《虛擬儀器綜合實驗》課程教學(xué)大綱

1、虛擬儀器綜合實驗Comprehensive Experiment of Virtual Instrument一、課程基本情況 教學(xué)周數(shù)：2 周學(xué)分：2開課學(xué)期：第6學(xué)期課程性質(zhì)：專業(yè)選修先修課程：程序設(shè)計基礎(chǔ)（C語言）、微型計算機原理與接口技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、虛擬儀器原理適用專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)教 材：（美）特拉維斯，（美）克林著，喬瑞萍等譯，LabVIEW大學(xué)實用教程（第三版），出版社，電子工業(yè)出版社，2008年開課單位：電子與信息工程 學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù) 系二、學(xué)習(xí)目標(biāo)虛擬儀器技術(shù)是電子科學(xué)與技術(shù)、自動化、測控技術(shù)與儀器、電氣工程及其自動化、探測制導(dǎo)與控制技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程

2、專業(yè)本科生的一門任意選修的專業(yè)課，虛擬儀器技術(shù)綜合運用了計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和軟件工程方法，代表了測量儀器與自動測試系統(tǒng)的發(fā)展方向。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自己動手設(shè)計開發(fā)儀器和組建自動測試系統(tǒng)的能力。三、學(xué)習(xí)基本要求1、理論推導(dǎo)及設(shè)計思路：理論分析及推導(dǎo)，方案設(shè)計，參數(shù)計算；2、程序?qū)崿F(xiàn)：根據(jù)設(shè)計思路熟練運用軟件進行程序編寫，調(diào)試，及功能驗證以達(dá)到設(shè)計要求；3、設(shè)計總結(jié)：設(shè)計總結(jié)中包括設(shè)計要求、設(shè)計方案、算法流程參數(shù)計算以及調(diào)試過程，最后對整個設(shè)計過程進行總結(jié).四、學(xué)習(xí)內(nèi)容及時間安排序號項目名稱所需學(xué)時內(nèi) 容 提 要項目要求實驗類型必開選開實驗一程序結(jié)構(gòu)for 循環(huán)2

3、使用For循環(huán)與移位寄存器實現(xiàn)n!的運算，同時計算n!所運算的時間。前面板數(shù)字控制器可隨意輸入n的值，并能顯示結(jié)果(注:0!=1)。For循環(huán)中重復(fù)時間不少于100ms（即程序每100ms循環(huán)一次）。必開驗證實驗二程序結(jié)構(gòu)計算器2前面板設(shè)有數(shù)字控制器用來輸入兩個數(shù)字，數(shù)字顯示器用來顯示運算結(jié)果。運算方式有加、減、乘、除。必開驗證實驗三程序結(jié)構(gòu)計數(shù)器2利用事件結(jié)構(gòu)統(tǒng)計開關(guān)按鍵的次數(shù)，并在字符串顯示器中顯示（顯示用七段數(shù)碼管顯示）。要求：超出30秒鐘后，顯示：“嗨.30秒鐘內(nèi)，用戶沒有操作！”（標(biāo)志超時事件已經(jīng)結(jié)束）。 當(dāng)用戶點擊停止按鍵后，顯示：“哈哈.計數(shù)停止！”,同時程序停止。選開驗證實驗四

4、數(shù)組 2在波形Graph顯件上用兩種不同顏色顯示一條正弦曲線和一條余弦曲線，每條曲線長度為128個點，其中正弦曲線的x0 =0，x=1；余弦曲線的x0 =2，x=5。并利用屬性節(jié)點通過前面板控件改變每條曲線的顏色。必開綜合實驗五數(shù)組 簇2設(shè)計一個VI，將一個一維數(shù)組（含有正數(shù)和負(fù)數(shù)的混合數(shù)組）分成兩個只含正數(shù)（包含0的數(shù)）和負(fù)數(shù)的一維數(shù)組。并分別計算兩個數(shù)組中各自有多少個元素，同時顯示出各自數(shù)組中最大、最小值。必開綜合實驗六數(shù)組 簇和曲線圖形2創(chuàng)建一個VI,利用隨機數(shù)發(fā)生函數(shù)產(chǎn)生隨機數(shù)，來仿真兩路采樣信號。一路電壓信號的范圍03.3V的采樣信號，每200ms采一個點，共采集50個點，另一路電壓

