基于LabView的電學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于LabVIEW的電學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)-數(shù)字電路模塊摘要運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)思想，對(duì)數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)選擇器、全加器、譯碼器等組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的仿真。該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，成本低，具有很強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性，易于升級(jí)換代和維護(hù)。由于低成本和高性能計(jì)算機(jī)資源的廣泛使用，虛擬儀器平臺(tái)已趨向逐漸取代傳統(tǒng)的電子設(shè)備。使用虛擬儀器工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教育和科學(xué)研究，不僅可以節(jié)省對(duì)大量工具和設(shè)備的需求，而且可以提高實(shí)驗(yàn)教育和科學(xué)研究的效率和質(zhì)量。關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；LabVIEW；仿真；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)DesignofElectricVirtualExperimentPlatformBasedonLabVIEW-DigitalCircuitModuleAbstractUsingthemodulardesignidea,thedigitalcircuit-basedcomprehensiveexperimentplatformisdesignedtorealizethesimulationdesignofcombinationallogiccircuitandsequentiallogiccircuitsuchasdataselector,fulladderanddecoder.Thesystemhasashortdevelopmentcycle,lowcost,strongcompatibilityandscalability,andiseasytoupgradeandmaintain.Duetothewidespreaduseoflow-costandhigh-performancecomputerresources,virtualinstrumentplatformshavetendedtograduallyreplacetraditionalelectronicdevices.Usingvirtualinstrumenttoolsforexperimentaleducationandscientificresearchcannotonlysavethedemandforalargenumberoftoolsandequipment,butalsoimprovetheefficiencyandqualityofexperimentaleducationandscientificresearch.Keywords:Digitalcircuits;LabVIEW;simulation;experimentplatform目錄1前言 62虛擬儀器的介紹 73電學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的原理 94數(shù)字電路模塊介紹 114.1全加器的設(shè)計(jì) 114.2譯碼器的設(shè)計(jì) 124.3數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計(jì) 145時(shí)序邏輯電路模塊 155.1JK觸發(fā)器的設(shè)計(jì) 155.2RS觸發(fā)器的設(shè)計(jì) 166調(diào)試過(guò)程 177結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 28致謝 291前言實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)手能力進(jìn)行培養(yǎng)。它在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)方面起到了非常重要的作用。而現(xiàn)在高校進(jìn)行的大部分電路實(shí)驗(yàn)都是傳統(tǒng)類型的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)器材的限制許多學(xué)生沒(méi)辦法進(jìn)行完整的實(shí)驗(yàn)。虛擬儀器的誕生正好有力的解決這個(gè)問(wèn)題的，虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心，把傳統(tǒng)儀器的功能軟件化與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)融合在一起。最著名的就是NI公司的LabVIEW。LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境分為前面板和程序框圖（后面板）。LabVIEW是由圖形化程序語(yǔ)言，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。前面版是數(shù)值控制模板，提供了大量的數(shù)值、布爾元件。程序框圖則提供了大量的函數(shù)模塊這些模塊可以組成各種門(mén)電路，編碼譯碼器，時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路。LabVIEW編程流程要經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟：總體設(shè)計(jì)：根據(jù)要求進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，創(chuàng)建前面板并進(jìn)行布局，然后導(dǎo)入到程序框圖中。前面板設(shè)計(jì)：在LabVIEW前面板內(nèi)調(diào)出數(shù)值、輸入、輸出元件，進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。