designAbstractWith popularization using low-cost high-performance puter resources, digital instrument platform is gradually replacing traditional electronic instrument has bee a trend.School teaching and scientific research in science and engineering in our country needs a lot of measurement analysis instruments, especially the electronic experimental teaching, each instrument must be configured more sets, and some equipment is very expensive. Therefore buy equipment investment funds, general school unbearable, causing the phenomenon such as lack of obsolete and outdated equipment, seriously affect the effect of teaching and research. In addition, due to the insufficiency of the traditional electronics laboratory teaching mode, lab equipment utilization rate is low, the experiment information management chaos, the experiment teachers work multifarious, in the end not just wasted a lot of school resources, and students can't really control experiment, train pass ability (school laboratory instrumentequipped with is not plete, some necessary experiments can not open).If the virtual instrument is applied to the experiment teaching and scientific research, not only can save a lot of instruments and equipment of funds investment, but also can improve the quality and efficiency of experiment teaching and scientific research. Especially the virtual instrument in the digital circuit experiment teaching, the application of effect is more obvious.Keywords: electronic technology experiment teaching advantages of virtual instrumentLabVIEW目录摘要I引言- 1 -1. 1传统电子学实验室教学模式的弊端- 1 -1. 1.1 实验室设备利用率低- 1 -1. 1.2实验信息管理混乱- 1 -1. 1.3 实验教师工作繁杂- 1 -1. 2 虚拟仪器在电子实验教学中的应用- 1 -1. 2.1 虚拟仪器概述- 2 -1. 2.2 LabVIEW的编程简介- 2 -1. 2.3 虚拟仪器中的数字电子技术- 2 -第一章数字电路教学实验的设计- 5 - 1.1平台的构建- 5 -1.2半加器的设计- 6 -1.3全加器的设计- 7 -1.4比拟器的设计- 8 -1.5双向同步计数器的设计- 9 -1.6与非门的设计- 10 -1.7 D触发器的设计- 11 -1.8 JK触发器的设计- 12 -1.9 译码器的设计- 13 -第二章虚拟数字示波器的设计与实现- 15 - 2.1虚拟示波器的介绍- 15 -2.2软件设计思想- 16 -2.3 前面板设计- 17 -2．4信号采集模块- 19 -2.5信号测量和分析控制模块- 19 -2.6虚拟示波器的具体软件设计- 20 -第三章基于虚拟仪器的实验室设计方案- 23 - 3．1虚拟仪器实验室的硬件平台- 24 -3．1．1 DAQ虚拟仪器系统- 24 -3．1．2 GPIB虚拟仪器系统- 27 -3．1．3 VXI虚拟仪器系统- 28 -3．1．4 PXI虚拟仪器系统- 29 -3．1．5 USB和IEEEl394虚拟仪器系统- 30 -3．1．6 RS一232虚拟仪器系统- 30 -3．2虚拟仪器实验室的软件平台- 31 -3．2．1虚拟仪器软件体系构造(VISA)- 32 -3．2．2仪器驱动程序- 33 -3．2．3应用软件- 33 -第四章论文总结- 34 -参考文献- 39 -引言实验室是教学、科研的重要基地,实验室的建立也反映了学校的教学体系、学科建立和管理体制的水平。
