基于LabVIEW的虛擬數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于LabVIEW的虛擬數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要當(dāng)今社會(huì)在校學(xué)生人數(shù)急劇增加，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器已不能滿足實(shí)驗(yàn)需要，學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練得不到滿足，尤其是理工科學(xué)生，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，抽象的理論知識(shí)很難理解。隨著低成本高性能的計(jì)算機(jī)資源普及運(yùn)用，數(shù)字化儀器平臺(tái)逐漸取代傳統(tǒng)電子儀器已成為一種趨勢(shì)。如果把虛擬儀器運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研中，不但可以節(jié)約大量?jī)x器設(shè)備的需要，也提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研的效率和質(zhì)量。數(shù)字電路作為電子信息類各專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，其實(shí)踐實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)尤為重要。用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將廣泛的應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù)，數(shù)字電路，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，LabVIEWABSTRACTIn todays society, the number of students increased exponentially, The traditional experimental apparatus has been unable to meet the need of experiment, Students do not meet the actual experiment training, Especially for students of science and Engineering, No experimental training, Abstract theory is hard to understand.With low cost and high performance computer resources use, Digital instrument platform gradually replaced the traditional electronic instrument has become a trend. If the virtual instrument used in the experiment teaching and scientific research, Not only can save a large amount of equipment needs, but also improve the experimental teaching and the scientific research quality and efficiency. Digital circuit for electronic information majors mainly technical basic course of, The experimental practice link is particularly important. Using the virtual instrument technology to construct digital circuit experiment system, will be widely applied in the experimental teaching.Keywords: virtual instru ment technology , digital circuit , experiment System , LabVIEW目 錄第一章 緒論4 一、課題提出的背景和意義4 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)4第二章 虛擬儀器概述5 第三章 LabVIEW在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用10第四章 數(shù)電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14 一、組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)14 1、全加器14 2、全減器15 3、譯碼器16 4、數(shù)據(jù)選擇器18 二、時(shí)序邏輯電路實(shí)驗(yàn)19 1、RS觸發(fā)器19 2、JK觸發(fā)器21 3、計(jì)數(shù)器22 三、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)23 1、信號(hào)發(fā)生器23 2、七段數(shù)碼管25 3、時(shí)鐘及秒表計(jì)時(shí)器27總 結(jié)29致 謝30參考文獻(xiàn)31第一章 緒 論一、課題提出的背景和意義實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。隨著科技的飛速發(fā)展，課程教學(xué)內(nèi)容不斷更新，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式日益暴露出一些缺陷和不足。如今高校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)設(shè)備數(shù)量有限，特別是一些貴重的儀器，要做到學(xué)生與設(shè)備一對(duì)一配套是不現(xiàn)實(shí)的。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式中，一般會(huì)將學(xué)生分為若干小組，以組為單位作實(shí)驗(yàn)，使部分同學(xué)難以全部參與和投入，沒(méi)能充分了解和掌握實(shí)驗(yàn)全過(guò)程。再加上傳統(tǒng)儀器功能固定且單一，儀器使用多年后，精度和靈敏度會(huì)有所下降，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中常常會(huì)因?yàn)閮x器的原因而使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生很多誤差然后浪費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行檢查。而且傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街校瑢W(xué)生靠手工記錄和分析數(shù)據(jù)，這樣這些數(shù)據(jù)不便于保存、查詢和整理。數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)是理工科專業(yè)教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生電子技術(shù)應(yīng)用和工程設(shè)計(jì)能力不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)，所以實(shí)驗(yàn)室水平要不斷改進(jìn)和提高，以適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展。