程序框圖設(shè)計(jì)：在LabVIEW流程圖窗口內(nèi)使用提供的函數(shù)模塊、工具模板進(jìn)行編輯。程序檢測(cè)：在前面板上單擊運(yùn)行按鈕，執(zhí)行VI程序。本設(shè)計(jì)的目的、意義及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室中的新概念正越來(lái)越多地用于各行各業(yè)。例如，教育行業(yè)，尤其??是科學(xué)技術(shù)教育，正日益吸引學(xué)生的實(shí)踐技能。但是，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室很難滿足當(dāng)前的教育需求。憑借可以有效解決這些問(wèn)題的創(chuàng)新概念，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室誕生了，并引起了人們的極大興趣和良好的發(fā)展趨勢(shì)。操作人員可以遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以隨時(shí)隨地在電路仿真（例如虛擬仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)控）上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直觀顯示實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果。該方法有效地提高了實(shí)驗(yàn)的適應(yīng)性，克服了許多外部因素的局限性。網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能有效地互連了信息，并大大提高了實(shí)驗(yàn)的整體水平。虛擬機(jī)技術(shù)在所謂的高端實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)上以高效靈活的方式集成了各種先進(jìn)技術(shù)，例如硬件和多媒體。這正是構(gòu)建虛擬遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的首選。本設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題各個(gè)學(xué)科和課程中的學(xué)習(xí)和測(cè)試案例經(jīng)常需要在電路中進(jìn)行仿真。通常，這是通過(guò)購(gòu)買(mǎi)各種相應(yīng)的硬件設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的。購(gòu)買(mǎi)此設(shè)備不僅會(huì)花費(fèi)很多錢(qián)，而且將來(lái)更需要大量的人工和材料來(lái)維護(hù)和維修設(shè)備。當(dāng)然，這對(duì)發(fā)展中國(guó)家尤其困難，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)備越來(lái)越緊密地集成在一起，并且涌現(xiàn)出大量的仿真軟件。仿真軟件不僅可以準(zhǔn)確地分析電路組件和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可以應(yīng)用于工業(yè)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等許多方面，以用于預(yù)測(cè)電路性能。仿真可以無(wú)縫地橋接電路設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用的角色，從而顯著降低成本，減少設(shè)計(jì)時(shí)間并提高效率。數(shù)字電路通常需要在整體電路正式完成之前對(duì)電路進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬機(jī)則很好的擔(dān)當(dāng)起對(duì)電路進(jìn)行仿真和驗(yàn)證的任務(wù)。國(guó)家對(duì)虛擬儀器的研究始于引入NI公司的產(chǎn)品線。虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在被認(rèn)為是現(xiàn)代機(jī)械工程科學(xué)的前沿領(lǐng)域之一。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，企業(yè)對(duì)高科技設(shè)備的需求也越來(lái)越多。中國(guó)的科學(xué)和教育界對(duì)虛擬儀器平臺(tái)的研究起步較晚，但經(jīng)過(guò)多年的研究已經(jīng)有良好的發(fā)展勢(shì)頭。虛擬儀器是未來(lái)科學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)必不可少的一部分，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。許多國(guó)家的高校和企業(yè)都已經(jīng)開(kāi)始大力發(fā)展該技術(shù)。本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問(wèn)題本設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用LabVIEW搭建時(shí)序羅電路和組合邏輯電路中的JK觸發(fā)器、RS觸發(fā)器、全加器、四選一數(shù)據(jù)選擇器和譯碼器。2虛擬儀器及G語(yǔ)言介紹LabVIEW是一種被稱為通用G語(yǔ)言的圖形編程語(yǔ)言，它與諸如BASIC和C之類的純文本語(yǔ)言不同。G編程語(yǔ)言與其他語(yǔ)言具有許多不同的特征。例如，它更加清晰直觀。控件與每個(gè)子例程和功能相關(guān)聯(lián)，并且數(shù)據(jù)顯示在整個(gè)系統(tǒng)的指示器上。在使用上G語(yǔ)言化簡(jiǎn)了一系列復(fù)雜的編程過(guò)程與應(yīng)用綜合，將它們拆分為單獨(dú)的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)都需要一個(gè)不同的VI程序。最后，這一系列子VI按不同的圖標(biāo)分類，因此可以一起完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在整個(gè)應(yīng)用程序的頂層VI之下，有一系列子VI，可以實(shí)現(xiàn)各種子功能?？