2。1  虛擬儀器由硬件平臺與軟件開發(fā)平臺構(gòu)成

2。1。1  虛擬儀器的硬件平臺

　　虛擬儀器的硬件構(gòu)成主要包括：計算機、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)／模轉(zhuǎn)換器、數(shù)字量輸入輸出等。虛擬儀器按功能可劃分成三個主要部分：

（1）信號輸入：將被測信號經(jīng)信號調(diào)理后轉(zhuǎn)變成標準信號以利于計算機處理；

（2）信號輸出：將計算機產(chǎn)生的數(shù)字信號經(jīng)過信號調(diào)理轉(zhuǎn)換成適合于被測系統(tǒng)的激勵信號；

（3）信號處理：利用計算機對信號進行分析、顯示、存儲等。

2。1。2  軟件開發(fā)平臺

　　虛擬擬儀器開發(fā)工具有Ｃ／Ｃ＋＋、ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ、ＬａｂＶＩＥＷ、惠普公司的ＶＥＥ及微軟的ＶＢ、ＶＣ等等軟件。其中，圖形化編程技術(shù)被專家看好，例如National  Instruments公司的ＬａｂＶＩＥＷ圖形化開發(fā)系統(tǒng)具有開放的軟件體系，提供DLL庫接口，支持OLE，還提供大量設(shè)備驅(qū)動程序庫、數(shù)字信號處理函數(shù)和分析庫。這些虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)還提供較強的通訊能力，能充分利用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)如Windows-NT4。0的增強性能。例如ＬａｂＶＩＥＷ的TCP/IP和UDP網(wǎng)絡(luò)VI模塊能夠與遠程應(yīng)用系統(tǒng)建立通信；Internet工具箱還為系統(tǒng)增加了E-mail、FTP和Web功能；利用遠程自動化VI模塊還可以對控制其他設(shè)備的分散VI進行控制；利用OLE和DDE則可以將應(yīng)用程序與其他基于Windows的系統(tǒng)集成起來。

2。2  虛擬儀器在電子教學中具有的優(yōu)勢

（1）一機多用，節(jié)省資金及空間

　　一個傳統(tǒng)的測試實驗要使用多種儀器，而且不同實驗所用的儀器也不同，如果開設(shè)綜合性實驗所需儀器更多，這么多的儀器不僅價值昂貴，體積大，占用空間多，而且相互連接也十分麻煩。如果使用虛擬儀器系統(tǒng)就可以很好地解決這個問題。不僅虛擬儀器工作平臺的ＰＣ機可以一機多用，而且實驗室也可以一室多用，節(jié)約了設(shè)備投資，還可緩解高校實驗室空間不足的問題。

（2）與計算機網(wǎng)絡(luò)互連，為遠程實驗教學創(chuàng)造了條件

　?。蹋幔猓郑桑牛椎腡CP/IP和UDP網(wǎng)絡(luò)VI模塊能夠與遠程應(yīng)用系統(tǒng)建立通信；Internet工具箱還為系統(tǒng)增加了E-mail、FTP和Web功能；利用遠程自動化VI模塊還可以對控制其他設(shè)備的分散VI進行控制；利用OLE和DDE則可以將應(yīng)用程序與其他基于Windows的系統(tǒng)集成起來。這為虛擬儀器在遠程實驗教學創(chuàng)造了有利條件。

（3）具有強大的數(shù)據(jù)處理功能

　　虛擬儀器以計算機為核心，因此，它具有數(shù)據(jù)采集、儲存、分析、處理、傳輸及控制的強大功能，使用虛擬儀器能夠輕而易舉地測量、顯示暫態(tài)或緩慢變化的量以及對被測量進行各種分析，而這對于傳統(tǒng)儀器來說是困難的。

（4）測量準確，克服各種機械故障

　　傳統(tǒng)儀器操作面板是物理實體，儀器使用久了以后，操作面板上的開關(guān)、旋鈕會出現(xiàn)接觸不良等機械故障。而虛擬儀器的操作面板是由軟件生成的，用鼠標或鍵盤對其進行操作，不會出現(xiàn)類似于傳統(tǒng)儀器那樣的機械故障。另外，傳統(tǒng)儀器的指針式儀表，其測量誤差較大，而虛擬儀器則可以進行高速和精密測量。

