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1 引言 目前，NI公司推出的虛擬儀器技術(shù)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室套件(ELVIS)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)USB連接，提供了方便的即插即用功能。ELVIS與NI LabVIEW，NI SignalExpress，Electronics Workbe-nch Multisim和MultiMCU軟件的緊密集成，為教師在多個(gè)領(lǐng)域中開展科學(xué)和工程教學(xué)提供了優(yōu)良的平臺(tái)。 2 ELVIS平臺(tái)簡(jiǎn)介 帶USB接口的NI ELVIS是基于LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境，集成了理論／仿真與低成本、動(dòng)手上機(jī)的設(shè)計(jì)／原型平臺(tái)構(gòu)成。圖1給出帶USB接口的NI ELVIS平臺(tái)。主要包含三部分。 (1)USB數(shù)據(jù)采集卡 NI ELVIS全新的USB即插即用連接性簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)室的搭建和維護(hù)。使用者利用個(gè)人電腦即可對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行測(cè)試和原型設(shè)計(jì)，并通過USB M系列數(shù)據(jù)采集設(shè)備來完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。 (2)工作臺(tái)和面包板 用戶可自定義工作臺(tái)，其控制面板有示波器、數(shù)字萬用表、可變電源等基本儀器，通過連接器可將其顯示在ELVIS軟面板。原型實(shí)驗(yàn)面包板與工作臺(tái)相連，可在此上搭建電子電路，允許實(shí)驗(yàn)中連接輸入輸出信號(hào)，特別適合教學(xué)實(shí)驗(yàn)和電路設(shè)計(jì)及測(cè)試。在原型面包板上給出了ELVIS所有的信號(hào)終端，它們分列在電路面包板兩旁，并通過電纜連接至USB數(shù)據(jù)采集卡。 (3)安裝在計(jì)算機(jī)上的軟面板儀器 計(jì)算機(jī)平臺(tái)安裝有虛擬儀器軟件開發(fā)丁具LabVIEW，ELVIS加載了在LabVIEW中創(chuàng)建的儀器及儀器的源代碼。每一種儀器都配備有用于點(diǎn)擊式配置的Express VI，可通過修改LabVIEW代碼修改功能。這些軟面板儀器都是實(shí)驗(yàn)中典型的和必需的通用電子儀器及虛擬儀器，主要包括示波器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字萬用表、任意的波形發(fā)生器等。 3 ELVIS平臺(tái)在高校教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用 最新的NI ELVISⅡ(簡(jiǎn)稱ELVISⅡ)教學(xué)設(shè)計(jì)和建模平臺(tái)是基于LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件．用于電路設(shè)計(jì)概念、儀器、控制、電信和MCU等的理論和實(shí)踐教學(xué)，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)有相當(dāng)?shù)膭?chuàng)新性。 3．1 電子教學(xué)應(yīng)用 ELVIS是電子教學(xué)平臺(tái)的重要組件，它包含有Multisim及LabVIEW，可利用理論聯(lián)系實(shí)踐的方式輔助《電路設(shè)計(jì)》等概念課程的教學(xué)。師生可通過Multisim軟件對(duì)電路設(shè)計(jì)的理論概念進(jìn)行仿真，采用ELVIS對(duì)真實(shí)電路建模，最后通過LabVIEW及IJabVIEW Signal Express來比較仿真與測(cè)量結(jié)果。依據(jù)圖1可構(gòu)建電子教學(xué)平臺(tái)。圖中的計(jì)算機(jī)使用臺(tái)式機(jī)或筆記本均可。 3．2 遠(yuǎn)程教育應(yīng)用 ELVIS及LabVIEW已成功地用于遠(yuǎn)程教育平臺(tái)的設(shè)立。LabVIEW中的遠(yuǎn)程面板能讓教育者在線生成虛擬儀器，并通過因特網(wǎng)提供給世界各地的學(xué)生，使其輕松地在遠(yuǎn)程教學(xué)中獲取概念，演示試驗(yàn)。圖2給出遠(yuǎn)程教學(xué)示意圖。 