傮w程序會(huì)多次重復(fù)使用同一個(gè)子VI，因此構(gòu)建應(yīng)用程序軟件可以提前開(kāi)發(fā)出一系列預(yù)先使用的子程序。在此過(guò)程中，可以更加方便的提高編程效率。除了簡(jiǎn)化LabVIEW編程應(yīng)用中G的科學(xué)計(jì)算外，它還可以廣泛用于過(guò)程監(jiān)控和軟件開(kāi)發(fā)中。因此，LabVIEW是在此基礎(chǔ)之上構(gòu)建的，并且正在成為工業(yè)，研究和其他領(lǐng)域廣泛接受的重要原因之一。使用LabVIEW設(shè)計(jì)數(shù)字電路時(shí)，先用該程序的程序框圖來(lái)建立初步完整的電路，電路的各種功能由前面板和后面板實(shí)現(xiàn)。通過(guò)前面板，可以使用八個(gè)布爾組件對(duì)數(shù)據(jù)選擇器，解碼器等時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。LabVIEW具有通用的圖形語(yǔ)言風(fēng)格，編程過(guò)程是選擇另一個(gè)圖標(biāo)時(shí)進(jìn)行連接和連線的過(guò)程。另一個(gè)圖標(biāo)與具有不同功能的“子程序”相同，并且圖標(biāo)之間的連接指定了數(shù)據(jù)流。這與代碼語(yǔ)言中的“賦值”語(yǔ)句相同。LabVIEW功能面板包括用于專用信號(hào)處理和操作的許多圖標(biāo)，以及用于各種數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算的基本VI圖標(biāo)。如圖2.1圖2.1布爾選項(xiàng)版可以看到，使用LabVIEW后面板的布爾選項(xiàng)版是標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字邏輯電路的邏輯圖，LabVIEW在信號(hào)輸入/輸出上具有豐富的輸入控件和輸出控件提供。還有各種邏輯門(mén)單元例如各種類型的與、或、非門(mén)按鈕還有指示器和波形顯示。可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方式直接拖動(dòng)此“設(shè)備”到指定的位置。如圖2.2所示。圖2.2LabVIEW布爾選項(xiàng)板將系統(tǒng)自身的圖形語(yǔ)言樣式與虛擬儀器結(jié)合在一起，由于LabVIEW提供的布爾元件非常的完整在設(shè)計(jì)時(shí)可以將“程序——邏輯圖——實(shí)驗(yàn)過(guò)程——輸入輸出”這四個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程整合起來(lái)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候非常簡(jiǎn)單明了，幾乎可以完成所有的數(shù)字邏輯電路和模擬邏輯電路的演示，例如全加器，與或非門(mén)，RS觸發(fā)器，JK觸發(fā)器，譯碼器等。LabVIEW程序執(zhí)行過(guò)程的“高亮單步執(zhí)行”模式，可完整查看信號(hào)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和邏輯電路的工作過(guò)程。3電學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的原理基于LabVIEW軟件，在設(shè)計(jì)數(shù)字電路過(guò)程中設(shè)計(jì)了五個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)：時(shí)序邏輯電路，全加器，譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器，RS觸發(fā)器和JK觸發(fā)器。在電路仿真過(guò)程中，可以使用布爾控件通過(guò)模仿各種電路組件符號(hào)來(lái)創(chuàng)建電路。也可以通過(guò)更改控制值直接更改電路參數(shù)。通過(guò)更改指示器的ON/OFF，可以立即看到電路的變化。為了完成數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本功能，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要為每個(gè)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建不同的子VI，并分別完成。放置與主平臺(tái)界面相對(duì)應(yīng)的按鈕，連接每個(gè)子VI。還在當(dāng)前目錄中創(chuàng)建一個(gè)文件夾，用于存儲(chǔ)主VI文件，并將與每個(gè)子VI放置在該文件夾中。然后再調(diào)用屬性節(jié)點(diǎn)以連接每個(gè)子VI的路徑，并由程序控制它。動(dòng)態(tài)將子VI加載到主界面。前面板如圖3.1所示。圖3.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)前面板而程序框圖的設(shè)計(jì)則是各個(gè)實(shí)驗(yàn)的鏈接即VI引用，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)程序框圖中運(yùn)用到了While循環(huán)結(jié)構(gòu)還有條件結(jié)構(gòu)，打開(kāi)VI引用，創(chuàng)建VI引用的方法，產(chǎn)生前面板，創(chuàng)建常量，訪問(wèn)瀏覽路徑，構(gòu)建屬性節(jié)點(diǎn)等。如圖3.2所示。圖3.2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)程序框圖4數(shù)字電路模塊介紹組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)4.1、全加器同位的兩個(gè)加數(shù)和低位的進(jìn)位相加，這種運(yùn)算稱為全加，完成全加運(yùn)算的電路被稱為全加器。使用A和B表示兩個(gè)數(shù)字的第i位，Ci表示低階進(jìn)位，S表示總和，用Co表示送給高位的進(jìn)位，那么得出真值表為如表4.1所示：表4.1譯碼器真值表ABCiSCo0000000110010100110110010101011100111111根據(jù)其邏輯關(guān)系用LabVIEW編寫(xiě)程序框圖，如圖4.2所示：圖4.2譯碼器程序框圖前面板如圖4.3圖4.3全加器前面板4.2、譯碼器譯碼器主要的功能是將系統(tǒng)輸入的一種數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)變成另外一種的數(shù)據(jù)模式，并顯示原始含義的電路。