虛擬儀器技術(shù)課程教學(xué)大綱

虛擬儀器技術(shù)課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程編號(hào)：201404157課程中文名稱：虛擬儀器技術(shù)課程英文名稱：VirtualInstrumentTechnology課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程開課專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器開課學(xué)期：7總學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（其中理論24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）總學(xué)分：2二、課程目標(biāo)課程總體目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)和掌握虛擬儀器設(shè)計(jì)的基本概念和基本方法，學(xué)習(xí)應(yīng)用圖形化語言進(jìn)行編程和設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)開發(fā)虛擬儀器和組建自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的能力，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生掌握虛擬儀器的基本設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，并將此技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的科研和工作中，能夠根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，搭建、調(diào)試虛擬儀器硬件平臺(tái)，采用高效的LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)編制軟件程序?qū)崿F(xiàn)儀器功能。具體目標(biāo)如下：1、掌握虛擬儀器技術(shù)的基本原理和相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)；2、綜合運(yùn)用測(cè)試技術(shù)、儀器原理、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)以及圖形化編程技術(shù)的能力；3、掌握?qǐng)D形化軟件編程方法和虛擬儀器集成開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用能力；4、能對(duì)虛擬儀器相關(guān)的復(fù)雜工程問題明確設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)解決方案。5、通過搭建虛擬儀器系統(tǒng)，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)處理及誤差分析得到相應(yīng)的結(jié)論。6、具備虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)分析、研究、解決相關(guān)復(fù)雜工程問題的能力。三、教學(xué)基本要求通過本課程的學(xué)習(xí)，理解和掌握虛擬儀器技術(shù)及LabVIEW軟件開發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí)是學(xué)生學(xué)習(xí)虛擬儀器技術(shù)課程達(dá)到合格的基本要求，其次，通過講解和訓(xùn)練使學(xué)生熟悉圖形化編程環(huán)境，學(xué)習(xí)圖形化編程語言，掌握G語言編程技術(shù)。本課程有著廣闊的工程應(yīng)用背景，教學(xué)中應(yīng)注意貫徹理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)原則，注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和綜合運(yùn)用LabVIEW分析解決實(shí)際問題的能力。要求學(xué)生能夠熟練應(yīng)用LabVIEW開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品，以滿足現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)發(fā)展的需求，并形成以下素質(zhì)：1、通過學(xué)習(xí)養(yǎng)成積極思考問題、主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣，具備掌握現(xiàn)代工具的能力；2、通過學(xué)習(xí)培養(yǎng)較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力；3、通過學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)收集、分析、整理參考資料的技能，培養(yǎng)對(duì)新技術(shù)信息的掌握能力；4、通過學(xué)習(xí)能夠根據(jù)要求，自主完成特定任務(wù)的能力；5、通過分組實(shí)踐過程培養(yǎng)良好的團(tuán)隊(duì)合作精神，具備一定的管理能力。四、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配1概述（2學(xué)時(shí)）本章介紹虛擬儀器的基本概念、組成特點(diǎn)及LabVIEW圖形化編程環(huán)境和G語言編程基礎(chǔ)等幾個(gè)方面的內(nèi)容。1.1虛擬儀器的基本概念（虛擬儀器的組成及特點(diǎn)）1.2LabVIEW概述（LabVIEW圖形化編程環(huán)境和G語言編程基礎(chǔ)）。2虛擬儀器的創(chuàng)建與調(diào)試（4學(xué)時(shí)）本章介紹VI的創(chuàng)建、VI程序的編輯和子VI的創(chuàng)建與調(diào)用、層次化窗口以及程序調(diào)試技術(shù)。2.1VI程序的創(chuàng)建2.2子VI的創(chuàng)建2.3VI程序的調(diào)試技術(shù)3循環(huán)結(jié)構(gòu)與趨勢(shì)圖（2學(xué)時(shí)）本章介紹最基本的Whileloop和ForLoop兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)以及與循環(huán)控制結(jié)構(gòu)相關(guān)的波形Chart（趨勢(shì)圖）和移位寄存器的概念和使用。3.1While循環(huán)與For循環(huán)結(jié)構(gòu)3.2波形Chart3.3移位寄存器概念與使用4Case結(jié)構(gòu)、Sequence結(jié)構(gòu)和公式節(jié)點(diǎn)（2學(xué)時(shí)）本章將討論G語言中的Case（選擇）結(jié)構(gòu)、Sequence（順序）結(jié)構(gòu)和公式節(jié)點(diǎn)的基本概念，并提供它們的應(yīng)用實(shí)例及分析。4.1Case（選擇）結(jié)構(gòu)及使用4.2Sequence（順序）結(jié)構(gòu)及使用4.3公式節(jié)點(diǎn)概念與使用5數(shù)組（Arrays）、簇（Clusters）和曲線圖形（Graphs）（2學(xué)時(shí)）本章介紹數(shù)組、簇、和曲線圖形以及有關(guān)自動(dòng)索引的基本概念，并提供例程分析，討論與數(shù)組和簇相關(guān)的圖形控制。