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NIELVIS在数字电子技术实验中的应用

企业新闻 / 2021-11-17 00:48

本文摘要:概要:为拓展学生在专业领域的创意发展,将在传统实验箱上展开的数字电子技术实验重制到ELVIS平台。首先讲解了美国国家仪器公司(NI)的虚拟仪器教学实验平台(educationlaboratoryvirtualinstrumentationsuit,ELVIS),得出了一个利用ELVIS平台已完成数字电子技术实验的实例,根据实验研发了基于LabVIEW编程的软仪器SFP以及对有数的软仪器的功能展开了部分拓展。

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概要:为拓展学生在专业领域的创意发展,将在传统实验箱上展开的数字电子技术实验重制到ELVIS平台。首先讲解了美国国家仪器公司(NI)的虚拟仪器教学实验平台(educationlaboratoryvirtualinstrumentationsuit,ELVIS),得出了一个利用ELVIS平台已完成数字电子技术实验的实例,根据实验研发了基于LabVIEW编程的软仪器SFP以及对有数的软仪器的功能展开了部分拓展。关键词:虚拟仪器;ELVIS;数字电子技术实验;LabVIEW;SFP0章节目前,实践中教学在人才培养中的最重要地位日益突显,它在培育学生动手能力和创意思维方面特别是在不可缺少。电路和电子技术实验是电类专业学生科目并且十分最重要的专业基础课,实验中常用的传统仪器还包括:数字万用表、函数信号发生器、示波器、直流稳压电源等。

很多专业性实验还必须一些类似仪器比如波特仪、直流电桥、逻辑分析仪等。娴熟用于仪器是学生通过实验必需不具备的一个基本技能,但实验中往往由于学时紧绷,仪器较多,结果学生常常无暇调节仪器而没过于多时间专心于对实验原理的研究和实验结果的分析,造成实验的效果并不理想,也有利于学生更加深层次的自学和提升。而近年来,虚拟仪器的发展极为很快,以美国NI公司为主导的虚拟仪器技术早已沦为电气测控领域的一个代表方向。

虚拟仪器的设计思想是基于计算机的强劲功能,使用模块标准化的硬件展开数据采集,而对数据的分析、处置、表明则通过软件编程构建,即使用硬面板,用户自己定义仪器功能。如果需要在学生通过电路实验早已掌控传统仪器基本用于的基础上,有助于引进虚拟仪器到电子技术实验中,就可以避免软仪器问题,而引人注目、增强对学生分析及解决问题能力的训练,并且学生通过用于虚拟仪器可以提前与专业认识,更加不利于与先前专业课的交会和融合。1NIELVIS实验平台2003年,美国NI公司针对高校实验室教学内容研发了一套ELVIS平台(educationlaboratoryvirtualinstrumentationsuit)。整套平台硬件上还包括原型板,ELVIS工作台以及625l的数据采集卡和68针数据传输线;软件上还包括硬前面板(softfrontpanel,sFP)仪器和ELVIS硬件驱动程序(LabVIEWAPIs),硬前面板SFP仪器是根据ELVIS平台应用于的特点撰写的LabVIEWVI,仿真、替换传统实验中的硬仪器。

1.1EINIS硬件ELVIS工作台与数据采集卡(dataacquisition,DAQ)一起已完成实验系统原型板上电路的输入输出。工作台主要起着相连和操作者的功能,其前控制板获取了旋钮调节的函数信号发生器、固定式电源及SFP仪器数字万用表和示波器的BNC模块。原型板与工作台连接,它主要获取一个搭起电路的区域并从工作台终端电路所必须的输出/输入信号。

也可以由实验必须根据68针数据传输线的定义自己设计原型板与工作台连接从而代替原标配的原型板。6251数据采集卡已完成实验电路与计算机之间的数据传输,既可将LabVIEW程序产生的信号送到电路也可将电路的输入信号送到计算机适当处理程序。工作台、原型板、DAQ卡包含原始的硬件实验系统。

1.2ELVIS软件ELVIS的软件基于LabVIEW编程的,还包括硬前面板SFP仪器和驱动ELVIS硬件的应用程序。ELVIS软件将已完成信号在工作台与SFP之间的传送。SFP仪器归属于软件编程构建的虚拟仪器,源代码由LabVIEW程序开发,是各种仪器功能的软构建。

ELVlS的SFP仪器如图l右图,从启动面板可以看见其还包括各种常用仪器,并且仪器操作界面与现实仪器类似于,更容易解读,更容易被有基础的学生很快掌控;作为虚拟仪器在实验室中的典型应用于,NI获取了对LabVIEW程序源代码的改动功能,这意味著学生可以根据自己专业的必须自定义仪器或改动和拓展有数的仪器。这将大大提高学生自学的兴趣和积极性,也有助培育、磨练学生的创意思维和创新能力。