表4.4譯碼器的真值表。輸入是3位二進(jìn)制代碼A2，A1和A0，輸出狀態(tài)則是八位數(shù)值Y0至Y7。表4.4譯碼器真值表輸入輸出A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000LabVIEW編寫(xiě)程序框圖，如圖4.5所示圖4.5譯碼器程序框圖前面板如圖4.6所示圖4.6譯碼器前面板4.3、四選一數(shù)據(jù)選擇器???表4.7是數(shù)據(jù)選擇器的狀態(tài)表，輸入信號(hào)就是由D0、D1、D2、D3四種狀態(tài)表示，兩個(gè)選擇控制信號(hào)端是用A0、A1兩個(gè)狀態(tài)來(lái)表示。輸出信號(hào)是用Y表示，它可以是輸入數(shù)據(jù)中的任何一對(duì)。表4.7數(shù)據(jù)選擇器輸入輸出DA1A0YD000D0D101D1D210D2D311D3根據(jù)其邏輯關(guān)系用LabVIEW編寫(xiě)程序框圖，如圖4.8所示圖4.8數(shù)據(jù)選擇器程序框圖前面板如圖4.9所示圖4.9數(shù)據(jù)選擇器前面板5時(shí)序邏輯電路5.1、RS觸發(fā)器把兩個(gè)與非門(mén)G1、G2的輸入、輸出端交叉連接，即可構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，其邏輯電路如圖所示。它有兩個(gè)輸入端R、S和兩個(gè)輸出端Q、Q非。如圖5.1所示。圖5.1表5.2基本RS觸發(fā)器特性表RSQn+1注00Qn保持011置1100置011不用不允許圖5.3RS觸發(fā)器程序框圖圖5.4RS觸發(fā)器前面板5.2、JK觸發(fā)器在JK觸發(fā)器的設(shè)計(jì)中，JK表示兩個(gè)信號(hào)的輸入端，CLK是時(shí)鐘端，Q與Q非兩個(gè)互補(bǔ)輸出端。JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為Qn+1=J表5.5JK型觸發(fā)器特性表JKQnQn+1注0000保持00110100置001101001置110111101翻轉(zhuǎn)1110圖5.6JK觸發(fā)器程序框圖圖5.7JK觸發(fā)器前面板6調(diào)試過(guò)程全加器的調(diào)試過(guò)程：從LabVIEW的前面板可以看出全加器的工作原理是輸入A+B+Ci，輸出為兩種，一種是分兩部分，既顯示輸出高位進(jìn)位c,和輸出結(jié)果S。如圖6.1所示;一種是只顯示輸出結(jié)果S或者是高進(jìn)位CO。如圖6.2所示。圖6.1全加器調(diào)試過(guò)程圖6.2全加器調(diào)試過(guò)程譯碼器的調(diào)試過(guò)程：將三個(gè)輸入A3A2A1分別設(shè)置為000-111時(shí)，可得到輸出界面中的指示燈燈依次變亮，表示Y輸出有效。如圖6.3所示。圖6.3譯碼器調(diào)試過(guò)程四選一數(shù)據(jù)選擇器調(diào)試過(guò)程：4選1數(shù)據(jù)選擇器的地址端用A1、A0表示，控制端是S。這些都是用布爾元件表示。A0、A1、S都用于控制電路的工作狀態(tài)，四路輸入信號(hào)D0,D1,D2,D3則是用于開(kāi)關(guān)按鈕表示，最后一個(gè)輸出端Y用布爾元器件的指示燈表示。根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)ST=0、A1=0、AO=1、D1=1時(shí)，則數(shù)據(jù)選擇器就會(huì)輸出地址碼D1所對(duì)應(yīng)的值，此時(shí)D1=1，那么Y亮，如圖6.4所示。圖6.4數(shù)據(jù)選擇器調(diào)試過(guò)程RS觸發(fā)器調(diào)試過(guò)程：RS觸發(fā)器，當(dāng)CP=0時(shí)，無(wú)論R和S是否改變，RS觸發(fā)器輸入信號(hào)全為1，不改變。這種狀態(tài)就是置1。CP=1時(shí)，輸入信號(hào)R和S可以使觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。如圖6.5所示。觸發(fā)器的邏輯公式為Qn+1圖6.5RS觸發(fā)器調(diào)試過(guò)程當(dāng)J=0，K=1時(shí)，輸出狀態(tài)始終與J的狀態(tài)保持一致，始終置0。當(dāng)J=1，K=0時(shí)，輸出狀態(tài)與J一致即置1。如圖6.6所示。Q圖6.6JK觸發(fā)器調(diào)試過(guò)程7結(jié)論畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論知識(shí)基礎(chǔ)是數(shù)字電子技術(shù)，虛擬儀器和LabVIEW實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。LabVIEW本質(zhì)就是程序開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)過(guò)程中的一款強(qiáng)大工具?；镜臄?shù)電理論知識(shí)加上利用工具來(lái)解決開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于實(shí)際電路的虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)。本設(shè)計(jì)使用虛擬儀器技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)教育性的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可最大程度地利用計(jì)算機(jī)的性能，取消以前僅限于儀器的實(shí)驗(yàn)，并使其更易于操作實(shí)驗(yàn)過(guò)程。利用其功能菜單導(dǎo)航創(chuàng)新，導(dǎo)入用戶菜單功能，并根據(jù)需要更改和重新定義設(shè)備功能。該系統(tǒng)是在LabVIEW編程環(huán)境中開(kāi)發(fā)的，具有開(kāi)發(fā)周期短，成本低，易于實(shí)現(xiàn)的多種優(yōu)點(diǎn)。