5.1數(shù)組的創(chuàng)建和初始化5.2簇的創(chuàng)建和使用5.3波形Graphs顯示特性6字符串和文件存取（2學(xué)時(shí)）本章介紹字符串控件的使用和文件輸入、輸出操作，主要內(nèi)容有：如何創(chuàng)建字符串控制器和指示器，怎樣使用字符串函數(shù)以及怎樣進(jìn)行文件的輸入和輸出操作。6.1字符串的輸入和輸出6.2字符串函數(shù)及使用6.3文件I/O操作7分析軟件（2學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)介紹仿真信號(hào)的產(chǎn)生、信號(hào)的頻譜分析、波形測(cè)量、數(shù)字濾波、波形監(jiān)測(cè)及曲線擬合等內(nèi)容。7.1信號(hào)產(chǎn)生與信號(hào)的頻域分析（FFT、信號(hào)的頻譜分析、諧波失真分析）7.2數(shù)字濾波器與波形測(cè)量VIs(交直流電壓測(cè)量、頻率測(cè)量)7.3波形監(jiān)測(cè)與曲線擬合（曲線擬合VI與應(yīng)用、曲線擬合儀設(shè)計(jì)分析）8G語言實(shí)用編程技術(shù)（4學(xué)時(shí)）本章將介紹在G語言編程中的一些高級(jí)概念，包括局部變量與全局變量概念，屬性節(jié)點(diǎn)的概念，用戶選單的設(shè)計(jì)以及VI屬性的設(shè)置等。8.1局部變量與全局變量的定義與使用8.2屬性節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建和使用8.3菜單的編輯方法與響應(yīng)、VI選項(xiàng)設(shè)置9儀器控制（2學(xué)時(shí)）本章將介紹串行通訊、GPIB的基本概念、VISA的基本概念和LabVIEW儀器驅(qū)動(dòng)程序。9.1串行通訊的概念與應(yīng)用9.2GPIB、VISA的概念與應(yīng)用9.3LabVIEW儀器驅(qū)動(dòng)程序的概念與原理五、教學(xué)方法及手段本課程授課階段采用傳統(tǒng)授課模式和多媒體教學(xué)相結(jié)合的手段，以課堂講授為主，配合相應(yīng)的實(shí)例演示、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題。采用多媒體教學(xué)手段，注重學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。在教學(xué)中不同階段，根據(jù)掌握的編程方法的程度，介紹由簡單至復(fù)雜的例程，逐步使學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)用的虛擬儀器。1、以課堂教學(xué)形式講授基礎(chǔ)知識(shí)，支撐課程目標(biāo)分析重點(diǎn)難點(diǎn)，精選內(nèi)容，組織教案；結(jié)合多媒體等現(xiàn)代教學(xué)手段，對(duì)特殊抽象或微觀內(nèi)容，利用動(dòng)畫提高教學(xué)效果；將科研最新成果和傳感器發(fā)展趨勢(shì)引入教學(xué)中，保持教學(xué)內(nèi)容的新穎性，啟發(fā)學(xué)生對(duì)本專業(yè)的興趣；課后提出問題，利于同學(xué)深入思考，最終以試卷形式考核基礎(chǔ)知識(shí)。2、通過研究式、探討式教學(xué)支撐課程目標(biāo)授課前，給學(xué)生布置課程相關(guān)的工程應(yīng)用調(diào)研任務(wù)，授課過程中，結(jié)合科研項(xiàng)目工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，以具體的課題需求和應(yīng)用背景對(duì)課程相關(guān)的工程案例進(jìn)行深入講解，同時(shí)與學(xué)生分享彼此的思考、經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，交流彼此的情感、體驗(yàn)與觀念，豐富教學(xué)內(nèi)容，求得新的發(fā)現(xiàn)，從而達(dá)到共識(shí)、共享、共進(jìn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。3、通過實(shí)踐性教學(xué)支撐課程目標(biāo)本課程安排3次共8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，采用分組形式完成。實(shí)驗(yàn)包括演示實(shí)驗(yàn)、LabVIEW編程上機(jī)實(shí)驗(yàn)、虛擬儀器設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)。4、通過習(xí)題訓(xùn)練支撐課程目標(biāo)課后習(xí)題安排2次，學(xué)生利用課余時(shí)間完成課堂相關(guān)內(nèi)容的上機(jī)驗(yàn)證。六、實(shí)驗(yàn)（或）上機(jī)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一：演示數(shù)字示波器、數(shù)字電壓表等虛擬儀器的實(shí)例。實(shí)驗(yàn)二：講述虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)LabVIEW的基本的編程方法及調(diào)試技術(shù)，并進(jìn)行上機(jī)練習(xí)。實(shí)驗(yàn)三：結(jié)合NI公司的數(shù)據(jù)采集卡完成一臺(tái)簡單的虛擬儀器設(shè)計(jì)。七、前續(xù)課程、后續(xù)課程前續(xù)課程：高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)，微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)，現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用，檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)。后續(xù)課程：無。八、參考教材及學(xué)習(xí)資源[1]黃松嶺、王珅、趙偉編著，虛擬儀器設(shè)計(jì)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013年7月[2]張愛平主編，LabVIEW入門與虛擬儀器[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012年5月[3]楊樂平等編著，LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013年8月[4]王敏生等編著，LabVIEW基礎(chǔ)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012年1月[5]戴敬等編著，LabVIEW基礎(chǔ)教程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012年1月九、考核方式累加式考核：課程考核分考試、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)累加式考核。虛擬儀器技術(shù)基礎(chǔ)部分通過考試計(jì)分，占60%，G語言編程部分通過上機(jī)操作做習(xí)