2。1  虛擬儀器由硬件平臺與軟件開發平臺構成

2。1。1  虛擬儀器的硬件平臺

　　虛擬儀器的硬件構成主要包括：計算機、模／數轉換器、數／模轉換器、數字量輸入輸出等。虛擬儀器按功能可劃分成三個主要部分：

（1）信號輸入：將被測信號經信號調理后轉變成標準信號以利于計算機處理；

（2）信號輸出：將計算機產生的數字信號經過信號調理轉換成適合于被測系統的激勵信號；

（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  軟件開發平臺

　　虛擬擬儀器開發工具有Ｃ／Ｃ＋＋、ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ、ＬａｂＶＩＥＷ、惠普公司的ＶＥＥ及微軟的ＶＢ、ＶＣ等等軟件。其中，圖形化編程技術被專家看好，例如National  Instruments公司的ＬａｂＶＩＥＷ圖形化開發系統具有開放的軟件體系，提供DLL庫接口，支持OLE，還提供大量設備驅動程序庫、數字信號處理函數和分析庫。這些虛擬儀器開發系統還提供較強的通訊能力，能充分利用網絡操作系統如Windows-NT4。0的增強性能。例如ＬａｂＶＩＥＷ的TCP/IP和UDP網絡VI模塊能夠與遠程應用系統建立通信；Internet工具箱還為系統增加了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備的分散VI進行控制；利用OLE和DDE則可以將應用程序與其他基于Windows的系統集成起來。

2。2  虛擬儀器在電子教學中具有的優勢

（1）一機多用，節省資金及空間

　　一個傳統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，節約了設備投資，還可緩解高校實驗室空間不足的問題。

（2）與計算機網絡互連，為遠程實驗教學創造了條件

　　ＬａｂＶＩＥＷ的TCP/IP和UDP網絡VI模塊能夠與遠程應用系統建立通信；Internet工具箱還為系統增加了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備的分散VI進行控制；利用OLE和DDE則可以將應用程序與其他基于Windows的系統集成起來。這為虛擬儀器在遠程實驗教學創造了有利條件。

（3）具有強大的數據處理功能

　　虛擬儀器以計算機為核心，因此，它具有數據采集、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，而這對于傳統儀器來說是困難的。

（4）測量準確，克服各種機械故障

　　傳統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、旋鈕會出現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，不會出現類似于傳統儀器那樣的機械故障。另外，傳統儀器的指針式儀表，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用

　　虛擬儀器的硬件是以通用微型計算機為基礎的，購買一些儀器模板，就可以構成一定數量的虛擬儀器供學生使用。ＬａｂＶＩＥＷ是一種由相應的硬件（接口卡）支持的圖形編程語言，它具有十分強大的功能，包括數值函數運算、數據采集、信號處理、輸入／輸出控制、信號生成、圖像的獲取、處理和傳輸等等。它采用了工程界熟悉的術語、圖標等圖形化符號來代替常規的編程，把復雜、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備，如電視機、影碟機、錄像機等電子設備。同一臺虛擬儀器系統可以虛擬出電壓表、電流表、頻率計、示波器、信號發生器、掃頻儀等多種測量儀器。學生可以根據實驗要求，自行設計各種軟面板，定義儀器的功能，并以各種形式表達輸出檢測結果，進行實時分析。例如：虛擬儀器虛擬出的函數發生器，其波形、頻率、幅值等都可用鍵盤或鼠標進行設置，基本能代替常規的儀器使用。用它虛擬出的示波器，不僅具有常規示波器的功能，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，“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據處理，觀察和分析實驗結果。從而激發了學生的實驗興趣，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用

　　利用Workbench虛擬電子實驗軟件，可以進行各種電子電路的設計與測試，包括電工學、模擬電路、數字電路、高頻電路等的實驗。如：穩壓電路、多諧振蕩器電路、數字鐘實驗電路等。虛擬電子實驗所用的器件（包括型號、參數）、測試的儀器儀表、信號源、導線以及電路連接件等全部用軟件實現。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、觸發器、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，包括常規儀器儀表（如萬用表、交直流電流表、交直流電壓表、信號發生器、示波器等），高檔儀器（如字函數發生器、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備（如電視機、錄象機）。

3。1  虛擬電子實驗的優點

（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）可方便地對測試結果進行分析，利用打印機可直接打印輸出實驗數據、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，容易開展各種設計性實驗。

3。2  Workbench虛擬實驗軟件在電子實驗中的應用

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域，根據電路原理圖，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，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等均可根據需要重新設置，因此，大大提高了電路設計和實驗效率。

3。2。2  實驗演示及考查

　　用虛擬現實技術進行電子設計和測試，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能力進行檢查，如利用虛擬實驗軟件的電路故障設置功能，可以在電路中設置故障，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網，則可以實現遠程虛擬實驗，以脈沖產生整形電路為例，教師利用網絡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，運行應用程序（例如Electronics  Workbench），就可以進行虛擬實驗，通過調用器件庫畫電路圖，改變元件，輸入信號參數，觀察分析模擬仿真的測試結果，將結果存于磁盤上，在計算機上與理論值比較，分析其間的關系，做出實驗報告。教師則可以通過網絡收集和批改學生的實驗報告，向學生發送成績。這將有助于解決當前遠程教學中出現的實驗難的問題。

3。2。4  進行電路設計，培養學生的創新能力

　　虛擬電子實驗室為學生創造良好的實驗環境，有利于構建以學生為主體的教學模式，有利于學生知識的建構和創新能力的培養。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，還可以自行設計電路和選做一些趣味性的電路。如在“數字電路”課程中，學生不僅可以完成規定的“譯碼電路的應用”、“計數電路的應用”等實驗，還可以自行設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，又可提高學生的設計能力，有利于教學質量的提高。利用虛擬電子實驗室還能進行難度較大的綜合性或設計性實驗，如，數字鐘實驗，這是數字電路中計數、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用，通過綜合性或設計性實驗，進一步培養了學生的科研和動手能力。

4  結論

　　綜上所述，虛擬現實技術在電子教學的應用，使計算機變成實驗臺，軟件變成儀器，網絡變成實驗室。虛擬儀器、虛擬電子實驗具有傳統儀器、傳統電子實驗無法比擬的優勢，但是，也存在一些不足，例如：虛擬環境一個理想化的環境，它沒有考慮分布參數的影響及抗干擾問題。因此，虛擬實驗還必須與實物實驗、制作及調試相結合，通過優勢互補，才能夠達到更好的實驗教學效果。聲明：本文來自網絡，版權屬于原作者。