_基于LabVIEW的通信原理虚拟实验室设计.doc

目 录

引言 ..................................................................................................................................1

第 1 章 绪论.....................................................................................................................3

1.1 虚拟仪器的基本概念.........................................................................................3

1.2 虚拟仪器的构成.................................................................................................4

1.3 虚拟仪器的特点.................................................................................................4

第 2 章 虚拟实验室基本系统概述.................................................................................6

2.1 研究虚拟实验室的意义.....................................................................................6

2.1.1 传统实验室的弊端...................................................................................6

3.1.2 虚拟数字示波器模块.............................................................................19

3.1.3 虚拟频谱分析仪模块.............................................................................21

3.1.4 虚拟数字滤波器模块.............................................................................22

3.2 虚拟实验室的实验列举...................................................................................25

3.2.1 信号的调制与解调实验.........................................................................25

3.2.2 信号的合成与分解实验.........................................................................27

3.2.3 系统频率响应特性的实现.....................................................................28

第 4 章 总结和展望.......................................................................................................31

4.1 总结...................................................................................................................31

4.2 展望...................................................................................................................32

引言

Instruments) 的 概 念 。 LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering

Workbench 的缩写。它是 NI 公司研制的图形化编程软件，是目前最为成功、应

用最为广泛的虚拟仪器软件开发环境。应用虚拟仪器技术，使我们能够在计算机

上按照自己的需求来设计仪器，方便灵活而且开发周期短。它不仅降低了仪器成

本，更提高了工作效率。在最近几年里,快速可靠的计算机通信网络获得了惊人的

发展，局域网或广域网上的计算机可以进行信息和命令交换，这样网络服务拓展

了虚拟仪器的使用范围，给虚拟仪器技术注入了强大的活力，进一步增强了数字

化仪器的优势，从而成功地进入了网络化虚拟仪器阶段。LabVIEW 具有非常强大

的网络功能，其内置 Web Server，可以进行网页发布，使客户端仅用 Web 浏览器

便可以进行实验。通过将网络技术与虚拟仪器技术相结合，远程虚拟实验室为远

频谱分析仪、失真度仪、频率计。特别是频谱分析仪作为频域分析仪器在教学实

验中有着非常重要的作用，但因频谱分析仪价格的昂贵，至今没有配备。与传统

仪器相比，虚拟仪器除了在性能、易用性、用户可定制性等方面具有更多优点外，

在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。此外，传统的通信原理实验主

要通过硬件电路实现各功能模块，由信号发生器产生信号，用示波器观察各点波

形。由于实验条件的限制，往往得不到丰富实验结果，而且学生面对复杂的电路

板难以从系统的观点去分析各点波形关系。设计出一套与传统实验相配合的虚拟

实验软件，采用软件模拟的方法，通过灵活调节各个实验参数，灵活控制实验进

程,便可很好的弥补传统通信原理实验的不足。因此，将虚拟仪器技术引入到教学

实验中就成为行之有效的解决方案。

仪器设备的远程、分布式控制,在教育、科研等领域中具有广阔的发展空间和应用

前景,是实验教学的一个新的发展方向。

第1章 绪论

电子信息类的专业课程有两大特点，一是比较抽象，如信号与系统、数字信

号处理、高频电子电路、通信原理、模拟和数字电子技术等课程，需要通过实验

环节来帮助学生理解；有的则必须通过学生的实践才能掌握，网络技术、软件编

程等课程，实验环节在电子信息实验教学中占有非常重要的地位，是提高学生动

手能力、培养创造能力和综合素质的一个有效的手段。很多学科都是以实验课程

为基础的，缺少了实验的支持，学科的教学和科研活动就无法进行。学生只有通

过足够的验证型实验和一定数量的综合设计型实验才能加深理解和掌握所学的理

手能力和创新意识的目标。目前国内高校电子信息类实验大多采用各门课程的实

验箱和传统仪器搭建起来的实验平台，传统仪器和实验箱是功能固定且单一，通

常只能作一些演示性和验证性实验，无法实现功能扩展和资源共享。电子信息类

教学实验常用仪器仪表为：函数发生器、示波器、万用表及各种专用实验设备等。

1.1 虚拟仪器的基本概念

虚拟仪器(Virtual Instrument，简称 VI)是在以计算机为核心的硬件平台上，通

过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融为一体，利用计算机强大的软件功

能实现信号数据的运算、分析、处理，从而完成各种测试功能的仪器系统。计算

机在虚拟仪器中处于核心地位，计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成了一

个有机整体，仪器的结构概念和设计观点等都发生了突破性的变化。从构成上来

分析引入到电子测量领域，用数字化和软件技术极大地提高了测试的灵活性和可

扩充性。

件所代替。用户可以根掘自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应

用要求。利用计算机丰富的软、硬件资源，可以人大突破传统仪器在数掘的处理、

表达、传递、储存等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。虚拟仪器可广

泛应用于电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊

断及教学科研等诸多领域。

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1.3 虚拟仪器的特点

虚拟仪器利用计算机强大的图形环境功能，建立界面友好的虚拟仪器面板(即

软面板)，用户通过鼠标和键盘操作虚拟仪器就像操作传统的电子测量仪器一样。

完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成。与传统仪器相比，

高了系统使用的灵活性，可以满足综合性的要求。

2、强调“软件就是仪器”的新概念，软件在仪器中代替由硬件甚至整机实现

的角色。由于减少了许多随时间可能漂移、需要定期校准的分立式模拟硬件，加

上标准化总线的使用，使系统的测量精度，测量速度和可重复性都大大提高。

3、仪器由用户自己定义，系统的功能、规模等均可通过软件修改、增减，强

调在通用计算机平台的基础上，通过软件和软面板，把由厂家定义的传统仪器转