基于LabVIEW的数字电路课程远程实验平台开发

钱声强 王 露 李 晴

(常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 江苏常州 213164)

基于LabVIEW的数字电路课程远程实验平台开发

钱声强 王 露 李 晴

(常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 江苏常州 213164)

为了克服实践教学场地、课时数等对学生实践能力培养的限制，将虚拟仪器技术应用于数字电路课程实践教学，开发了基于LabVIEW的数字电路课程远程实验平台，重点介绍了实验平台的设计方案和实现。

虚拟仪器;LabVIEW;数字电路;远程实验

0 引言

随着我国高职教育的不断发展和深入，逐步强调对学生实践能力的培养，实践教学已成为高职教育一个至关重要的环节。数字电路课程是我院电子类专业的一门基础课程，在课程的教学改革实施过程中，一体化项目教学方式的引入和学生人数的增多，使传统的实验室和实验仪器数量很难满足学生的需求，这就对学校的实验设备和教学场地等相应配置提出了更高的要求。因此，远程实验的概念作为一种有效的解决方案应运而生，将虚拟仪器技术引入实验、课堂教学中，开发实验教学系统已成为课程改革的迫切需要。

美国Nl公司推出的虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)，是以计算机为基础，配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口，完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机化仪器系统。虚拟仪器的软件开发平台Lab-VIEW是一种图形化编程语言，提供很多外观与传统仪器类似的控件，可用来方便地创建用户界面。LabVIEW还提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储，使得编程者不再需要记忆纷繁复杂的语法和函数原型，从而使编写程序的过程变得生动起来。

虚拟仪器作为一种集成了硬件实验系统、虚拟现实技术、多媒体技术以及互联网技术等多种先进技术的综合平台，同时兼备了高效和灵活的开发特点，采用LabVIEW软件开发数字电路实验平台，学生通过虚拟前面板对电路进行测试，可以生动直观地显示出元器件的特性及电路的输出特性，有助于学生学习理解和掌握数字电路的原理和功能。

1 平台设计开发

1.1 总体方案设计

1)实验平台硬件架构。考虑到整个实验平台数据传送量不大，需要实现远程模拟仿真，系统考虑采用了浏览器/服务器(简称B/S)结构、软件共享的模式，客户端可以通过网络访问服务器端的软件程序，不涉及到硬件仪器设备的调用。程序仅运行在服务器端，客户通过网络访问程序，并请求程序的控制权后进行操作。系统硬件结构如图1所示。

图1 系统硬件结构图

2)实验平台软件架构。数字电路课程实验通常分为验证性实验和设计综合性实验，验证性实验目的在于使学生掌握逻辑电路的功能、特点及其使用方法等;设计综合性实验主要是培养学生的电路设计能力。验证性实验主要是对课堂理论知识的验证，利用LabVIEW软件对数字逻辑电路仿真具有更形象、逼真、便捷的特点，可以考虑学生在远程实验平台上完成;设计综合性实验安排学生进入实验室动手实践，将基于LabVIEW软件开发的虚拟实验平台和传统的基于实验室的物理环境的实验相结合，在发挥各自效益的同时有效地提高教学效果。

整个实验平台应该包括组合逻辑电路和时序逻辑电路实验，组合逻辑电路包括基本门电路、全加器、译码器、编码器、数据选择器、比较器实验，时序逻辑电路包括基本触发器、RS触发器、D触发器、JK触发器、计数器、寄存器实验。实验平台主界面如图2所示。

1.2 实验平台的Web发布

图2 实验平台主界面

LabVIEW软件具有强大的网络互连特性，利用LabVIEW的远程前面板技术程序可以很方便地嵌入在HTML网页中，并实现在互联网上的发布。VI程序运行在服务器端，客户端通过网页浏览器登录到已发布的远程实验室，与服务器上VI的前面板进行交互控制完成远程实验。这种发布方式简单易用，所有的程序均运行于服务器，对于客户端的要求较低。实验平台的网络发布具体步骤主要如下:

