當(dāng)前位置:首頁(yè) > 測(cè)試測(cè)量 > 測(cè)試測(cè)量
[導(dǎo)讀]1 引言  所謂虛擬儀器,就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上,配合以相應(yīng)的輸入/輸出接口,具有計(jì)算機(jī)顯示器的虛擬面板,測(cè)試功能由測(cè)試軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)[1-2]。自美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instrume

1 引言

  所謂虛擬儀器,就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上,配合以相應(yīng)的輸入/輸出接口,具有計(jì)算機(jī)顯示器的虛擬面板,測(cè)試功能由測(cè)試軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)[1-2]。自美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments,NI) 在1986年提出虛擬儀器的概念之后,虛擬儀器技術(shù)便一直成為發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)測(cè)控領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和應(yīng)用前沿。目前,最著名的虛擬儀器系統(tǒng)是NI的LabVIEW,其最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是測(cè)控領(lǐng)域[3-4],而文章將要探討的,是將該系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)字邏輯電路的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。文章認(rèn)為,由于虛擬儀器的自身特點(diǎn)及數(shù)字與模擬電路的差異性,虛擬儀器系統(tǒng)并不適用于模擬電路系統(tǒng)的教學(xué)或?qū)嶒?yàn),但對(duì)于數(shù)字電路系統(tǒng),則有較強(qiáng)的、特殊的優(yōu)勢(shì)。

2 問(wèn)題的引出

  虛擬儀器LabVIEW具有典型的圖形化語(yǔ)言風(fēng)格,其程序(后面板)的編制過(guò)程就是將不同的圖標(biāo)(VI)進(jìn)行選擇、組合并連線的過(guò)程。其不同圖標(biāo)(VI)相當(dāng)于具有不同功能的“子程序”,圖標(biāo)間的連線指定了數(shù)據(jù)的流向,相當(dāng)于代碼語(yǔ)言的“賦值”語(yǔ)句[5]。在LabVIEW的函數(shù)選板中,既包含了大量專用的信號(hào)處理、信號(hào)運(yùn)算等VI圖標(biāo),也包含了各種數(shù)值運(yùn)算、邏輯運(yùn)算的基本VI圖標(biāo)。其中的邏輯運(yùn)算VI,其圖標(biāo)就是標(biāo)準(zhǔn)的邏輯運(yùn)算符號(hào),LabVIEW中相應(yīng)的邏輯運(yùn)算VI選板如圖1所示。

  不難看出,利用這些圖標(biāo)編制的邏輯運(yùn)算程序(LabVIEW后面板),也就是一個(gè)規(guī)范的數(shù)字邏輯電路的邏輯圖。就信號(hào)的輸入/輸出來(lái)說(shuō),LabVIEW亦提供了豐富的輸入控件和輸出控件,如各種形式的開關(guān)、按鈕、指示燈、波形顯示器等等,這些“器件”可直接用簡(jiǎn)單的拖動(dòng)方式拖放到相應(yīng)位置即可使用。


圖1 LabVIEW中的布爾VI選板

  更重要的是,虛擬儀器系統(tǒng)不同于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或仿真技術(shù),后兩者只不過(guò)是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一種模擬而已,而虛擬儀器雖稱為“虛擬”,但其實(shí)質(zhì)是一種基于計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)作為支撐,通過(guò)采用一定的數(shù)學(xué)模型和算法來(lái)完成處理過(guò)程的真實(shí)儀器系統(tǒng),一句話,虛擬儀器系統(tǒng)并非“虛擬”儀器,而是“真實(shí)”儀器,它是要完成真實(shí)儀器系統(tǒng)功能的。也就是說(shuō),基于虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)或教學(xué)過(guò)程,通過(guò)配置相關(guān)的A/D或DAQ接口,即成為能完成實(shí)際儀器功能的儀器,故基于虛擬儀器進(jìn)行教學(xué)、實(shí)驗(yàn),比基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或仿真技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)更具有實(shí)際意義!

  由于虛擬儀器LabVIEW中提供的布爾運(yùn)算VI比較完備,再加上系統(tǒng)本身圖形化的語(yǔ)言風(fēng)格,完全可以做到將“程序——邏輯圖——實(shí)驗(yàn)過(guò)程——輸入輸出”等過(guò)程的結(jié)合,使過(guò)程簡(jiǎn)單明晰,可以完成數(shù)字邏輯電路中幾乎所有的實(shí)驗(yàn)及演示,如:編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器/分配器、加法器、各類計(jì)數(shù)器等等,而且,具體的實(shí)驗(yàn)或演示過(guò)程,還可運(yùn)用LabVIEW中程序執(zhí)行過(guò)程的“高亮度單步執(zhí)行”模式,充分地觀察到信號(hào)的動(dòng)態(tài)流程和邏輯電路的運(yùn)算過(guò)程,甚至可以將某種邏輯運(yùn)算過(guò)程單獨(dú)開發(fā)為專門的用戶VI,形成一獨(dú)特功能的新型概念的“虛擬芯片”,供需要時(shí)直接調(diào)用。下面就以一簡(jiǎn)單的七段數(shù)碼顯示譯碼器為例,來(lái)討論運(yùn)用虛擬儀器LabVIEW實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。

