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虚拟仪器LabVIEW在数字电路实验教学中的应用

作者:时间:2009-05-08来源:网络收藏

1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/195867.htm

  所谓,就是在以计算机为核心的硬件平台上,配合以相应的输入/输出接口,具有计算机显示器的虚拟面板,测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统[1-2]。自美国国家仪器公司(National Instruments,NI) 在1986年提出的概念之后,技术便一直成为发达国家自动测控领域的研究热点和应用前沿。目前,最著名的虚拟仪器系统是NI的,其最广泛的应用领域是测控领域[3-4],而文章将要探讨的,是将该系统应用于数字逻辑电路的教学、实验的问题。文章认为,由于虚拟仪器的自身特点及数字与模拟电路的差异性,虚拟仪器系统并不适用于模拟电路系统的教学或实验,但对于系统,则有较强的、特殊的优势。

2 问题的引出

  虚拟仪器具有典型的图形化语言风格,其程序(后面板)的编制过程就是将不同的图标(VI)进行选择、组合并连线的过程。其不同图标(VI)相当于具有不同功能的“子程序”,图标间的连线指定了数据的流向,相当于代码语言的“赋值”语句[5]。在的函数选板中,既包含了大量专用的信号处理、信号运算等VI图标,也包含了各种数值运算、逻辑运算的基本VI图标。其中的逻辑运算VI,其图标就是标准的逻辑运算符号,LabVIEW中相应的逻辑运算VI选板如图1所示。

  不难看出,利用这些图标编制的逻辑运算程序(LabVIEW后面板),也就是一个规范的数字逻辑电路的逻辑图。就信号的输入/输出来说,LabVIEW亦提供了丰富的输入控件和输出控件,如各种形式的开关、按钮、指示灯、波形显示器等等,这些“器件”可直接用简单的拖动方式拖放到相应位置即可使用。


图1 LabVIEW中的布尔VI选板

  更重要的是,虚拟仪器系统不同于虚拟现实技术或仿真技术,后两者只不过是对现实系统的一种模拟而已,而虚拟仪器虽称为“虚拟”,但其实质是一种基于计算机软、硬件系统作为支撑,通过采用一定的数学模型和算法来完成处理过程的真实仪器系统,一句话,虚拟仪器系统并非“虚拟”仪器,而是“真实”仪器,它是要完成真实仪器系统功能的。也就是说,基于虚拟仪器系统进行的相应实验或教学过程,通过配置相关的A/D或DAQ接口,即成为能完成实际仪器功能的仪器,故基于虚拟仪器进行教学、实验,比基于虚拟现实技术或仿真技术的教学实验更具有实际意义!

  由于虚拟仪器LabVIEW中提供的布尔运算VI比较完备,再加上系统本身图形化的语言风格,完全可以做到将“程序――逻辑图――实验过程――输入输出”等过程的结合,使过程简单明晰,可以完成数字逻辑电路中几乎所有的实验及演示,如:编码器、译码器、数据选择器/分配器、加法器、各类计数器等等,而且,具体的实验或演示过程,还可运用LabVIEW中程序执行过程的“高亮度单步执行”模式,充分地观察到信号的动态流程和逻辑电路的运算过程,甚至可以将某种逻辑运算过程单独开发为专门的用户VI,形成一独特功能的新型概念的“虚拟芯片”,供需要时直接调用。下面就以一简单的七段数码显示译码器为例,来讨论运用虚拟仪器LabVIEW实现实验的过程。

3 教学实验的设计

  数码显示器是常用的显示器件,七段显示译码器逻辑是数字逻辑电路教学中常用典型的设计范例,下面就以设计七段显示译码器为例,来说明虚拟仪器LabVIEW在数字逻辑电路中的应用。

3.1 设计要求

  要求的数字显示字形如图2所示,设输入I3 I2 I1 I0为四位二进制数,a-g为相应的七段显示输出,其逻辑关系式则为方程组1。

图2 七段数码显示字形

3.2 设计过程及实验

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