2。3  虛擬儀器在教學中的應(yīng)用

　　虛擬儀器的硬件是以通用微型計算機為基礎(chǔ)的，購買一些儀器模板，就可以構(gòu)成一定數(shù)量的虛擬儀器供學生使用。ＬａｂＶＩＥＷ是一種由相應(yīng)的硬件（接口卡）支持的圖形編程語言，它具有十分強大的功能，包括數(shù)值函數(shù)運算、數(shù)據(jù)采集、信號處理、輸入／輸出控制、信號生成、圖像的獲取、處理和傳輸?shù)鹊取Ｋ捎昧斯こ探缡煜さ男g(shù)語、圖標等圖形化符號來代替常規(guī)的編程，把復(fù)雜、煩瑣、費時的語言編程簡化成簡單、直觀、易學的圖形編程方式。學生可以很快學會使用ＬａｂＶＩＥＷ設(shè)計出各種電子測試儀器。

　　在電子教學實驗中，可以用虛擬儀器測試各種電子設(shè)備，如電視機、影碟機、錄像機等電子設(shè)備。同一臺虛擬儀器系統(tǒng)可以虛擬出電壓表、電流表、頻率計、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀等多種測量儀器。學生可以根據(jù)實驗要求，自行設(shè)計各種軟面板，定義儀器的功能，并以各種形式表達輸出檢測結(jié)果，進行實時分析。例如：虛擬儀器虛擬出的函數(shù)發(fā)生器，其波形、頻率、幅值等都可用鍵盤或鼠標進行設(shè)置，基本能代替常規(guī)的儀器使用。用它虛擬出的示波器，不僅具有常規(guī)示波器的功能，還可同時顯示、記錄、存儲和打印多通道輸入的波形，對存儲的曲線可通過“回放”功能顯示在屏幕上，“回放”速度可調(diào)，“回放”過程可暫停波形掃描，以便能更清楚地觀察波形的變化，所存儲的曲線可以在任何時間打印輸出，學生可以及時進行數(shù)據(jù)處理，觀察和分析實驗結(jié)果。從而激發(fā)了學生的實驗興趣，提高了實驗效果和效率，加深了他們對理論知識的掌握。

3  虛擬電子實驗室及教學應(yīng)用

　　利用Workbench虛擬電子實驗軟件，可以進行各種電子電路的設(shè)計與測試，包括電工學、模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路等的實驗。如：穩(wěn)壓電路、多諧振蕩器電路、數(shù)字鐘實驗電路等。虛擬電子實驗所用的器件（包括型號、參數(shù)）、測試的儀器儀表、信號源、導(dǎo)線以及電路連接件等全部用軟件實現(xiàn)。Workbench中有11類元器件庫，即組合器件、分立元器件、整流類元器件、場效應(yīng)管、繼電器及可控信號源類、混合電路、顯示測試器件、通用邏輯電路、譯碼器及多路開關(guān)、觸發(fā)器、集成電路ＩＣ等，有70多種電子元器件；該軟件提供了種類齊全的虛擬測試儀器，包括常規(guī)儀器儀表（如萬用表、交直流電流表、交直流電壓表、信號發(fā)生器、示波器等），高檔儀器（如字函數(shù)發(fā)生器、邏輯分析儀等）[2]。但該虛擬儀器只能用于測量虛擬電子實驗中的電路，不能測量虛擬電子實驗室以外的電子設(shè)備（如電視機、錄象機）。