3 數(shù)字電路教學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

  數(shù)碼顯示器是常用的顯示器件,七段顯示譯碼器邏輯是數(shù)字邏輯電路教學(xué)中常用典型的設(shè)計(jì)范例,下面就以設(shè)計(jì)七段顯示譯碼器為例,來(lái)說(shuō)明虛擬儀器LabVIEW在數(shù)字邏輯電路中的應(yīng)用。

3.1 設(shè)計(jì)要求

  要求的數(shù)字顯示字形如圖2所示,設(shè)輸入I3 I2 I1 I0為四位二進(jìn)制數(shù),a-g為相應(yīng)的七段顯示輸出,其邏輯關(guān)系式則為方程組1。

圖2 七段數(shù)碼顯示字形

3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)

  使用虛擬儀器LabVIEW構(gòu)建程序,按方程組1構(gòu)建的后面板如圖3所示。


圖3 七段顯示譯碼器的LabVIEW后面板(程序)

  從圖3可以看出,LabVIEW后面板(程序)和相應(yīng)的邏輯電路在形式上完全對(duì)應(yīng),即LabVIEW的程序其實(shí)就是邏輯圖的具體體現(xiàn)了。若采用“高亮度單步執(zhí)行”方式,還可以直觀地觀察到信息(信號(hào))的流動(dòng)及每一環(huán)節(jié)的中間運(yùn)算結(jié)果,這是其它數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)所不及的,這也正是基于虛擬儀器LabVIEW進(jìn)行數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)所表現(xiàn)出的直觀性、簡(jiǎn)潔性和實(shí)用性。

  相應(yīng)的程序前面板(輸出/操作界面)如圖4所示。


圖4 七段顯示譯碼器實(shí)驗(yàn)的前面板

  實(shí)驗(yàn)中用4個(gè)開關(guān)I0~I3分別作為四位代碼產(chǎn)生的邏輯器件,用a~g七個(gè)發(fā)光指示燈分別作為七段數(shù)碼顯示器的顯示單元,這些“器件”都是LabVIEW提供的現(xiàn)成的輸入/輸出控件,直接運(yùn)用即可。

  圖中當(dāng)前顯示的是輸入為“1001”時(shí)的譯碼顯示“9”,實(shí)驗(yàn)或演示時(shí)只須用鼠標(biāo)操縱水平搖桿開關(guān)I0~I3即可得到相關(guān)的輸入代碼,對(duì)應(yīng)的輸出(譯碼顯示)則在右端顯示出來(lái);當(dāng)然,也可用“CTRL+E”組合鍵調(diào)出程序后面板窗口圖3,運(yùn)用單步高亮度執(zhí)行的方式來(lái)觀察譯碼器的工作過(guò)程。

4 虛擬儀器應(yīng)用于數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

  引入虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和教學(xué),除了具備上述容易實(shí)現(xiàn),過(guò)程簡(jiǎn)單和效果明顯的特點(diǎn)之外,還可以達(dá)到以下目標(biāo):

  先進(jìn)儀器的低成本化
  縮短新型儀器的開發(fā)周期
  降低儀器的維護(hù)、配置成本
  容易實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的交互式實(shí)驗(yàn)和教學(xué)
  強(qiáng)化學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的自主性和自創(chuàng)性

  而達(dá)到上述目標(biāo),就可以改善相應(yīng)的教學(xué)模式,將為培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)的創(chuàng)新人才創(chuàng)造十分有利的條件,也為高校自身實(shí)力的提升和教學(xué)成本的降低提供了理想的發(fā)展空間??梢灶A(yù)見,虛擬儀器技術(shù)將是今后儀器科學(xué)發(fā)展在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)的重要方向[6-7]。

5 結(jié)論

  虛擬儀器系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)或教學(xué),是虛擬儀器系統(tǒng)在測(cè)試領(lǐng)域之外的又一應(yīng)用領(lǐng)域,而應(yīng)用于數(shù)字邏輯電路的實(shí)驗(yàn)教學(xué),能充分發(fā)揮虛擬儀器系統(tǒng)的優(yōu)越性,使教學(xué)過(guò)程變得更加直觀,使實(shí)驗(yàn)過(guò)程能充分體現(xiàn)學(xué)生的參與度、加強(qiáng)自創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐,而且虛擬儀器在數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用面廣、包含范圍寬,加上適當(dāng)?shù)腁/D或DAQ,可方便地將這類系統(tǒng)升級(jí)為具有實(shí)際意義的基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)/分析系統(tǒng)。

  將虛擬儀器應(yīng)用于數(shù)字邏輯電路的教學(xué)、實(shí)驗(yàn),具有較好的實(shí)際意義,也是虛擬儀器在測(cè)試領(lǐng)域之外得到應(yīng)用的又一重要補(bǔ)充。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