虚拟仪器在电子技术演示实验中的运用

科技信息　０高校讲坛０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１２年第３期　

浅谈虚拟仪器技术在电子课程设计中的应用　

芦吉云　

（南京航空航天大学民航学院江苏南京２１　００１　６）　

【摘要】虚拟仪器作为计算机系统与仪器系统相结合的产物，扩展了传统仪器的功能，在电子课程设计中采用虚拟仪器技术有助于学生　

创新能力的培养。本文介绍了虚拟仪器技术在教学中的应用，以信号源模块设计、控制模块设计为例探讨虚拟仪器技术在电子课程设计中的应　

用．实践证明虚拟仪器技术能够为高校改善实验条件提供一种新途径。　

【关键词】虚拟仪器；仿真；测量；控制　

０引言　２应用实例　

电子课程设计是电子、自动化、机电一体化等专业相互交叉的一　门课程．涉及了数据采集、数据处理、自动检测、自动识别以及自动控　

制等相关内容　作为－－ｆ］实践性很强的课程．传统的教学中演示性和　

验证性实验占主导。创造性实验较少，严重地制约着教学内容的拓展　和教学质量的提高　为了使教学理论与实验相互结合．增加学生的学　

习兴趣。提高课堂教学效果，需要在教学过程中引入虚拟仪器技术［１＿。　

虚拟仪器技术突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式．充分利　用了最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能，将日益普及的　

计算机技术与传统的仪器仪表技术结合起来．使用户在操作计算机　时．如同在操作自己定义的仪器，可以方便灵活地完成对被测量的采　

集、分析、判断、显示及数据存储等。在教学中使用虚拟仪器技术，学生　

可以根据理论构造实验系统，所需实验条件少，易于实现。　

１　虚拟仪器技术在教学中的应用　

虚拟仪器（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．简称ｖＩ１的概念．最早是由美国国　

家仪器公司ｆＮａｔｉＯｎａｌ　ｌｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＣ０ｒｐ．简称ＮＩ）于１９８６年提出来的．　