3。1  虛擬電子實驗的優(yōu)點

（1）功能完善，實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以做各種類型實驗。

（2）可方便地對測試結(jié)果進行分析，利用打印機可直接打印輸出實驗數(shù)據(jù)、測試曲線和電路原理圖。

（3）實驗不消耗器材，實驗所需器材種類和數(shù)量不限制，實驗成本低。

（4）實驗速度快，效率高，容易開展各種設(shè)計性實驗。

3。2  Workbench虛擬實驗軟件在電子實驗中的應(yīng)用

3。2。1  虛擬電子實驗

　　利用Workbench虛擬實驗軟件，可以進行各種電子電路的設(shè)計與測試實驗，例如：做虛擬的負反饋電路實驗，實驗時在計算機上將所需的“虛擬元器件”和測試用的“虛擬儀器儀表”，“拖放”至實驗平臺的工作區(qū)域，根據(jù)電路原理圖，用鼠標操作連接好電路。然后用鼠標開啟桌面左上角的電源開關(guān)，進行虛擬測試。用鼠標左鍵雙擊示波器圖標將屏幕放大，通過觀察示波器上的波形，就可以看出：在沒有負反饋時，輸出信號波形會嚴重失真；而引入負反饋時，輸出信號波形明顯得到改善。實驗中對電路元器件參數(shù)的修改很方便，用鼠標左鍵雙擊元器件圖標，即可彈出元器件參數(shù)修改窗口。如電阻的阻值、電容的容量、晶體管及集成電路的型號參數(shù)等均可根據(jù)需要重新設(shè)置，因此，大大提高了電路設(shè)計和實驗效率。

3。2。2  實驗演示及考查

　　用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行電子設(shè)計和測試，不僅可以提高實驗的效率，而且在教學中，可以很方便、直觀地進行虛擬實驗與演示各種電子電路的工作原理。這樣，理論課教學中難于講清的重點和難點問題，可以通過的驗證性虛擬實驗演示等教學手段進行。另外，利用虛擬實驗軟件可以對學生實驗?zāi)芰M行檢查，如利用虛擬實驗軟件的電路故障設(shè)置功能，可以在電路中設(shè)置故障，以考核學生排除故障的能力[3]。

3。2。3  遠程虛擬實驗

　　如果將虛擬實驗室聯(lián)網(wǎng)，則可以實現(xiàn)遠程虛擬實驗，以脈沖產(chǎn)生整形電路為例，教師利用網(wǎng)絡(luò)對遠處的學生進行示范講解，然后學生通過訪問學校的虛擬實驗室系統(tǒng)，運行應(yīng)用程序（例如Electronics  Workbench），就可以進行虛擬實驗，通過調(diào)用器件庫畫電路圖，改變元件，輸入信號參數(shù)，觀察分析模擬仿真的測試結(jié)果，將結(jié)果存于磁盤上，在計算機上與理論值比較，分析其間的關(guān)系，做出實驗報告。教師則可以通過網(wǎng)絡(luò)收集和批改學生的實驗報告，向?qū)W生發(fā)送成績。這將有助于解決當前遠程教學中出現(xiàn)的實驗難的問題。

3。2。4  進行電路設(shè)計，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

　　虛擬電子實驗室為學生創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境，有利于構(gòu)建以學生為主體的教學模式，有利于學生知識的建構(gòu)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如果將虛擬電子實驗室建成開放實驗室，學生則可以隨時自由上機做電子電路設(shè)計和虛擬實驗，學生除了獨立完成課程的驗證性實驗和必做的綜合性實驗以外，還可以自行設(shè)計電路和選做一些趣味性的電路。如在“數(shù)字電路”課程中，學生不僅可以完成規(guī)定的“譯碼電路的應(yīng)用”、“計數(shù)電路的應(yīng)用”等實驗，還可以自行設(shè)計電路和選作一些趣味性的電路，如彩燈控制、交通燈控制等控制電路以及各種報警電路等，這樣，既增強了學習積很性，又可提高學生的設(shè)計能力，有利于教學質(zhì)量的提高。利用虛擬電子實驗室還能進行難度較大的綜合性或設(shè)計性實驗，如，數(shù)字鐘實驗，這是數(shù)字電路中計數(shù)、分頻、譯碼、顯示及時鐘脈沖振蕩器等組合邏輯電路與時序邏輯電路的綜合應(yīng)用，通過綜合性或設(shè)計性實驗，進一步培養(yǎng)了學生的科研和動手能力。

4  結(jié)論

　　綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電子教學的應(yīng)用，使計算機變成實驗臺，軟件變成儀器，網(wǎng)絡(luò)變成實驗室。虛擬儀器、虛擬電子實驗具有傳統(tǒng)儀器、傳統(tǒng)電子實驗無法比擬的優(yōu)勢，但是，也存在一些不足，例如：虛擬環(huán)境一個理想化的環(huán)境，它沒有考慮分布參數(shù)的影響及抗干擾問題。因此，虛擬實驗還必須與實物實驗、制作及調(diào)試相結(jié)合，通過優(yōu)勢互補，才能夠達到更好的實驗教學效果。聲明：本文來自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)屬于原作者。