利用虛擬儀器平臺(tái)開(kāi)發(fā)各種不帶相關(guān)功能硬件的“虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，不僅易于實(shí)現(xiàn)，而且具有與真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器相同的雙向性，可操作性和真實(shí)性，形成了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上模擬實(shí)驗(yàn)，為將來(lái)使用設(shè)備實(shí)和完成課程設(shè)計(jì)打下良好的電路基礎(chǔ)，還可以減輕老師的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少設(shè)備損失，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果，從而可以更有效地滿足各個(gè)學(xué)?；蚩鐚W(xué)校不同系的教師，學(xué)生和學(xué)者的需求。參考文獻(xiàn)[1]阿力甫阿木提，艾合買(mǎi)提江買(mǎi)買(mǎi)提熱衣木，基于LabVIEW的虛擬數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[j].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，第16卷第6期2013年12月[2]?劉燦濤，趙偉，侯國(guó)屏．基于虛擬儀器的電工教學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2001(5)：26—28．[3]?劉陽(yáng)．虛擬儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，1996(4)：4—5．[4]仝曉梅尹淑娟.LabVIEW實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺(tái).民營(yíng)科技2017年第9期[5]崔瀛,肖君.擬儀器技術(shù)在數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.電子質(zhì)量（2014第08期）[6]陳春朝，趙敏，張亞超．基于LabVIEW的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)［Ｊ］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2009：31-14．[7]余金華．基于虛擬儀器技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究［Ｊ］．安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)報(bào)，2009，26：123-142．[8]錢(qián)聲強(qiáng)，王露，李晴．基于LabVIEW的數(shù)字電路課程遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)［Ｊ］．常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，9：63-65．[9]雷振山，肖成勇，魏麗．LabVIEW高級(jí)編程與虛擬儀器工程應(yīng)用［Ｍ］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2012．[10]鄭對(duì)元．精通LabVIEW虛擬儀器程序設(shè)計(jì)［Ｍ］．北京；清華大學(xué)出版社,2012．謝辭為時(shí)一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，這也意味者我在北京理工大學(xué)珠海學(xué)院的大學(xué)生涯也即將結(jié)束。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能順利完成，要特別感謝指導(dǎo)老師陳瑋老師。在設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題時(shí)她能及時(shí)給予我正確的指導(dǎo)。老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度、淵博的知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我受益匪淺。在此我要誠(chéng)摯的向老師表示感謝！

電腦不啟動(dòng)故障診治了解電腦啟動(dòng)的過(guò)程在諸多電腦故障中，無(wú)法正常啟動(dòng)是最令用戶頭痛的事了。筆者長(zhǎng)期從事維護(hù)電腦的工作，在這個(gè)方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在就將這些經(jīng)驗(yàn)整理歸納出來(lái)與朋友們分享。本文將以家用電腦和windows98操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，介紹電腦無(wú)法正常啟動(dòng)故障的診治。要想準(zhǔn)確地診斷電腦不啟動(dòng)故障，首先要了解的起動(dòng)過(guò)程，當(dāng)我們按下電源開(kāi)關(guān)時(shí)，電源就開(kāi)始向主板和其它設(shè)備供電，此時(shí)電壓還沒(méi)有完全穩(wěn)定，主板控制芯片組會(huì)根據(jù)CMOS中的CPU主頻設(shè)置向CPU發(fā)出一個(gè)Reset(重置)信號(hào)，讓CPU初始化，電壓完全穩(wěn)定后，芯片組會(huì)撤去Reset信號(hào)，CPU馬上從地址FFFF0H處執(zhí)行一條跳轉(zhuǎn)指令，跳到系統(tǒng)BIOS中真正的啟動(dòng)代碼處。系統(tǒng)BIOS首先要做的事情就是進(jìn)行POST(PowerOnSelfTest，加電自檢)。POST的主要任務(wù)是檢測(cè)系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵設(shè)備(電源、CPU芯片、BIOS芯片、定時(shí)器芯片、數(shù)據(jù)收發(fā)邏輯電路、DMA控制器、中斷控制器以及基本的64K內(nèi)存和內(nèi)存刷新電路等)是否存在和能否正常工作，如內(nèi)存和顯卡等。