2基于ELVlS平台的数字电子技术实验鉴于学生在前面的电路实验中已不具备传统仪器用于基础,本文尝试将数字电子技术实验项目重制到ELVIS平台上构建。2.1硬仪器SFP在实验中的用于在数字电子技术实验中,常用的仪器还包括:直流稳压电源、示波器等,在ELVIS中分别对应的SFP仪器为:VPS(variablepowersupply)、OSC(oscilloscope)。此外,还有一些用作逻辑输出和输入表明的器件有:数据逻辑电源、数字输入表明LED在SFP中为DigitalBusWriter、DigitalBusReader&LED。

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DigitalBusWriter数字载入器,这与实验箱中数据逻辑张开电源功能一样,可获取逻辑电路中低/低电平输出,可挑选单通道和8地下通道序列2种输入方式。其地下通道在原型板上标示为DOO~DO7。DigitalBusReader数字读取器,接管逻辑电路输入电平并表明输入结果,某种程度可以单通道加载也可以8地下通道序列悉数加载。其地下通道在原型板上标示为DIO~DI7。

2.2利用LabVIEW编程构建自定义硬仪器SFP如前所述,可以通过LabVIEW编程自定义或拓展仪器功能。这也是虚拟仪器的仅次于优势。例如:针对ELVIS原型板上不具备单脉冲问题,可以考虑到用软件编程的方法产生触发器或计数实验中所用到的单个脉冲。

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将前面板的布尔量作为启动时按钮并将其值载入到Port0/Line0口输入,设置布尔量机械动作为:按下布尔量切换为高电平并维持输入高电平以后用力布尔量,从而提供按钮启动时单个脉冲,其程序如图2右图,程序流程较难解读:首先确认ELVIS工作在bypass状态,对单通道数字输入一个布尔量的值,While循环的轮询使得按钮反复操作者有效地。前面板控件如图3右图,单个脉冲启动时按钮外形类似于实验箱上的按钮,按下一用力的过程产生一个脉冲,其余控件一个用来表明ELVIS否工作在bypass状态,一个用来暂停循环,界面和程序十分简陋,解释通过LabVIEW编程与ELVIS平台融合的方式构建仪器的拓展功能是行之有效的。并且在软硬件融合的编程过程中,可进一步提高学生的创新能力。2.3实验实例下面以最少见的TTL与CMOS与非门特性的测量为事例,解释NIELVIS平台在数字电子技术实验中的应用于。

该实验中要中用的SFP仪器有示波器OSC(oscilloscope)、固定式电源VPS(variablepowerslapply)、数字万用表DMM(digitalmultimeter)、数字载入器与读取器。这些SFP仪器的操作界面与现实仪器相似,因此对于有数实验基础的学生是十分熟知的,通过鼠标操作者计算机上呈现出的软仪器界面,对实验结果展开测量和存储。

测量与非门电压传输特性时,使用锯齿波作为输出,而SFP的函数信号发生器只获取正弦、三角、方波3种波形,因此锯齿波的产生需中用类似仪器给定波形发生器ARB(arbitarywaveformgenerator)。ARB可将预先原作好各参数(波形、幅值、频率)的给定波形从原型板上的DAC0~l端口输入,本实验中,由学生自己软件编辑绘制的锯齿波作为与非门输出,并与与非门的输入同时送来人LabVIEW收集程序以X-Y方式表明,在VI前面板可以确切的较为TTL与CMOS与非门的电压传输特性曲线,实验结果如图4右图,与在传统示波器上表明的曲线比起,图线较为明晰更加不易解读。

在此计算机硬界面操作者的实验中,学生不必须花费过于多时间在各类仪器的用于或者实验仪器的调试中,而把主要精力集中于在实验原理的解读和结果的分析上。此外,测量到的动态数据可原始表明并存储在计算机中,加载十分便利,便于今后对实验数据的更进一步分析。目前,已构建将大部分数字电子技术实验重制到NIELVIS平台上展开,且早已应用于在学生实验中。

从实验的效果看,学生在经过最初对NIELVIS的熟知后,就开始讨厌上这种具备更加多探索性和创新性的实验方式。3结束语NIELVIS软硬件结合的实验平台对于电气信息与控制工程、机械电子工程及生物医学工程专业的学生来说,是展开电子电路自学和设计的一个十分好的平台。

它获取了原始的测量测试和留存数据的功能,原型板的可转换性和仪器源代码的可修改性也给学生获取了一个较小的建构空间。SFP仪器中波特图分析仪等专业性较强的仪器使得更高一级的实验教学沦为有可能。


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