5、信號的范圍為510V，采樣間隔是50ms，共采集100個點。采樣完成后，將兩路采樣信號實時顯示在同一個Waveform Graph中。X軸為時間軸顯示，要求時間軸能真實的反映采樣時間。選開綜合實驗七基于myDAQ的任意信號發(fā)生器21）產(chǎn)生任意信號波形（至少7種：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、脈沖波、直流和噪聲等），波形可選擇，通過myDAQ將此信號輸出。2）用示波器測量產(chǎn)生的信號，調(diào)節(jié)信號的相關(guān)參數(shù)，觀察示波器的變化。要求：1）通過myDAQ輸出各種控制的波形，同時前面板上顯示各輸出波形。2）頻率、幅值和初相位、直流偏移量、方波的占空比（0100%）等參數(shù)可以通過前面板調(diào)節(jié)。必開驗證實驗八任意

6、信號發(fā)生器2選做:3）任意信號波形可由內(nèi)部或外部產(chǎn)生：通過輸入公式節(jié)點產(chǎn)生不同的波形（編輯公式產(chǎn)生與數(shù)學(xué)函數(shù)相符的波形）；人工繪制各種波形（可考慮心電波形）；由AD采樣實際波形并存儲和回放。4）對波形可添加噪聲信號（Gaussian White Noise Waveform高斯白噪聲、Poisson Noise Waveform泊松噪聲、Inverse f Noise Waveform1/f噪聲、Binomial Noise Waveform二項式噪聲、Gamma Noise Waveform伽馬噪聲、 Periodic Random Noise Waveform周期性隨機噪聲），通過一個“噪

7、聲波選擇”按鈕來實現(xiàn)對噪聲波的選擇。5）通過運算實現(xiàn)幅度衰減（輸出波形幅度范圍：-10+10V；衰減范圍20dB、40dB、60dB）。6）可產(chǎn)生多個信號疊加波形（如實現(xiàn)兩種不同正弦頻率疊加的信號）。7）可產(chǎn)生分時信號的疊加波形（如可實現(xiàn)一段時間的正弦波，一段時間的方波的信號）。8）能夠?qū)崿F(xiàn)TTL電平信號的簡單輸出。9）能夠存儲和讀取波形數(shù)據(jù)，為分析數(shù)據(jù)提供方便。選開創(chuàng)新實驗九波形的采集與存儲- 虛擬數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)計2連續(xù)、定時采集和記錄波形信號；增加必要的信號處理與顯示結(jié)果；可回放記錄數(shù)據(jù)的圖形，回放速度可調(diào)。數(shù)據(jù)來源有兩種：經(jīng)過myDAQ數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)過串行口（現(xiàn)在暫不要求）必開驗證實驗十波形

8、的采集與存儲- 基于虛擬儀器的十字交通信號燈的設(shè)計2完成一個十字路口交通信號燈的VI設(shè)計。模擬十字路口交通信號燈顯示。綠燈通行的時間為30S,黃燈等待通行的時間為5S，紅燈禁止通行的時間為35S。當(dāng)停止鍵按下時循環(huán)停止。主要功能：控制兩個方向車輛的停止和通過。按綠、黃、紅的順序循環(huán)點亮，如南北方向黃燈亮的同時，東西方向的紅燈亮，并有倒計時顯示。（黃燈亮的時候，可考慮黃燈閃爍，閃爍頻率適中）要求：經(jīng)過myDAQ數(shù)據(jù)采集卡輸出。界面友好，易于操作，實現(xiàn)最基本的功能。選開創(chuàng)新實驗十一串口數(shù)據(jù)處理的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計2在串口通訊程序中，經(jīng)常要接收來自串口的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)需要進行驗證、分析處理等，提

