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基于LabVIEW的电子电路虚拟实验平台设计与实现

作者：廖柏林 毛凯文 刘畅 马川 周元玲 来源：《科技视界》2017年第02期

【摘 要】运用虚拟仪器替代传统实验设备，不但能节省实验器材资源、降低实验室建设成本，而且可为学生提供一个更加方便的实验平台，提高老师的教学质量、实现设备资源的共享。本文采用模块化的设计思想，利用LabVIEW软件开发设计电子电路虚拟实验平台。通过不断地调试和实验，得到了准确的实验结果，验证了基于LabVIEW电子电路虚拟实验平台的可行性。同时虚拟实验平台可以用于日常的多媒体教学中，激发学生的学习兴趣，具有一定的实用性和可靠性。

【关键词】电子实验；虚拟实验平台；LabVIEW；教学改革 1 教学现状与虚拟实验平台开发工具的简介

电子信息工程专业有两个显著的特点：一是，学科知识比较抽象，比如模拟电路、数字电路、信号与系统课程等等。二是，对学生的实践和动手能力要求比较高，并且还要学会与自己上课学的理论知识紧密的联系在一起。现在大多数高校的实验教学基本上是一个模式，老师上课前先讲实验的基本内容，然后老师演示一遍，学生照着老师的演示做一遍得出相同的结果，实验课就这样结束。这样，学生根本就学不到实验的基本技能，而且会导致他们的动手能力和思考能力的下降，不利于激发学生地创新性思维。

虚拟技术的出现，改变了传统仪器单一的现状。LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的又有显著区别：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G语言编写程序，产生的程序是框图的形式。在编程过程中用图标代替文本行创建应用程序，而且还拥有丰富的函数库和工具包，使用非常方便，可以采用自上而下的理念开发相应的模块[1]。

LabVIEW软件开发的程序一般都由VI（虚拟仪器）组成，所有的VI（虚拟仪器）包括前面板和程序框图两部分。前面板是和用户交互的界面，程序框图是设计者设计流程。用户可以通过前面板输入数据，按照编写的程序以数据流方式进行计算，最后将结果反馈到显示控件上，用户直观的得到结果[2]。 2 虚拟实验平台的思路和基本框架

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本实验平台包括《电路分析基础》课程中常见的电路实验，比如RLC串联谐振电路、二阶电路的零输入响应、支路电流法、节点分析法、一阶低通电路的频率响应。每个实验都是根据电路分析实验指导书上的实验原理、教学目标、实验内容和步骤设计。然后通过LabVIEW软件编程、设计人机交互界面达到更好的效果。虚拟实验平台的基本框架如图1所示，本文以支路电流法来阐述怎样利用LabVIEW实现实验设计过程。

用支路电流法可以验证基尔霍夫电流定律，基尔霍夫电流定律的基本内容是：对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流出（或流入）该节点的所有支路电流的代数和为零。所以可以根据基尔霍夫电流定律的基本内容来设计支路电流法实验。利用LabVIEW图形化编程的特点，在前面板上放置8个数值型输入控件，设置好相应的单位，分别代表电阻、电压，且数值均可以调整。然后在前面板放置5个显示控件，用来显示5条支路上的电流。通过修饰控件，可以在前面板建立电路图，如图2所示。

使用MathCript节点生成线性方程组的系数和已知向量[3]，就可以求解方程组。利用选项卡控件可以添加实验目的和实验步骤，通过程序的调试和几次实验验证，实验结果可靠准确，支路电流法实验设计完毕。

将设计的5个实验添加到一个容器中，LabVIEW里面的函数就可以调用VI（虚拟仪器）。生成的菜单如图3所示。 3 结语

随着虚拟仪器技术的发展，传统仪器设备寿命周期短以及不利于资源共享的缺点愈来愈凸显。结合我校实际，本文设计了我校电子电路虚拟实验平台，经过不断的调试已成功用于实际实验中，且实验效果较好。后续我们将继续完善该虚拟实验平台并在适当范围内进行推广，以期获得更好的教学改革效果。 【参考文献】

[1]吴俊.基于LabVIEW的虚拟实验室研究[D].南昌：南昌大学，2012. [2]李静.LabVIEW2013完全自学手册[M].北京：化学工业出版社，2015.

[3]司慧玲.基于LabVIEW的虚拟电工与电子实验的设计[D].南京：南京理工大学，2012. [责任编辑：朱丽娜]