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作者：陈福彬北京信息科技大学电子信息与控制实验教学中心课程内容概述课程内容篇章入门篇·课程预备指南·实验一虚拟仪器的设计使用（1）·实验二虚拟仪器的设计使用（2）实验篇·实验三交流电路频率特性的测定·实验四二阶电路暂态过程的研究·实验五基本放大电路·实验六负反馈在放大电路中的应用·实验七基本运算电路·实验八RC正弦波振荡电路·实验九555定时器高级篇·主要引导学生使用LabVIEW、RIGOL仪器及PNP驱动开发更多实用或更复杂的自动化测试程序，系统集成方案。说明掌握虚拟仪器的一些基本概念，和虚拟仪器的设计使用。基于RIGOL测试测量仪器（信号源、示波器、直流电源、万用表），使用LabVIEW编程控制仪器完成基础电子电路实验。课程预备指南作者：陈福彬北京信息科技大学电子信息与控制实验教学中心课程背景电子电路实验是电子信息类工程专业包括一些非电类专业（如计算机、机械等）的基础实验课，是电子工程师素质培训的重要基础环节，它关系到学生工程意识的建立、工作作风的养成、工程技术及基本技能的掌握。传统的电子电路实验主要是测试和验证性实验，每个实验都详尽地列出实验原理、要求、步骤等，实验教材采用示范性编写方式，实验内容单一，形式固定，通过这些实验可以加深对电路原理和逻辑器件的认识和理解，但是学生习惯按部就班，依葫芦画瓢，这样大大地限制了他们的主动性、探索性、创造性的发挥。随着教学改革的深入，全国各高校对电子电路实验课在教学体系与内容、教学方法方面进行不断创新。北京信息科技大学率先与目前国内测试测量仪器的领军企业RIGOL（北京普源精电科技有限公司）及全球虚拟仪器技术的领导者NI（美国国家仪器有限公司）联合开发了这门课程《电子电路虚拟仪器实验》。该课程并非要取代传统仪器实验，而是对传统仪器实验的“补充”和“增强”。旨在建立一种新型的实验教学模式，提高学生的主动性、探索性、创造性能力。课程背景从《电子电路实验》到《电子电路虚拟仪器实验》，需要了解什么是“虚拟仪器”以及由此引申出来的一些概念，主要包括：虚拟仪器测试总线自动化测试LabVIEWVI仪器驱动VISAUSB-TMC基本概念介绍1.什么是虚拟仪器、测试总线、自动化测试?2.什么是LabVIEW？什么是VI？3.什么是仪器驱动、VISA、USBTMC？每一个虚拟仪器系统都由两部分组成——硬件和软件。其中硬件可以是模块化的部件，也可以是传统的分立式仪器。软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。使用正确的软件工具并通过调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。NI公司提供的行业标准的图形化编程软件——NILabVIEW。什么是虚拟仪器、测试总线、自动化测试虚拟仪器的概念1986年由NI公司提出，它是基于通用硬件平台，充分利用软件定义的仪器。利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。模块化仪器/分立式仪器通用计算机操作系统仪器驱动器（仪器控制）仪器功能虚拟面板软件界面硬件扩展虚拟仪器的构成通用接口总线（GPIB，IEEE488）的出现标志着“自动化测试”概念的诞生，它作为一种连接仪器和计算机的标准方式，帮助工程师们将原始数据传输到计算机处理器、执行分析功能并显示结果。可以说，相对于传统仪器的封闭，这种“打开测量系统、允许用于自定义分析算法并配置数据的现实方式”的概念就是“虚拟仪器技术”。什么是虚拟仪器、测试总线、自动化测试Serial(1960’s)VXI1986PXI1997PC-DAQ(PCI,USB,…)高性能高可靠性标准化高性能低成本基于工业计算机扩展（标准工业测控总线）基于商用计算机构建GPIB(1960’s)LXI2004当计算机技术进入测试与测量领域，为了简化测试系统结构，引入总线技术，并将总线技术应用于自动测试系统，使总线与测试系统融为一体，总线本身也成为测试系统的主要组成部分。