自檢通過(guò)后，系統(tǒng)BIOS將查找顯示卡的BIOS，由顯卡BIOS來(lái)完成顯示卡的初始化，顯示器開(kāi)始有顯示，自此，系統(tǒng)就具備了最基本的運(yùn)行條件，可以對(duì)主板上的其它部分進(jìn)行診斷和測(cè)試，再發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，屏幕上會(huì)有提示，但一般不死機(jī)，接著系統(tǒng)BIOS將檢測(cè)CPU的類型和工作頻率，然后開(kāi)始測(cè)試主機(jī)所有的內(nèi)存容量，內(nèi)存測(cè)試通過(guò)之后，系統(tǒng)BIOS將開(kāi)始檢測(cè)系統(tǒng)中安裝的一些標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備，這些設(shè)備包括：硬盤(pán)、CD－ROM、軟驅(qū)、串行接口和并行接口等連接的設(shè)備，大多數(shù)新版本的系統(tǒng)BIOS在這一過(guò)程中還要自動(dòng)檢測(cè)和設(shè)置內(nèi)存的相關(guān)參數(shù)、硬盤(pán)參數(shù)和訪問(wèn)模式等。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備檢測(cè)完畢后，系統(tǒng)BIOS內(nèi)部的支持即插即用的代碼將開(kāi)始檢測(cè)和配置系統(tǒng)中已安裝的即插即用設(shè)備。每找到一個(gè)設(shè)備之后，系統(tǒng)BIOS都會(huì)在屏幕上顯示出設(shè)備的名稱和型號(hào)等信息，同時(shí)為該設(shè)備分配中斷、DMA通道和I/O端口等資源。最后系統(tǒng)BIOS將更新ESCD(ExtendedSystemConfigurationData，擴(kuò)展系統(tǒng)配置數(shù)據(jù))。ESCD數(shù)據(jù)更新完畢后，系統(tǒng)BIOS的啟動(dòng)代碼將進(jìn)行它的最后一項(xiàng)工作，即根據(jù)用戶指定的啟動(dòng)順序從軟盤(pán)、硬盤(pán)或光驅(qū)啟動(dòng)。以從C盤(pán)啟動(dòng)為例，系統(tǒng)BIOS將讀取并執(zhí)行硬盤(pán)上的主引導(dǎo)記錄，主引導(dǎo)記錄接著從分區(qū)表中找到第一個(gè)活動(dòng)分區(qū)，然后讀取并執(zhí)行這個(gè)活動(dòng)分區(qū)的分區(qū)引導(dǎo)記錄，而分區(qū)引導(dǎo)記錄將負(fù)責(zé)讀取并執(zhí)行IO.SYS，這是Windows最基本的系統(tǒng)文件。IO.SYS首先要初始化一些重要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，然后就顯示出我們熟悉的藍(lán)天白云，在這幅畫(huà)面之下，Windows將繼續(xù)進(jìn)行DOS部分和GUI(圖形用戶界面)部分的引導(dǎo)和初始化工作，一切順利結(jié)束，電腦正常啟動(dòng)。根據(jù)故障現(xiàn)象診治了解電腦啟動(dòng)的過(guò)程，故障就好判斷了，下面我們就根據(jù)故障現(xiàn)象開(kāi)始診治了：現(xiàn)象一：系統(tǒng)完全不能啟動(dòng)，見(jiàn)不到電源指示燈亮，也聽(tīng)不到冷卻風(fēng)扇的聲音。這時(shí)，基本可以認(rèn)定是電源部分故障，檢查：電源線和插座是否有電、主板電源插頭是否連好，UPS是否正常供電，再確認(rèn)電源是否有故障，最簡(jiǎn)單的就是替換法，但一般用戶家中不可能備有電源等備件，這時(shí)可以嘗試使用下面的方法（注意：要慎重）：先把硬盤(pán)，CPU風(fēng)扇，或者CDROM連好，然后把ATX主板電源插頭用一根導(dǎo)線連接兩個(gè)插腳（把插頭的一側(cè)突起對(duì)著自己，上層插腳從左數(shù)第4個(gè)和下層插腳從右數(shù)第3個(gè)，方向一定要正確），然后把ATX電源的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，如果電源風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明電源正常，否則電源損壞。如果電源沒(méi)問(wèn)題直接短接主板上電源開(kāi)關(guān)的跳線，如果正常，說(shuō)明機(jī)箱面板的電源開(kāi)關(guān)損壞?，F(xiàn)象二：電源批示燈亮，風(fēng)扇轉(zhuǎn)，但沒(méi)有明顯的系統(tǒng)動(dòng)作。這種情況如果出現(xiàn)在新組裝電腦上應(yīng)該首先檢查CPU是否插牢或更換CPU，而正在使用的電腦的CPU損壞的情況比較少見(jiàn)（人為損壞除外），損壞時(shí)一般多帶有焦糊味，如果剛剛升級(jí)了BIOS或者遭遇了CIH病毒攻擊，這要考慮BIOS損壞問(wèn)題（BIOS莫名其妙的損壞也是有的），修復(fù)BIOS的方法很多雜志都介紹過(guò)就不重復(fù)了；確認(rèn)CPU和BIOS沒(méi)問(wèn)題后，就要考慮CMOS設(shè)置問(wèn)題，如果CPU主頻設(shè)置不正確也會(huì)出現(xiàn)這種故障，解決方法就是將CMOS信息清除，既要將CMOS放電，一般主板上都有一個(gè)CMOS放電的跳線，如果找不到這個(gè)跳線可以將CMOS電池取下來(lái)，放電時(shí)間不要低于5分鐘，然后將跳線恢復(fù)原狀或重新安裝好電池即可；如果CPU、BIOS和CMOS都沒(méi)問(wèn)題還要考慮電源問(wèn)題：PC機(jī)電源有一個(gè)特殊的輸出信號(hào)，稱為POWERGOOD（PG）信號(hào)，如果PG信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間不夠或沒(méi)有低電平時(shí)間，PC機(jī)將無(wú)法啟動(dòng)。如果PG信號(hào)一直為低電平，則PC機(jī)系統(tǒng)始終處于復(fù)位狀態(tài)。這時(shí)PC機(jī)也出現(xiàn)黑屏、無(wú)聲響等死機(jī)現(xiàn)象。但這需要專業(yè)的維修工具外加一些維修經(jīng)驗(yàn)，因此，建議采用替換法；電源沒(méi)有問(wèn)題就要檢查是否有短路，確保主板表面不和金屬（特別是機(jī)箱的安裝固定點(diǎn)）接觸。把主板和電源拿出機(jī)箱，放在絕緣體表面，如果能啟動(dòng)，說(shuō)明主板有短路現(xiàn)象；如果還是不能啟動(dòng)則要考慮主板問(wèn)題，主板故障較為復(fù)雜，可以使用替換法確認(rèn)，然后更換主板。現(xiàn)象三：電源指示燈亮，系統(tǒng)能啟動(dòng)，但系統(tǒng)在初始化時(shí)停住了，而且可以聽(tīng)到嗽叭的鳴叫聲（沒(méi)有視頻）：根據(jù)峰鳴代碼可以判斷出故障的部位。