9、取所需要的信息。要求：設(shè)計一個串口數(shù)據(jù)處理的VI程序，（串口通訊的數(shù)據(jù)可見20131112.dat文件）， 實現(xiàn)對數(shù)據(jù)文件中的讀取、驗證、分析處理、顯示(數(shù)據(jù)需取絕對值-去除最高位的符號位即可，以十進制數(shù)的形式和曲線形式顯示)、存儲等。利用LabVIEW的強大信號分析處理功能，開發(fā)一套操作簡便的數(shù)據(jù)信息分析系統(tǒng)。必開驗證實驗十二串口數(shù)據(jù)處理的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計- CRC編碼器2掌握CRC校驗碼的編碼過程，試著寫出CRC校驗編碼的LabVIEW程序,將原始數(shù)據(jù)按照既定的生成多項式CRC-CCITT（0 x1021）進行編碼。選開創(chuàng)新實驗十三串口數(shù)據(jù)處理的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計-基于LabVIEW的串口調(diào)

10、試軟件2 設(shè)計一個基于LabVIEW的串口調(diào)試軟件，能通過串口發(fā)送接收數(shù)據(jù)，并能顯示或清除接收的數(shù)據(jù)，繪制或清除接收數(shù)據(jù)的波形等等。要求：能設(shè)置COM口、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位等。編寫界面設(shè)計(應(yīng)包括三部分：發(fā)送數(shù)據(jù)對話框，可輸入發(fā)送內(nèi)容或產(chǎn)生隨機數(shù)發(fā)送；接收數(shù)據(jù)對話框，可顯示接收的數(shù)據(jù)；波形圖顯示，可繪制接收數(shù)據(jù)的波形)。 實現(xiàn)PC與PC之間的通信。選開創(chuàng)新實驗十四課程實驗設(shè)計-信號讀取3以具有直觀圖形化編程和強大數(shù)字信號處理功能的虛擬儀器編程語言LabVIEW作為開發(fā)平臺，設(shè)計一個基于虛擬儀器的簡單心電信號分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有心電信號的讀取，處理分析，波形顯示、心率顯示及報警，波形

11、存儲和回放等功能。心電信號是微弱低頻生理電信號，通常頻率在0.05Hz100Hz，幅值不超過4mV，它通過安裝在皮膚表面的電極來拾取。必開創(chuàng)新實驗十五課程實驗設(shè)計-處理分析和顯示3使用Report Generation Toolkit for Microsoft Office 設(shè)計一個報表生成程序，要求報表中顯示標(biāo)題欄，測試數(shù)據(jù)、和心電波形圖，包含監(jiān)測開始時間、結(jié)束時間、監(jiān)測總時間長度、監(jiān)測期間平均心率、心率最大值、心率最小值、 監(jiān)測期間實時心率的波形圖。必開創(chuàng)新實驗十六課程實驗設(shè)計-心率顯示及報警3檢測心率：檢測信號心電的R波，計算平均心率和實時心率（R-R波時間間隔的倒數(shù)），并顯示實時心率

12、和平均心率。必開創(chuàng)新實驗十七課程實驗設(shè)計-波形存儲和回放3波形存儲和回放必開創(chuàng)新五、課程考核 1. 課程設(shè)計報告的撰寫要求：課程設(shè)計論文包含基本的論文格式，書寫規(guī)范，結(jié)果正確. 2. 課程設(shè)計報告：10次,課程設(shè)計論文：1 篇； 3. 考核及成績評定： （1）實驗實習(xí)報告的撰寫要求： 課程設(shè)計論文包含基本的論文格式，書寫規(guī)范，結(jié)果正確.（2）考核及成績計算方式： 從總體表現(xiàn)、設(shè)計說明書的質(zhì)量、設(shè)計成果質(zhì)量等方面設(shè)定評分辦法和評分標(biāo)準(zhǔn).優(yōu)：系統(tǒng)設(shè)計完整無誤，調(diào)試運行效果良好，設(shè)計報告完整；良：系統(tǒng)設(shè)計基本完整無誤，調(diào)試運行基本正常有時有誤，設(shè)計報告完整；中：完成基本系統(tǒng)設(shè)計，無原理性錯誤，調(diào)試效果不佳，有較