采用总线结构便于仪器和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则更容易使不同设备间实现互连，而测试总线技术日新月异的发展，直接影响着自动测试系统技术的发展水平。虚拟仪器可与传统仪器完全兼容，无一例外。虚拟仪器软件通常提供了与常用普通仪器总线（如GPIB、串行总线和以太网）相连接的函数库。除了提供库之外，200多家仪器厂商也为NI仪器驱动库提供了4000余种仪器驱动。仪器驱动提供了一套高层且可读的函数以及仪器接口。每一个仪器驱动都专为仪器某一特定的模型而设计，从而为它独特的性能提供接口。什么是虚拟仪器、测试总线、自动化测试市场上的各种仪器厂商都使用各自的命令集来控制各自的产品。例如，RIGOL仪器提供标准SCPI命令集，以实现仪器的可编程控制。SCPI（StandardCommandsforProgrammableInstruments）可编程仪器的标准命令是一种基于ASCII的仪器命令语言，供测试和测量仪器使用。什么是虚拟仪器、测试总线、自动化测试LabVIEW是NI公司提供的行业标准的图形化编程语言/软件（有时亦称G语言），是常用的虚拟仪器系统开发语言中的一种。此外还有标准C，C++,C#,VB.net等。一般的模块化仪器或分立台式仪器通常会提供满足这几种语言调用需求的驱动程序，或至少会提供LabVIEW及C语言下的驱动。这样，虚拟仪器系统的开发人员就可以选择自己习惯的编程语言开发自定义的系统。VI(VirtualInstruments)是LabVIEW程序文件的基本单位。由三部分组成：前面板、程序框图(后面板)、图标/连线板什么是LabVIEW？什么是VI？前面板•相当于界面–每个VI都有前面板•输入控件–Control,相当于输入•显示控件–Indicator,相当于输出•控件选板什么是LabVIEW？什么是VI？程序框图•图形化的程序代码–决定程序运行行为•可能包含元素–终端–子VI–函数–常数–结构–连线什么是LabVIEW？什么是VI？程序框图中的连线•通过颜色、类型、粗细来表示不同的数据类型•不同数据类型之间的连线会产生错误–Ctrl+B可清楚所有错误连线–LabVIEW8.6之后具有整理连线功能Scalar1DArray2DArrayDBLNumericIntegerNumericString什么是LabVIEW？什么是VI？前面板和程序框图的工具栏•LabVIEW程序的基本调试–查看编译错误–单步执行–布置探针–设置断点什么是LabVIEW？什么是VI？工具选板•一般LabVIEW会自动选择当前工具–连线、拖拽、文字„•利用工具选板可以强制选择工具–着色、设置断点„什么是LabVIEW？什么是VI？每种可编程测试测量仪器都有一组自身的命令。通常，与该仪器相配套的程序员手册中记录了这些命令，然后我们再从中寻找所需的命令。有些命令如识别命令（*IDN?）对大多仪器来说都是一样的。但是对于多数仪器来说，不同的仪器模型的命令和参数都是不同的。仪器驱动抽象化每种仪器的底层命令，并为所有仪器提供了一个相似的API，从而来简化寻找所需命令的过程。通过这种仪器驱动，你可以将精力集中于开发应用程序中，而无需将大量时间花在寻找正确命令、规范命令语言、解析返回数据上。什么是仪器驱动、VISA、USBTMC？LabVIEW支持不同的仪器驱动技术。了解各种流行驱动类型之间的差异，可以帮助你针对具体应用做出最佳的选择。LabVIEW的即插即用（PlugandPlay）驱动以及IVI驱动都为不同仪器的编程提供了相似的API。这两者都基于VISA构架，支持总线独立。什么是仪器驱动、VISA、USBTMC？PNP驱动：LabVIEW即插即用仪器驱动具有一个标准的直接编程模型，使之相对于其它类型的仪器驱动来说，更加易于使用和修改。这些驱动全部在LabVIEW中开发，并且遵从同一组编程指南，从而保证了各个驱动之间的一致性和质量。NI每年都为流行的仪器开发数百种LabVIEW即插即用驱动，并且根据开发指南，为其它公司开发的驱动提供认证。