ccid_page/AwardBIOS1短聲：說(shuō)明系統(tǒng)正常啟動(dòng)。表明機(jī)器沒(méi)有問(wèn)題。2短聲：說(shuō)明CMOS設(shè)置錯(cuò)誤，重新設(shè)置不正確選項(xiàng)。1長(zhǎng)1短：說(shuō)明內(nèi)存或主板出錯(cuò)，換一個(gè)內(nèi)存條試試。1長(zhǎng)2短：說(shuō)明顯示器或顯示卡存在錯(cuò)誤。檢查顯卡和顯示器插頭等部位是否接觸良好或用替換法確定顯卡和顯示器是否損壞。1長(zhǎng)3短：說(shuō)明鍵盤(pán)控制器錯(cuò)誤，應(yīng)檢查主板。1長(zhǎng)9短：說(shuō)明主板FlashRAM、EPROM錯(cuò)誤或BIOS損壞，更換FlashRAM。重復(fù)短響：說(shuō)明主板電源有問(wèn)題。不間斷的長(zhǎng)聲：說(shuō)明系統(tǒng)檢測(cè)到內(nèi)存條有問(wèn)題，重新安裝內(nèi)存條或更換新內(nèi)存條重試。AMIBIOS1短：說(shuō)明內(nèi)存刷新失敗。更換內(nèi)存條。2短：說(shuō)明內(nèi)存ECC較驗(yàn)錯(cuò)誤。在CMOS中將內(nèi)存ECC校驗(yàn)的選項(xiàng)設(shè)為Disabled或更換內(nèi)存。3短：說(shuō)明系統(tǒng)基本內(nèi)存檢查失敗。換內(nèi)存。4短：說(shuō)明系統(tǒng)時(shí)鐘出錯(cuò)。更換芯片或CMOS電池。5短：說(shuō)明CPU出現(xiàn)錯(cuò)誤。檢查CPU是否插好。6短：說(shuō)明鍵盤(pán)控制器錯(cuò)誤。應(yīng)檢查主板。7短：說(shuō)明系統(tǒng)實(shí)模式錯(cuò)誤，不能切換到保護(hù)模式。8短：說(shuō)明顯示內(nèi)存錯(cuò)誤。顯示內(nèi)存有問(wèn)題，更換顯卡試試。9短：說(shuō)明BIOS芯片檢驗(yàn)和錯(cuò)誤。1長(zhǎng)3短：說(shuō)明內(nèi)存錯(cuò)誤。內(nèi)存損壞，更換。1長(zhǎng)8短：說(shuō)明顯示測(cè)試錯(cuò)誤。顯示器數(shù)據(jù)線沒(méi)插好或顯示卡沒(méi)插牢?，F(xiàn)象四：系統(tǒng)能啟動(dòng)，有視頻，出現(xiàn)故障提示，這時(shí)可以根據(jù)提示來(lái)判斷故障部位。下面就是一些常見(jiàn)的故障提示的判斷：一、提示“CMOSBatteryStateLow”原因：CMOS參數(shù)丟失，有時(shí)可以啟動(dòng)，使用一段時(shí)間后死機(jī)，這種現(xiàn)象大多是CMOS供電不足引起的。對(duì)于不同的CMOS供電方式，采取不同的措施：1.焊接式電池：用電烙鐵重新焊上一顆新電池即可；2.鈕扣式電池：直接更換；3.芯片式：更換此芯片，最好采用相同型號(hào)芯片替換。如果更換電池后時(shí)間不長(zhǎng)又出現(xiàn)同樣現(xiàn)象的話，很可能是主板漏電，可檢查主板上的二極管或電容是否損壞，也可以跳線使用外接電池，不過(guò)這些都需要有一定的硬件維修基礎(chǔ)才能完成。二、提示“CMOSChecksumFailure”CMOS中的BIOS檢驗(yàn)和讀出錯(cuò)；提示“CMOSSystemOptionNotSet”，CMOS系統(tǒng)未設(shè)置；提示“CMOSDisplayTypeMismatch”，CMOS中顯示類型的設(shè)置與實(shí)測(cè)不一致；提示“CMOSMemorySizeMismatch”，主板上的主存儲(chǔ)器與CMOS中設(shè)置的不一樣；提示“CMOSTime&DateNotSet”，CMOS中的時(shí)間和日期沒(méi)有設(shè)置。這些都需要對(duì)CMOS重新設(shè)置。三、提示“KeyboardInterfaceError”后死機(jī)原因：主板上鍵盤(pán)接口不能使用，拔下鍵盤(pán)，重新插入后又能正常啟動(dòng)系統(tǒng)，使用一段時(shí)間后鍵盤(pán)無(wú)反應(yīng)，這種現(xiàn)象主要是多次拔插鍵盤(pán)引起主板鍵盤(pán)接口松動(dòng)，拆下主板用電烙鐵重新焊接好即可；也可能是帶電拔插鍵盤(pán)，引起主板上一個(gè)保險(xiǎn)電阻斷了（在主板上標(biāo)記為Fn的東西），換上一個(gè)1歐姆／0.5瓦的電阻即可。四、自檢過(guò)程中斷在xxxKCache處這表示主板上Cache損壞，可以在CMOS設(shè)置中將“ExternalCache”項(xiàng)設(shè)為“Disable”故障即可排除。同理，在自檢主板部件時(shí)出現(xiàn)中斷，則可以認(rèn)為該部件損壞，解決方法一般可以在CMOS中將其屏蔽，如果不能屏蔽該部件最好更換主板。五、提示“FDDControllerFailure”BIOS不能與軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器交換信息；提示“HDDControllerFailure”，BIOS不能與硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器交換信息。應(yīng)檢查FDD（HDD）控制卡及電纜。六、提示“8042GateA20Error”8042芯片壞；提示“DMAError”，DMA控制器壞。這種故障需要更換。七、提示“DisplaySwitchNotProper”主板上的顯示模式跳線設(shè)置錯(cuò)誤，重新跳線。八、提示“KeyboardisLock...Unlockit”鍵盤(pán)被鎖住，打開(kāi)鎖后重新引導(dǎo)系統(tǒng)。九、IDE接口設(shè)備檢測(cè)信息為：“DetectingPrimary（或Secondary）Master（或Slave）...None”表示該IDE接口都沒(méi)有找到硬盤(pán)，如果該IDE口確實(shí)接有硬盤(pán)的話，則說(shuō)明硬盤(pán)沒(méi)接上或硬盤(pán)有故障，可以從以下幾方面檢查：1、硬盤(pán)電源線和數(shù)據(jù)線是否接觸不良，或換一根線試試；2、CMOS設(shè)置有無(wú)錯(cuò)誤，進(jìn)入CMOS將“PrimaryMaster”、“PrimarySlave”、“SecondaryMaster”三項(xiàng)的的“TYPE”都設(shè)置成“Auto”；3、替換法確認(rèn)硬盤(pán)本身有故障。十、IDE接口設(shè)備檢測(cè)信息下面顯示“Floppydisk(s)fail(40)”出錯(cuò)信息表示CMOS所指定的軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器有問(wèn)題。