这是对传统仪器概念上的重大突破　其基本原理是以计算机为硬件平　台．使原来需要硬件实现的各种仪器功能尽可能地软件化．利用高效　

第５卷第１期　２０１４年１月　黑龙江科学　ＨＥＩＬＯＮＣ　ＪＩＡＮＣ－ＳＣＩＥＮＣＥ　Ｖ０１．５　Ｎｏ．１　Ｊａｎｕａｒｙ　２０１４　虚拟仪器技术在医学电子仪器中的应用　郑旋，赖晓涛　（赣南医学院信息工程学院，江西赣州３４１０００）　摘要：随着现代科学技术的不断发展，使虚拟仪器在医学电子仪器中具有广泛的应用。其中在信息处理系统中采用了ＬａｂＶＩＥＷ　可视化平台，使得信号的处理以及数据的传输都能够在硬件设施中显示出其处理程序。在电子仪器中应用了虚拟仪器的设计原理，在　人体测量过程中感受其部位的不同，而仪器设定的参数也会发生相应的调整，测量出精确数据，满足电子仪器正常的使用情况。　关键词：虚拟仪器；电子仪器；ＬａｂＶＩＥＷ：可视化　中图分类号：ＴＨ７７２．２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１　６７４—８６４６（２０１４）０１—０１７１—０１　当前医学电子仪器设备采用的是虚拟仪器技术，在组成结　构中包括信号数据采集系统、数据信号传输通道预处理系统、数　据信号交换设备处理系统、硬件设备显示分析系统以及后期综　合检测辅助系统。其中信号数据信息采集是由系统软件完成对　信息源的采集，然后在数据综合平台进行相关分析，最后将显示　的结构显示在硬件ＰＣ机上。因此，数据采集信息便可以通过计　算机与其他相关设备组建检测电子仪器系统，完成数据综合分　析的过程。传统电子仪器所花费的成本较大，且在应用过程中需　要做大量的调试工作，由于硬件设施和软件设施的老化，使得测　量的数据结果具有一定的误差存在。　１　虚拟仪器组成部分　虚拟仪器在组成结构中主要采用的是传输仪器中的硬件设　施以及计算机中的软件系统，用户可以根据各自的需求在计算　机软件系统中做出对虚拟仪器测试流程的调整，使之完成数据　测量检测过程。虚拟仪器主要完成对数据信息的采集、动态分析　以及后期的预处理过程，运行程序过程中主要采用的是计算机　系统，但核心处理系统却是软件数据处理系统，是根据编程代码　操作流程的不同使之完成对应的检测流程，最后显示在硬件显　示器中。　ＬａｂＶＩＥＷ也是虚拟仪器软件开发的重要组成部分，是目前　医学实验室应用范围最广阔的一种。在设计核心过程中主要利　用了三维交叉编辑口令，在绘制图形过程中遵循对等原则。在软　件运行中会对图形进行划分等次的扫描，使之在读取数据分析　时可以对不同的图形化程序进行读取。其中图形可视化程序读　取过程中，主要借助Ｃ＋＋语言的汇通，该语言的设计程序不但　能够兼容不同种类的终端设备，并且设计程序遵循多种协议，其　中包括：ＴＣＰ／ｌＰ、数据传输协议ＲＳ一２３２以及卡槽总线型的ＶＸｌ　协议等标；隹软件库函数，其中在ＴＣＰ／ＩＰ函数算术运算过程中还　添加了三角函数变换的形式，其中ｓｉｎ２ｘ＝２ｓｉｎｘｃｏｓｘ．ｓｉｎ　ｘ＋ｃｏｓ　ｘ－－１等，融合了多种数学解析函数的过程，使得每次在运行程序　过程中都会按照数学逻辑运算步骤进行相关的操作，保证数据　的可靠性分析。　２　虚拟仪器在医学界的应用　随着虚拟仪器在医学界中的不断发展，如今开发的两种虚　拟器在医学界中具有广泛的应用。其中包括微型电脑心电图虚　拟仪器以及动态测试分析心电图分析仪器，基于这种仪器的开　发，能够实现２４小时对人体内的采集信号进行监控，并具有电　子扫描、回放、电脑修改程序以及系统辅助工具的加载等功能。　这两种系统的设计电路都采用１　２导联同步，进而实现同一控　制，每个系统电路板中包含１　２个引脚部分，每个引脚控制不同　的导通电路，构成１　２路直连导通，并且构成串联回路，使之在系　统整个运行过程中，电路保持闭合的运行状态，使得在终端控制　的作用下进行统一模式的管理。在人体数据信息的存储运算空　间上，实现每秒存储１Ｏ万份以上的数据图形报告，并且还能对　有错误的数据报告进行自动修改，使后期的辅助功能得以运用，　提高了虚拟仪器对人体数据分析的精确程度。　ＬａｂＶＩＥＷ图形可视化数据分析｛图１），其中该软件设计的编　辑程序遵循三维可视化效果，在对人体进行相关检测时，对图形　的描绘不是传统显示屏幕中二维的曲线分析流程，实现了数据　曲线三维立体的转换。当人在做脑电图数据检测时，该软件编辑　的三维可视化图形可在终端设备仪器中进行细致化分析，分析　每条曲线的走向形式，最大幅值与最小幅值是否满足大脑生命　周期活动的频数，假设在分析过程中，发现与之不对应的数据　值，该系统便会自动运行检错功能，加以辅助工具的纠正，确保　图形分析的正确性。　３　结语　本研究对医学界电子仪器系统的设计与原理分析，可以看　到虚拟仪器现代化技术在其应用领域中具有广泛的使用价值。　在运行程序过程中融合了数字电路分析、可视化编程代码以及　软件编程的辅助加载功能，实现了数据信号实时监控的功能，并　确保数据分析的有效性。　参考文献：　［１］何保金罗代升，付晓娟，等一种心电信号虚拟仪器的设计与实现［Ｊ］计算机　测量与控制，２００５，１３（１２）：ｌ４４３＿１４４５　［２］娄海芳，叶志前．虚拟仪器技术在医学信号处理仪器中的应用［Ｊ］．明代医学仪　器与应用，扣［）４，（２）：８３—８５．　［３］前春野．虚卡以｛义器技术在医学影像实验课程中的应用及研究　］．价值ｉ２程，　２０１２，（２５）：３９－４０．　江西省教改课题（Ｊｘ　一１３—１３－７）　收稿日期：２（】ｌ３—１１—２５　作者简介：郑旋（１９８５一），女，江西吉安峡江人，讲师，硕士，从事计算机技术研究。　

