虚拟仪器设计及其在教学中的应用

　　虚拟仪器(Virtual Instrument,VI)是突破传统仪器概念的最新一代测量仪器，是仪器技术与计算机技术深层次结合的产物，他的出现是仪器领域一次重大革命。

　　当代大学教育强调的是素质教育，而现阶段大学生中重“理论”轻“实践”，重“书本”轻“动手”，重视单一专业学习而缺乏软硬件结合学习等问题依然存在。解决这些问题需要各个方面的努力，但其中重要的一点是由于很多学校开设的课程题材陈旧，无法满足广大学生对新技术的理解和掌握。而虚拟仪器由于具备领先性、开放性和灵活性等特点，学生通过对他的学习可以同时掌握硬件和软件的大量知识，并培养他们的动手能力。开设一门虚拟仪器的教学课程对大学的学科建设和学生素质的培养都是大有裨益的。

　　1虚拟仪器教学的构成要素

　　1.1虚拟仪器教学平台

　　这个平台是虚拟仪器和实验室的总称。

　　虚拟仪器由仪器硬件和应用软件两大部分构成。

　　仪器硬件包括计算机(PC或者工作站)和I/O接口设备(用来对被测输入信号进行采集、放 大、A/D转换)，其组成如图1所示。

　　PC-DAQ: 利用PC总线技术的数据采集卡。

　　GPIB(General Purpose Interface Bus)：综合接口总线技术。

　　VXI(VMEbus Extension for Instrumentation)：VME总线技术在仪器领域的扩展。

　　由图1可以看出计算机是硬件平台的核心，建议使用主流配置的计算机，保证其性能的稳定 性。 I/O接口设备建议使用利用PC总线的数据采集板卡(DAQ)。由数据采集板、信号调理电路及计算机构成的PCDAQ系统是构成VI的最基本方式，由于其成本低廉，也是开展虚拟仪器教学的首选。

　　开发虚拟仪器需要有合适的软件工具，目前的虚拟仪器开发工具有两类，文本式编程语言(如Visual C++,LabWindows/CVI等)和图形化编程语言(如LabVIEW,HPVEE等)，考虑到大学普遍开设了C语言的基础课，开发工具可使用LabWindows/CVI,一方面学生在C语言的基础上更容易掌握虚拟仪器的软件理念，另一方面，学生随着实践应用，C语言水平也会获得提升。

　　1.2教师队伍及教材

　　教师队伍的成立应选择那些从事过测试系统研究、熟悉虚拟仪器工作流程、对新技术新知识有探索精神的教师，人数一般为3~5人，一方面可以在课程安排上使人员调配更加充分;另 一方面这3~5人可成立虚拟仪器研究小组，利用优良的工作环境进行不断深入的研究，开发出更多更高级的实验来充实和丰富大学的教研工作。

　　一门好的课程，必须有一种好的教材，既有利于教师进行备课和实验的开展，又有利于学生更好地接受这门新课程，取得预期的教学效果。推荐使用电子工业出版社出版，刘君华主编的《基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计》一书，该书详尽地介绍了利用LabWindows/CVI语言进行多种信号的分析与处理并提供了各层次的虚拟仪器设计的示例，是市面上同类书籍的代表之作。