判斷和解決的方法與硬盤(pán)相似?，F(xiàn)象五：系統(tǒng)不能引導(dǎo)。這種故障一般都不是嚴(yán)重問(wèn)題，只是系統(tǒng)在找到的用于引導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)器中找不到引導(dǎo)文件，比如：BIOS的引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置中將軟驅(qū)排在了硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)的前面，而軟驅(qū)中又放有沒(méi)有引導(dǎo)系統(tǒng)的軟盤(pán)或者BIOS的引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置中將光驅(qū)排在了硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)的前面，而光驅(qū)中又放有沒(méi)有引導(dǎo)系統(tǒng)的光盤(pán)，這個(gè)都很簡(jiǎn)單，將光盤(pán)或軟盤(pán)取出就可以了，實(shí)際應(yīng)用中遇到“DiskBootFailure，InsertSystemDiskAndPressEnter”的提示，多數(shù)都是這個(gè)原因。如果是硬盤(pán)不能引導(dǎo)的話一般有兩種情況：一種是硬盤(pán)數(shù)據(jù)線沒(méi)有插好，另一種就是硬盤(pán)數(shù)據(jù)損壞。前者一般多會(huì)出現(xiàn)硬盤(pán)容量檢測(cè)不正確和引導(dǎo)時(shí)出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象；后者則是干脆找不到引導(dǎo)文件或提示文件損壞。前者只需重新連接好數(shù)據(jù)線即可；后者則需要用win98的啟動(dòng)軟盤(pán)或啟動(dòng)光盤(pán)啟動(dòng)，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定：一、提示“Invalidpartitiontable”或“NotFoundany[activepartition]inHDDDiskBootFailure，InsertSystemDiskAndPressEnter”，這說(shuō)明找不到硬盤(pán)活動(dòng)分區(qū)，需要對(duì)硬盤(pán)重新分區(qū)。二、提示“Missoperationsyste”，說(shuō)明硬盤(pán)活動(dòng)分區(qū)需要重新格式化（formatc:/s）。三、提示“InvalidsystemdiskReplacethedisk，andthenpressanykey”或顯示“StartingWindows98…”時(shí)出現(xiàn)死機(jī)，說(shuō)明硬盤(pán)上的系統(tǒng)文件丟失了或損壞，使用“sysc:”，命令傳遞系統(tǒng)文件給c盤(pán)，再將C拷貝給c盤(pán)。現(xiàn)象六：硬盤(pán)可以引導(dǎo)，但Windows不能正常啟動(dòng)，也不能進(jìn)入安全模式。這種情況表明Windows98出現(xiàn)了嚴(yán)重的錯(cuò)誤，首先，用殺毒軟件查殺病毒，看是不是病毒造成的，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)病毒可以用以下方法試一試。一、直接將接口卡與各個(gè)外設(shè)都撥去，再插回去，并調(diào)整接口卡上的設(shè)置（如果可以的話）來(lái)檢查是否是硬件沖突造成，開(kāi)機(jī)看看是否可正常進(jìn)入Windows。二、檢查CMOS中的設(shè)置是否有不正確的地方，若不清楚，可選擇LoadBiosDefault項(xiàng)目，然后重開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)看是否可正常進(jìn)入Windows。三、在啟動(dòng)時(shí)按下F8鍵，一般會(huì)出現(xiàn)6個(gè)選項(xiàng)（如果安裝了DOS6.22則出現(xiàn)7個(gè)選項(xiàng)）選擇第4項(xiàng)“step－by－stepconfirmation”進(jìn)入單步運(yùn)行方式，按照出現(xiàn)死機(jī)的命令選擇處理方法：1、執(zhí)行“Processthesystemregistry”計(jì)算機(jī)就死機(jī)，說(shuō)明是注冊(cè)表故障，那么可以重新啟動(dòng)按F8鍵，選第4項(xiàng)后，只在Device=c:\windows\himem.sys這一項(xiàng)上按“Y”，其余的按“N”后，在DOS提示符下輸入Scanreg／fix修復(fù)注冊(cè)表或者是scanreg／restore恢復(fù)到以前系統(tǒng)自動(dòng)備份的注冊(cè)表后，再重新啟動(dòng)即可。2、在出現(xiàn)“Createastartuplogfile(BOOTTLOG.TXT)[Enter=Y，Esc=N]”時(shí)，選擇Y建立Bootlog.txt這個(gè)文件，可以檢查啟動(dòng)過(guò)程中各個(gè)系統(tǒng)文件裝載的情況。如果在裝載某一個(gè).vxd文件時(shí)死機(jī)，可以到其它計(jì)算機(jī)上復(fù)制該.vxd文件拷貝過(guò)來(lái)。3、如果是一啟動(dòng)就出現(xiàn)“現(xiàn)在可以安全地關(guān)閉計(jì)算機(jī)了”，一般是因?yàn)閃indows的System目錄的vmm32.vxd被損壞，可以到其它計(jì)算機(jī)上重新復(fù)制一個(gè)過(guò)來(lái)。4、一啟動(dòng)就出現(xiàn)藍(lán)屏并顯示“VFATDevcieInitializationFaild”，表示調(diào)用Windows目錄下的dblbuff.sys和ifshlp.sys文件出了問(wèn)題，可以在config.sys文件中手工加入如：“device=c:\windows\dblbuff.sys”和“devicehigh=c:\windows\ifshlp.sys”，如果還是不行，則表明這兩個(gè)文件己損壞，可以到其他計(jì)算機(jī)上新復(fù)制過(guò)來(lái)一份。四、使用文本編輯程序?qū)sdos.sys文件中的LOGO參數(shù)設(shè)置為“0”，關(guān)閉后再開(kāi)機(jī)時(shí)，看看是否可