banner.jpg)
摘要：為開拓學生在專業(yè)領域的創(chuàng)新發(fā)展，將在傳統(tǒng)實驗箱上進行的數(shù)字電子技術實驗移植到ELVIS平臺。首先介紹了美國國家儀器公司(NI)的虛擬儀器教學實驗平臺(education laboratory virtual instrumentation suit，ELVIS)，給出了一個利用ELVIS平臺完成數(shù)字電子技術實驗的實例，根據(jù)實驗開發(fā)了基于LabVIEW編程的“軟”儀器SFP以及對已有的“軟”儀器的功能進行了部分擴展。
關鍵詞：虛擬儀器；ELVIS；數(shù)字電子技術實驗；LabVIEW；SFP
0 引言
目前，實踐教學在人才培養(yǎng)中的重要地位日益凸顯，它在培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新思維方面尤其不可缺少。
電路和電子技術實驗是電類專業(yè)學生必修并且非常重要的專業(yè)基礎課，實驗中常用的傳統(tǒng)儀器包括：數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、直流穩(wěn)壓電源等。很多專業(yè)性實驗還需要一些特殊儀器比如波特儀、直流電橋、邏輯分析儀等。熟練使用儀器是學生通過實驗必須具備的一個基本技能，但實驗中往往由于學時緊張，儀器較多，結果學生經(jīng)常忙于調(diào)節(jié)儀器而沒有太多時間專注于對實驗原理的研究和實驗結果的分析，導致實驗的效果并不理想，也不利于學生更深層次的學習和提高。而近年來，虛擬儀器的發(fā)展極其迅速，以美國NI公司為主導的虛擬儀器技術已經(jīng)成為電氣測控領域的一個代表方向。虛擬儀器的設計思想是基于計算機的強大功能，采用接口標準化的硬件進行數(shù)據(jù)采集，而對數(shù)據(jù)的分析、處理、顯示則通過軟件編程實現(xiàn)，即采用“軟面板”，用戶自己定義儀器功能。如果能夠在學生通過電路實驗已經(jīng)掌握傳統(tǒng)儀器基本使用的基礎上，適度引入虛擬儀器到電子技術實驗中，就可以避開硬儀器問題，而突出、強化對學生分析及解決問題能力的訓練，并且學生通過使用虛擬儀器可以提早與專業(yè)接觸，更有利于與后續(xù)專業(yè)課的銜接和融合。
1 NI ELVIS實驗平臺
2003年，美國NI公司針對高校實驗室教學內(nèi)容開發(fā)了一套ELVIS平臺(education laboratory virtual instrumentation suit)。整套平臺硬件上包括原型板，ELVIS工作臺以及625l的數(shù)據(jù)采集卡和68針數(shù)據(jù)傳輸線；軟件上包括軟前面板(soft front panel，sFP)儀器和ELVIS硬件驅動程序(LabVIEW APIs)，軟前面板SFP儀器是根據(jù)ELVIS平臺應用的特點編寫的LabVIEW VI，模擬、代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗中的硬儀器。
1．1 EINIS硬件
ELVIS工作臺與數(shù)據(jù)采集卡(data acquisition，DAQ)一起完成實驗系統(tǒng)原型板上電路的輸入輸出。工作臺主要起到連通和操作的功能，其前控制板提供了旋鈕調(diào)節(jié)的函數(shù)信號發(fā)生器、可調(diào)電源及SFP儀器——數(shù)字萬用表和示波器的BNC接口。
原型板與工作臺相連，它主要提供一個搭建電路的區(qū)域并從工作臺接入電路所需要的輸入／輸出信號。也可以由實驗需要根據(jù)68針數(shù)據(jù)傳輸線的定義自己設計原型板與工作臺相連從而取代原標配的原型板。
6251數(shù)據(jù)采集卡完成實驗電路與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，既可將LabVIEW程序產(chǎn)生的信號送入電路也可將電路的輸出信號送入計算機相應處理程序。
工作臺、原型板、DAQ卡構成完整的硬件實驗系統(tǒng)。
1．2 ELVIS軟件
ELVIS的軟件基于LabVIEW編程的，包括軟前面板SFP儀器和驅動ELVIS硬件的應用程序。ELVIS軟件將完成信號在工作臺與SFP之間的傳遞。
SFP儀器屬于軟件編程實現(xiàn)的虛擬儀器，源代碼由LabVIEW程序開發(fā)，是各種儀器功能的“軟”實現(xiàn)。ELVlS的SFP儀器如圖l所示，從啟動面板可以看到其包括各種常用儀器，并且儀器操作界面與真實儀器類似，易于理解，容易被有基礎的學生迅速掌握；作為虛擬儀器在實驗室中的典型應用，NI提供了對LabVIEW程序源代碼的修改功能，這意味著學生可以根據(jù)自己專業(yè)的需要自定義儀器或修改和擴展已有的儀器。這將大大提高學生學習的興趣和積極性，也有助于培養(yǎng)、鍛煉學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。
2 基于ELVlS平臺的數(shù)字電子技術實驗
鑒于學生在前面的電路實驗中已具備傳統(tǒng)儀器使用基礎，本文嘗試將數(shù)字電子技術實驗項目移植到ELVIS平臺上實現(xiàn)。
2．1 “軟”儀器SFP在實驗中的使用
在數(shù)字電子技術實驗中，常用的儀器包括：直流穩(wěn)壓電源、示波器等，在ELVIS中分別對應的SFP儀器為：VPS(variable power supply)、OSC(oscilloscope)。此外，還有一些用于邏輯輸入和輸出顯示的器件有：數(shù)據(jù)邏輯開關、數(shù)字輸出顯示LED在SFP中為Digital Bus Writer、Digital Bus Reader＆LED。
Digital Bus Writer數(shù)字寫入器，這與實驗箱中數(shù)據(jù)邏輯撥動開關功能一樣，可提供邏輯電路中高／低電平輸入，可選取單通道和8通道序列2種輸出方式。其通道在原型板上標注為DOO～DO7。
Digital Bus Reader數(shù)字讀取器，接收邏輯電路輸出電平并顯示輸出結果，同樣可以單通道讀取也可以8通道序列一并讀取。其通道在原型板上標注為DIO～DI7。