所有LabVIEW即插即用仪器驱动都是开源的，并包含了一些使用范例。这样，你可以从这些代码开始新项目的设计。什么是仪器驱动、VISA、USBTMC？IVI驱动：对于一些更复杂的测试应用程序，如要求具备可替换性、状态缓冲或者仪器仿真等，IVI驱动具有更高的性能与灵活性。为了实现可替换性，IVIFoundation为下述仪器类别定义了详细规范：数字万用表、示波器、任意波形/函数发生器、直流电源、开关、功率表、波谱分析仪以及射频信号发生器。如果采用与IVI相容的通用仪器驱动来创建应用程序，则无需对应用程序做任何修改，就可以在不同型号的硬件甚至不同的设备供应商之间切换。由于IVI驱动的复杂程度较高，所以它们的安装与配置比LabVIEW即插即用驱动要麻烦。IVI驱动不是在LabVIEW中开发的，因此如果需要对它们进行修改，则应当了解基于文本编程的相关知识。什么是仪器驱动、VISA、USBTMC？如何寻找和安装合适的仪器驱动呢？LabVIEW中的仪器驱动寻找器（InstrumentDriverFinder）是寻找、下载、使用合适的仪器驱动的最简单的方法。LabVIEW检测相连的仪器，并在仪器驱动网络中搜寻与仪器的型号相匹配的LabVIEW即插即用驱动。仪器驱动寻找器还可以下载安装驱动，在几秒中内，您就可以使用该驱动。要使用仪器驱动寻找器，启动LabVIEW并选择Tools（工具）»Instrumentation（仪器）»FindInstrumentDrivers（查找仪器驱动）。不同版本的LabVIEW，也可能是选择Help（帮助）»“FindInstrumentDrivers”（查找仪器驱动）。什么是仪器驱动、VISA、USBTMC？例如，以下是目前可以搜索到RIGOL仪器PNP驱动，这些仪器也是本实验课程将要使用的设备。仪器驱动寻找器在ni.com/idnet上搜寻仪器驱动网络，来寻找支持的仪器驱动。IDNet是行业中最大的仪器驱动收集网站，涵盖了来自数百个供应商的数千种型号的仪器。另外，IDNet中还提供了关于如何使用并创建仪器驱动的有用文档。什么是仪器驱动、VISA、USBTMC？VISA(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture)是一个用来与各种仪器总线进行通讯的高级应用编程接口（API）。它不受平台、总线和环境的限制。换言之，与GPIB设备进行通讯的程序，无论是在运行Windows2000的机器上用LabVIEW开发出来的，还是在运行MacOSX的机器上用C语言编写的，都可以使用同一个API。通用串行总线（USB）是一个基于信息的通讯总线。这表示PC机与USB设备通过发送指令和数据进行通讯，而这些指令和数据是通过总线以文本或二进制数据的形式发送的。每个USB设备都有各自的指令集。您可以使用NI-VISA的读写功能向仪器发送这些指令，并读取仪器的反馈。可向仪器制造商索要仪器的有效指令清单。什么是仪器驱动、VISA、USBTMC？NI-VISA从3.0版开始支持USB通讯，它有两种VISA类函数(ResourceClass)，可以控制两类USB设备：USBINSTR设备与USBRAW设备。符合USB测试和测量类(USBTMC)协议的USB设备可以通过使用USBINSTR类函数控制。USBTMC设备符合VISAUSBINSTR类函数能够理解的协议。与USBTMC设备进行通讯不需要进行配置。RIGOL所有测试测量仪器都是标准USBTMC设备，可以使用NI-VISA通过USB等仪器总线实现仪器与PC的通信，以进行编程控制仪器，自动获取测量结果并进一步分析等。什么是仪器驱动、VISA、USBTMC？实验一虚拟仪器的设计使用（1）作者：陈福彬北京信息科技大学电子信息与控制实验教学中心通过设计使用虚拟仪器信号发生器FGEN，示波器SCOPE，了解和掌握虚拟仪器的使用和设计方法，以及进行电路的测量。（1）计算机，LabVIEW软件（2）数字示波器DS1152E-EDU、函数/任意波形发生器DG1