２０１１年１２月　第６期（总第８９期）　济南职业学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｎａｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｄｅｃ．２０１１　Ｎｏ．６（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．８９）　

基于虚拟仪器的电子实验教学研究　

李梦军　

（常州市广播电视大学，江苏常州２１３００１）　

摘要：由于传统仪器在实验教学中存在着不足，提出了将虚拟仪器技术引入电子实验教学。文章说明　

了以ＮＩ　ＥＬＶＩＳ为硬件平台，以图形化开发工具ＬａｂＶＩＥＷ为软件平台的实验教学系统的构建，举例介绍了虚　

拟仪器的开发并给出了应用实例。研究结果表明该实验教学的可行性，并有利于实验教学质量的提高。　

关键词：实验教学；虚拟仪器；ＬａｂＶＩＥＷ；ＮＩ　ＥＬＶＩＳ　

中图分类号：ＴＰ３９１。９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—４２７０（２０１１）０６－００８６—０２　

引言　

实验教学是在教师指导下学生运用一定的仪器设备　

进行独立作业，观察事物和过程的发生和变化，探求事物　

的规律，以获得知识和技能的一种教学方法。实验是学　

生理解理论知识的重要环节，对于培养学生的动手操作　

能力、创造性和解决问题的能力也至关重要。很多课程　

的学习都是和实验密不可分的，尤其是一些实践性、应用　

性较强的学科，如电子课程等。　

随着科学技术的不断发展以及高等教育课程教学内　

容的更新，传统仪器在实验教学中１３益暴露出一些缺陷　

和不足　。这一现象在院校扩招后、学生人数增加的情　

况下尤其明显。基于虚拟仪器的实验教学研究正是在这　

样的需求下开始被关注。为了改善实验教学条件、提高　

实验教学效果，把虚拟仪器技术引人到现代实验教学已　经成为一种重要发展趋势。　

１虚拟仪器简介　

１．１虚拟仪器的概念　美国国家仪器（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，简称ＮＩ）公司首　

先提出了虚拟仪器的概念。所谓虚拟仪器，就是在以计　

算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具　

有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机　

浅析虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用

李严静

【期刊名称】《《数字技术与应用》》

【年(卷),期】2019(037)008

【总页数】2页(P88-89)

【关键词】虚拟仪器; 电子技术; 应用

【作 者】李严静

【作者单位】西安技师学院 陕西西安 710077

【正文语种】中 文

【中图分类】TP274

电子技术是通过电子学原理，然后使用各式的电子元件进行设计或制定出拥有特定功能的电路。而电子技术这一门学科中，电子技术又是需要进行大量实验的一门学科，通过演示实验来完成电子技术的教学是一个极其重要的环节，同时还能有效的提高学生的学习兴趣、思维能力、观察能力，学生通过观察所演示的实验还能够掌握科学的实验方法，增强学生的实验动手能力和综合素质能力。

1 虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用

1.1 虚拟仪器的概述

进些年来，我国的科技经济都一直处于飞速发展的状态，而如今日常生活中所使用的计算机技术也一同发展，计算机技术无论是从硬件方面还是从软件方面都以及越来越成熟。虚拟仪器仪计算机的软件和硬件为主体，且带有自测试的一个仪器。在进行电子技术演示实验时，在展示的过程中学生还可以通过键盘和鼠标对计算机进行控制把所展示实验效果图以不同的颜色显示出来，这样一来使用计算机进行演示能够发挥出传统的演示实验无法达到的教学效果。

1.2 虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用

虚拟仪器作为一种以计算机软硬件为基础的自动化检测的仪器系统，随着其技术的不断发展进步如今使用的虚拟仪器设备已经具有了传统的电压表、电流表、示波器、信号发生器等多个设备的功能，如今只需要使用一套虚拟仪器系统就可以实现以上多个仪器的全部功能。

具体的演示实验中，演示之前把虚拟仪器与实验设备相连接到一起并配上相应开发软件，最后就能够简单直接的得出实验结果。而使用虚拟器而进行实验一般有：共射极管放大演示实验、二管伏安特性曲线演示实验、低频功能放大器演示实验、交流负反馈对放大倍数稳定性演示实验以及三端稳压器W7805稳压性能演示实验等。