科研项目申请书-基于LABVIEW 的虚拟实验室
年度2013
编号
科研项目申请书
课题名称基于LABVIEW的虚拟实验室课题负责人***
所在系（部）
联系电话
填表时间20 年 4 月19 日
填表说明
一、填写内容要实事求是，表达准确，规范严谨。
二、各系部要对申请人的学术水平和课题的立项意义等内容进行认真的审核，加盖系部公章。
三、经费预算应科学合理，切合实际，预算内容应为本课题研究所必需支付的经费。
四、预期成果应详细填写（如核心期刊论文、2篇）。
五、申请书可根据内容自行调整表格长度，要求一式3份，A4纸正反打印。
六、联系电话：
课题负责人姓名性别男出生年月职称所在系部
专业电子邮箱
[1]
主
要
参
加
者
姓名性别年龄职称单位或部门签名预期最终成果
省级以上论文2篇
课题起
申请经费（万元）止时间
一、立项依据及国内外研究动向
由于工科学科的特点，如电子类专业，需要在教学中加入必要的实验教学环节，以此来培养学生的动手能力和创新能力，学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合性实验，才能真正的理解和掌握理论知识，获得一定的综合技能和实践能力。
由于一些验证性实验箱、实验开发板等实验设备价格昂贵，很多学校无法建立起完善的硬件实验环境；另外，一些有条件的学校已经建立了多种门类的实验平台，如电路分析实验室、模拟电子线路实验室、数字电路实验室、信号与系统实验室等，但由于电子技术的高速发展，这些方法及手段已经不再适宜，建立一套新的实验手段及方法已成为高教研究者、工作者的共识。
目前，多数高校的电子类传统实验室存在以下问题：
1.实验室管理及维护工作艰巨
目前的电子类实验室种类繁多，如电路实验室、模拟电子线路实验室、数字电路实验室、通信电子线路实验室、嵌入式系统实验室、微
机原理实验室、单片机实验室、信号系统实验室、数字信号处理实验室等。
在每一类实验室中，实验设备种类多、数量大（如，各类信号源设备、各类测试仪器仪表、各种实验箱等），加上实验课往往是分批次进行，而师资力量是有限的，这给实验室的有效管理及维护出了一道难题。
2.无法保持实验室的先进性
由于现代电子技术的发展快速，各种新设备、新器件、新理论层出不穷，随之而来的是新型的实验设备和实验内容，这就造成这一现状：某实验设备在刚进实验室是满足要求的，但在短短1-2年之后就会面临淘汰，这使得保护前期的投资工作变得十分艰巨。
3.实验效果不佳
实验的目的之一是让学生能够对所学的理论知识有更形象的理解，从而培养学生的动手能力，验证能力和创新能力。
然而，现有实验教学模式大多都是封闭式的，即在规定的课时时间，规定的场地，进行规定的实验内容。
导致这种封闭式的实验教学的原因，一方面是实验时间和实验场地的限制，由于学生接受知
识的快慢不同，往往在实验时间结束的时，一部分同学并没有真正理解了实验的内涵，长此以往，学生的实验热情会受到影响；另一方面，实验内容由实验硬件所决定的，因此在不改变硬件的前提下很难对实验内容进行较大的修改，这样导致了实验内容的一成不变，很难培养学生的创新性思维。
4.学科间实验相对独立，无法达到综合性
实验、创新性实验的目标
现代实验教学改革提出的三个实验层次即“基础性实验、综合性实验、创新性实验”的目标。
大多数高校的电子类实验都是以验证为主的，这实质上仅仅是达到了基础性实验的目标，而综合性实验、创新性实验是很难在我们现有的实验条件下体现出来。
目前的实验平台都是相互独立的模块，这点阻碍了综合性实验的进行，更不利于创新性实验的开展。
5.难以提高学生实验兴趣及创新思维能
力
针对传统实验室不足，一些教育工作者提出了多种解决上述问题的方案，其中建立一个合理的电子专业虚拟实验室引起了多数人的共
识。
虚拟实验室的优点总结如下：
1．便于学科交叉的实验平台
在同一台计算机上可以仿真电路分析实验、信号处理实验、数字信号处理实验、模拟电子线路实验、数字电路实验，而且可以仿真嵌入式系统的实验，因此，它完全可以称之为一个多功能的实验平台。
2．便于先进性实验的设计
虚拟实验室主要是有仿真软件来实现的，这些仿真软件大多都有自己的元件库，在元件库中元件的数目是庞大的。