3．3 集成儀器應(yīng)用 圖3給出NI ELVIS的12款最常用儀器組合。該集成儀器具有功能強(qiáng)大的儀器庫(kù)，能為實(shí)驗(yàn)室節(jié)省空間和降低成本。此外，ELVIS儀器均由LabVIEW設(shè)計(jì)，教學(xué)時(shí)可快速地重新定義器件，以滿足各種特殊需要。 3．4 控制設(shè)計(jì)概念的教學(xué)應(yīng)用 Quanser是學(xué)術(shù)界控制設(shè)計(jì)培訓(xùn)系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者，ELVIS特有由Quanser創(chuàng)建的插件板，能夠用于控制設(shè)計(jì)概念的教學(xué)。Quanser為ELVIS提供了QNET直流馬達(dá)、QNET溫度訓(xùn)練系統(tǒng)及QNET倒立擺等最新的插件板。有了這些虛擬儀器和課程，教師就能采用ELVIS及Ouanser進(jìn)行控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)教學(xué)，可以通過真實(shí)的試驗(yàn)來教授諸如PID、根軌跡等控制概念。 3．5 電信概念的教學(xué)應(yīng)用 Emona Instruments公司的DATEx電信訓(xùn)練儀是一款ELVIS插件模塊。在DATEx中，學(xué)生可以用跳線連接電路功能模塊，從而創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)硬件。DATEx軟件包括超過20種用于實(shí)現(xiàn)基本電路功能的電路模塊，可以與ELVIS I／0連接。學(xué)生還可在LabVIEW及ELVIS平臺(tái)上輸出信號(hào)和測(cè)量結(jié)果，從而了解電路系統(tǒng)特征。DATEx套裝包含預(yù)制教程，讓學(xué)生通過親手實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)模擬、數(shù)字通信概念．包括AM，F(xiàn)M，DSB，SSB，PAM，PCM，TDM，ASK，F(xiàn)SK，QPSK，QAM及噪聲生成等。 3．6 MCU／嵌入式教學(xué)應(yīng)用 教師能夠利用ELVIS內(nèi)的Freescale MCU插件板來進(jìn)行MCU系統(tǒng)設(shè)計(jì)及測(cè)試教學(xué)。插件板包括HCS08系列MCU，HCSl2／HCSl2x／DSP，Coldfire處理器及RF收發(fā)器等。套件還包括Freescale Codewarrior軟件，用于MCU編程。由于插件板適用于ELVIS，教師可通過12款集成儀器測(cè)試諸如工作電壓等參數(shù)，并測(cè)量各個(gè)變量，從而體驗(yàn)行業(yè)中完整的設(shè)計(jì)、建模及部署流程。 4 ELVIS平臺(tái)在高校教學(xué)中的應(yīng)用前景 由于ELVIS是一個(gè)基于LabVIEW的設(shè)備，它能提供完整的數(shù)據(jù)采集與原型設(shè)計(jì)功能。因此無論是基礎(chǔ)教育課程，還是專業(yè)性強(qiáng)的高級(jí)課程，都能成為將虛擬儀器融于高校教育中的理想選擇，不僅可以幫助學(xué)生輕松地自制電路與接口，而且因?yàn)槭褂昧丝刹鹦兜脑蛯?shí)驗(yàn)面板，可讓學(xué)生根據(jù)需要設(shè)計(jì)自己的檢測(cè)系統(tǒng)、電子電路、信號(hào)調(diào)理及小型的電子機(jī)械設(shè)備控制等。 由于ELVIS平臺(tái)集合了12種不同的集成儀器，所以在降低實(shí)驗(yàn)室設(shè)備成本的同時(shí)，還可幫助學(xué)生在上機(jī)操作過程中鞏固理論知識(shí)，不僅能完成絕大多數(shù)弱電方面的實(shí)驗(yàn)，在強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)的弱電方面也能起到一定的作用。在ELVIS平臺(tái)上完成實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生全面了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，而且可根據(jù)學(xué)生的興趣創(chuàng)造性地添加更多新的功能，靈活應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)。目前，NI公司提供的套件包括測(cè)量、電路、MCU概念等。高校教師可根據(jù)課程要求，選擇最適合的套件，實(shí) 現(xiàn)對(duì)ELVIS的定制。由此可見，ELVIS平臺(tái)以其強(qiáng)大的功能必將廣泛用于高校的教學(xué)領(lǐng)域。 |
