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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)驗室套件(ELVIS)已經(jīng)實(shí)現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(kāi)展科學(xué)和工程教學(xué)提供了優(yōu)良的平臺。 2 ELVIS平臺簡(jiǎn)介 帶USB接口的NI ELVIS是基于LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，集成了理論／仿真與低成本、動(dòng)手上機的設計／原型平臺構成。圖1給出帶USB接口的NI ELVIS平臺。主要包含三部分。 (1)USB數據采集卡 NI ELVIS全新的USB即插即用連接性簡(jiǎn)化了實(shí)驗室的搭建和維護。使用者利用個(gè)人電腦即可對其應用進(jìn)行測試和原型設計，并通過(guò)USB M系列數據采集設備來(lái)完成數據采集任務(wù)。 (2)工作臺和面包板 用戶(hù)可自定義工作臺，其控制面板有示波器、數字萬(wàn)用表、可變電源等基本儀器，通過(guò)連接器可將其顯示在ELVIS軟面板。原型實(shí)驗面包板與工作臺相連，可在此上搭建電子電路，允許實(shí)驗中連接輸入輸出信號，特別適合教學(xué)實(shí)驗和電路設計及測試。在原型面包板上給出了ELVIS所有的信號終端，它們分列在電路面包板兩旁，并通過(guò)電纜連接至USB數據采集卡。 (3)安裝在計算機上的軟面板儀器 計算機平臺安裝有虛擬儀器軟件開(kāi)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(guò)修改LabVIEW代碼修改功能。這些軟面板儀器都是實(shí)驗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、函數發(fā)生器、數字萬(wàn)用表、任意的波形發(fā)生器等。 3 ELVIS平臺在高校教學(xué)中的創(chuàng )新應用 最新的NI ELVISⅡ(簡(jiǎn)稱(chēng)ELVISⅡ)教學(xué)設計和建模平臺是基于LabVIEW圖形化系統設計軟件．用于電路設計概念、儀器、控制、電信和MCU等的理論和實(shí)踐教學(xué)，對傳統教學(xué)有相當的創(chuàng )新性。 3．1 電子教學(xué)應用 ELVIS是電子教學(xué)平臺的重要組件，它包含有Multisim及LabVIEW，可利用理論聯(lián)系實(shí)踐的方式輔助《電路設計》等概念課程的教學(xué)。師生可通過(guò)Multisim軟件對電路設計的理論概念進(jìn)行仿真，采用ELVIS對真實(shí)電路建模，最后通過(guò)LabVIEW及IJabVIEW Signal Express來(lái)比較仿真與測量結果。依據圖1可構建電子教學(xué)平臺。圖中的計算機使用臺式機或筆記本均可。 3．2 遠程教育應用 ELVIS及LabVIEW已成功地用于遠程教育平臺的設立。LabVIEW中的遠程面板能讓教育者在線(xiàn)生成虛擬儀器，并通過(guò)因特網(wǎng)提供給世界各地的學(xué)生，使其輕松地在遠程教學(xué)中獲取概念，演示試驗。圖2給出遠程教學(xué)示意圖。 3．3 集成儀器應用 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大的儀器庫，能為實(shí)驗室節省空間和降低成本。此外，ELVIS儀器均由LabVIEW設計，教學(xué)時(shí)可快速地重新定義器件，以滿(mǎn)足各種特殊需要。 3．4 控制設計概念的教學(xué)應用 Quanser是學(xué)術(shù)界控制設計培訓系統的領(lǐng)導者，ELVIS特有由Quanser創(chuàng )建的插件板，能夠用于控制設計概念的教學(xué)。Quanser為ELVIS提供了QNET直流馬達、QNET溫度訓練系統及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)行控制設計的基礎教學(xué)，可以通過(guò)真實(shí)的試驗來(lái)教授諸如PID、根軌跡等控制概念。 3．5 電信概念的教學(xué)應用 Emona Instruments公司的DATEx電信訓練儀是一款ELVIS插件模塊。在DATEx中，學(xué)生可以用跳線(xiàn)連接電路功能模塊，從而創(chuàng )建現實(shí)的通信系統硬件。DATEx軟件包括超過(guò)20種用于實(shí)現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平臺上輸出信號和測量結果，從而了解電路系統特征。DATEx套裝包含預制教程，讓學(xué)生通過(guò)親手實(shí)踐的方式學(xué)習模擬、數字通信概念．包括AM，FM，DSB，SSB，PAM，PCM，TDM，ASK，FSK，QPSK，QAM及噪聲生成等。 3．6 MCU／嵌入式教學(xué)應用 教師能夠利用ELVIS內的Freescale MCU插件板來(lái)進(jìn)行MCU系統設計及測試教學(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(guò)12款集成儀器測試諸如工作電壓等參數，并測量各個(gè)變量，從而體驗行業(yè)中完整的設計、建模及部署流程。 4 ELVIS平臺在高校教學(xué)中的應用前景 由于ELVIS是一個(gè)基于LabVIEW的設備，它能提供完整的數據采集與原型設計功能。因此無(wú)論是基礎教育課程，還是專(zhuān)業(yè)性強的高級課程，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，而且因為使用了可拆卸的原型實(shí)驗面板，可讓學(xué)生根據需要設計自己的檢測系統、電子電路、信號調理及小型的電子機械設備控制等。 由于ELVIS平臺集合了12種不同的集成儀器，所以在降低實(shí)驗室設備成本的同時(shí)，還可幫助學(xué)生在上機操作過(guò)程中鞏固理論知識，不僅能完成絕大多數弱電方面的實(shí)驗，在強電實(shí)驗的弱電方面也能起到一定的作用。在ELVIS平臺上完成實(shí)驗，能使學(xué)生全面了解整個(gè)實(shí)驗過(guò)程，而且可根據學(xué)生的興趣創(chuàng )造性地添加更多新的功能，靈活應用所學(xué)的知識。目前，NI公司提供的套件包括測量、電路、MCU概念等。高校教師可根據課程要求，選擇最適合的套件，實(shí) 現對ELVIS的定制。由此可見(jiàn)，ELVIS平臺以其強大的功能必將廣泛用于高校的教學(xué)領(lǐng)域。 |