在有新电子器件出现的时候，可以在线更新元件库，或者自己在知道原件特性的基础上，自己做出所需要的原件。
这使得实验内容设计变得方便，有利于让学生接触新兴的实验内容。
3．便于创新性实验室的建设
虚拟仪器、仪表、信号源等为创新性实验室的构建打下基础，老师可以根据强大的软件来研究新的实验内容，学生也可以参与个性化实验研究、创新开发研究。
4．便于管理与维护
虚拟实验室中的主角是计算机，没有其他
的设备，因此在实验过程中基本上是无损耗的，只需一名管理员便可实现对实验室的管理与维护。
5．性价比高
同传统实验室相比，虚拟实验室建设的投入低、回报高。
建立这样的实验室可以同时起到多个实验室的功效（如电路分析实验室、模拟电路实验室、数字电路实验室、信号处理实验室、数字信号处理实验室、嵌入式系统实验室等）。
国外虚拟实验室的研究现状：
虚拟实验室概念的提出虽然只有20年时间，但是发展速度飞快，特别是在国外一些发达国家。
美国尤为重视信息技术的开发，已经提出了将虚拟实验室的建立列入到科研发展的战略规划。
此后，美国政府投入资金在相关专业领域建造了各自的虚拟实验室作为示范工程，开展了一系列探索性研究并取得了实质性的进展。
美国一些政府部门，如能源部，正在制订计划将其所属的科研机构过渡到虚拟实验室中。
目前越来越多的院校和科研机构正投身于构筑一个覆盖美国的虚拟实验网络工作中
来。
在美国的一些高校中虚拟仪器系统及图形编程语言已经成为了必修课，其普及程度是十分广泛的。
在国外高校中建立了自己的虚拟实验室的大学有：美国的麻省理工学院、美国的卡耐基-梅隆大学、德国的汉诺威大学、意大利瓦帕多大学、新加坡国立大学等等。
国内虚拟实验室的研究现状：
在国内的一些大学也对虚拟实验室的建立引起了重视，部分高校已经初步的建立了虚拟实验室。
例如：清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；华中理工大学将虚拟实验室作为远程教育使用；四川大学研制了航空电台二线综合测试仪；北京航空航天大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、复旦大学、上海交通大学、暨南大学、大连理工大学、重庆大学等一些高校也将虚拟仪器系统用于科研和教学。
二、课题研究的内容（包括研究目标、拟解决的问题及创新之处）
本课题属于应用型研究课题，目标是在我校电子专业中开展虚拟实验教学工作。
既然本课题是实验教学的一部分，其最终的研究成果应包括实验系统的构建和实验报告指导书两大部分。
这也决定了本课题应从以下几方面入手：
1.在理论对实验教学进行系统研究；
2.充分的认识电子专业各个学科的特点及其
学科间的交叉；
3.应用主流软件实现实验平台的建立；
4.在反复对实验平台进行验证性实验的同
时，分析平台的不足，完善平台的功能；
5.制定出与学科实验对应的实验指导书。
本课题的拟创新点：
1.在信号处理类实验中，引入当前新进的信
号处理方法，并针对算法的不足进行一定
的改进等；
2.实现多学科实验平台合一
三、采用的研究思路、研究方法和技术措施
从电子重点专业基础课及专业课出发，设计数字电路、模拟电子线路、高频电子线路、微机原理及单片机原理等课程的实验计划，结合目前主流的电子设计软件，如Lebview、Matlab、Protues等，最终完成能够在我校虚拟实验室进行的实验教学。
本项目的实施决定于教师对本课程实验的深刻理解，需考察调研高水平本科院校的本科实验情况，再结合我校实际情况，设计出具有教学意义的实验报告。
总之，虚拟实验室建立的原则就是：实验来自教学大纲；实验启发创新能力；实验提高学习水平；实验最终学生受益。
本项目最终的归宿是用于电子类本科实验教学使用，因此受益者就是做实验的学生。
在一些层次不高的本科院校，实验硬件条件有限，因而一般院校的学生很难接触到一些高水平、有启发意义的实验，这时就急需一种通过仿真、在线模拟来做实验，这也是虚拟实验室的存在重大原因。
四、本研究具体的分年度实施计划及中期成果
2013年6月-2013年8月前期调研
2013年9月-2013年11月方案论证
2013年12月-2014年2月方案实施，制定实验模块
2014年3月-2014年5月初步实现实验功能
2014年6月-2014年8月学术论文1篇
2014年9月-2014年11 完善实验功能
2014年12月-2015年2月学术论文1篇
2015年3月-2015年5月拟实验报告指导书
2015年6月-2015年7月完善实验指导书及实验系统
中期成果：学术论文1篇，实验模块分析
五、完成课题的保障条件（如研究资料、实验仪器设备、研究时间等）
实验设备：数据采集卡、电脑
研究时间：2年
六、经费预算（包括材料、试验、调研等费用，分年度、分项目列出）实验材料：
系
（
部
）
意
见
系主任（签字）
年月日
学
术
委
员
会
意
见
负责人（签字）
年月日
学
校
意
见
校长（签字）
年月日。