1)配置Web服务器。首先在服务器端运行LabVIEW，打开需要发布的VI程序，并且正确配置好Web服务器。配置选项位于主菜单的工具＇选项，在弹出的对话框中选择“Web服务器:配置”，在切换的对话框中选择“启用Web服务器”，设置包括发布HTML的根目录、HTTP端口(默认80)、使用记录文件等参数。

2)程序Web发布。设置Web服务器参数后，就可以将VI以网页形式发布出去。点击主菜单工具“Web发布工具”，在弹出的对话框中设置VI名称、查看模式，输入文档标题和页眉页脚备注信息等，最后点击保存至磁盘即完成发布。

3)远程访问VI面板。完成程序远程发布后，客户端可以用浏览器访问控制远程的VI了，在IE或其他浏览器地址栏输入服务器的IP地址http://服务器IP地址:端口/VI程序名称.htm。其中，端口为配置Web服务器时设置的HTTP端口，VI程序名称则为服务器发布的VI名，即为存储的HTM文件名。

通过网页浏览器连接远程VI面板时，若本机已经安装了相同版本的LabVIEW，用户可以在本机的LabVIEW开发环境中连接远程VI面板，在新建的VI中，选择操作“连接远程前面板”选项，在弹出的对话框中输入服务器端地址、端口和VI名称，选择是否要求控制，点击连接按钮，客户端与服务器端的连接就建立起来了。若本机没有安装LabVIEW Run-Time引擎，那么网页首次连接时会自动从NI网站下载该引擎并安装，首次连接成功后，以后就不用再下载该引擎了。图3为远程面板连接示意图。

图3 远程VI面板连接

2 实验平台运行结果

学生通过任意一台连接到Internet的计算机，经浏览器访问数字电路远程实验平台网站，在主页上点击选择要进行的实验，学生通过点击操作虚拟实验面板上旋钮、开关等控件，观察输出显示结果，学习相关实验内容从而完成远程实验。例如JK触发器实验(如图4所示)，选择主界面的实验内容，在弹出的虚拟操作面板上，学生通过点击S、R按钮设置J、K输入端，时钟频率和占空比，观察JK触发器的动态输出端Q的波形，并对照JK触发器的功能真值表和芯片引脚图，学习总结JK触发器的逻辑功能。整个学习过程直观生动，有助于学生更好地理解JK触发器的功能。图5所示为JK触发器仿真实验子VI程序框图。

图4 实验平台运行界面和结果

图5 JK触发器实验子VI程序框图

3 结束语

数字电路课程教学实验平台具有高效、开放、网络化等特点，借助LabVIEW的网络发布功能和强大的信号分析处理能力、生动友好的界面设计，为学生提供一个课外学习的网络实验平台，有利于培养学生自主学习的能力。学生从远程计算机上进行实验操作和观察，所得到的实验结果与本地得到的完全相同，如同在实验室操作真实仪器设备，这种方式大大提高了课程实践教学的伸缩性和适应性，克服了场地、课时数等对学生实践能力培养的限制，是教师教学的演示工具、学生自学和提高的得力助手和导师。同时，远程实验平台也提供了高校之间信息交流的互动平台，通过互学互帮方式有助于提高实验教学的综合水平。

［1］陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通［M］.北京:清华大学出版社，2007:336-340.

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The Development of the Digital Circuit Courses Remote Experimental Platform Based on LabVIEW

QIAN Sheng-qiang WANG Lu LI Qing
(School of Electronic and Electrical Engineering，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

In order to overcome the limit for practice capacity training of students such as the practical teaching place and teaching hours，the virtual instrument technology is used in digital circuits course of practice teaching.The digital circuit courses remote experimental platform based on LabVIEW is developed.The article focuses on the design and realization of experimental platform.

virtual instrument;LabVIEW;digital circuit;remote experiment

G 434

B

1672-2434(2010)01-0063-03

2009-11-20

钱声强(1979-)，女，讲师，从事研究方向:虚拟仪器技术、测控技术