虛擬儀器技術(shù)為解決這一問(wèn)題提供了可能，如果基于虛擬儀器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到應(yīng)用，將可以改善實(shí)驗(yàn)條件和效果，使教學(xué)更生動(dòng)形象，這是在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一種先進(jìn)技術(shù)手段。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是在LabVIEW虛擬儀器的設(shè)計(jì)環(huán)境下完成數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 在前面板即圖形用戶界面上表現(xiàn)開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形或者其他控制和顯示對(duì)象，在后面板調(diào)用事件結(jié)構(gòu)、While循環(huán)、條件結(jié)構(gòu)等LabVIEW典型函數(shù)模塊完成事件的響應(yīng)和實(shí)現(xiàn)等功能。然后根據(jù)各個(gè)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)原理用LabVIEW分別進(jìn)行模塊編程，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用戶只需在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)總面板上點(diǎn)擊相應(yīng)的功能模塊，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，然后進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的操作。這樣使學(xué)生容易理解各個(gè)電路的功能以進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練和自主學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生的能力培養(yǎng)。第二章 虛擬儀器概述從儀器的發(fā)展史可以看出，儀器領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)歷了兩次技術(shù)革命。第一次是由數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展引起的，使儀器進(jìn)入數(shù)字化儀器時(shí)代；第二次儀器革命是由于微處理器的廣泛應(yīng)用引起的，使儀器進(jìn)入智能儀器時(shí)代。而現(xiàn)在正在進(jìn)行著第三次儀器革命即虛擬儀器時(shí)代，這和通用計(jì)算機(jī)硬軟件技術(shù)的進(jìn)步密不可分的。一、虛擬儀器的簡(jiǎn)介美國(guó)國(guó)家儀器公司NI（National Instruments）提出了虛擬測(cè)量?jī)x器（Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱VI）的概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長(zhǎng)驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而開(kāi)創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河。虛擬儀器(VI)是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字化測(cè)量測(cè)試儀器，用計(jì)算機(jī)屏幕形象、方便地模擬各種儀器的調(diào)控面板，以各種需要的形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果；用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)大部分信號(hào)的分析和處理，完成各種調(diào)控和測(cè)試功能。“軟件即是儀器”，在虛擬儀器系統(tǒng)中，軟件發(fā)揮著核心作用，在其中，硬件僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，而核心功能以軟件來(lái)完成，基于虛擬儀器，用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能，通過(guò)軟件修改的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。因此利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源，配以獨(dú)特設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用軟件，可以實(shí)現(xiàn)普通儀器的全部功能以及一些在普通儀器上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊功能1。VI是計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)晶，代表著當(dāng)今儀器發(fā)展的最新趨勢(shì)。自美國(guó)國(guó)家儀器公司在1986年提出虛擬儀器的概念之后，虛擬儀器技術(shù)便一直成為發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)測(cè)控領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和應(yīng)用前沿。20多年來(lái)，無(wú)論是初學(xué)乍用的新手還是經(jīng)驗(yàn)豐富的程序開(kāi)發(fā)人員，虛擬儀器在各種不同的工程應(yīng)用和行業(yè)的測(cè)量及控制的用戶中廣受歡迎。二、虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外：自20世紀(jì)80年代以來(lái)，NI公司研制和推出了多種總線系統(tǒng)的虛擬儀器，其代表產(chǎn)品是LabVIEW圖形編程系統(tǒng)。隨后HP公司也推出了HPVEE編程系統(tǒng)。后來(lái)世界上又陸續(xù)百家公司如Tektronix公司、Racal公司也相繼推出了各自的產(chǎn)品。1988年，全球只有5家制造商推出的30余種產(chǎn)品；1994年，已有90余家近1000多種產(chǎn)品問(wèn)世。但最早和最具影響力的還是NI 公司的圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW。虛擬儀器在國(guó)外已發(fā)展成為一種新的產(chǎn)業(yè)。美國(guó)是虛擬儀器的誕生地，目前也是全球最大的虛擬儀器制造國(guó)2。國(guó)內(nèi)：20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始引進(jìn)、研究和開(kāi)發(fā)工作，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)將虛擬儀器研究作為現(xiàn)代機(jī)械工程科學(xué)前沿學(xué)科之一，列入為 “十五”期間優(yōu)先資助領(lǐng)域。目前有些研究已取得可喜成績(jī)，如863項(xiàng)目“虛擬儀器關(guān)鍵技術(shù)的研究及其產(chǎn)業(yè)化”，所研制的“一體化虛擬儀器”就是一種不同于歐美虛擬儀器的技術(shù)。這項(xiàng)成果表明我國(guó)在虛擬儀器方面走出一條自主創(chuàng)新的路子。據(jù)“國(guó)際自動(dòng)化儀表”雜志1999年預(yù)測(cè)：到21世紀(jì)前十年，全世界將有50%的儀器儀表為虛擬儀器，其生產(chǎn)廠家將超過(guò)千家，產(chǎn)品將達(dá)到數(shù)千種。市場(chǎng)占有率將達(dá)到電測(cè)儀器儀表的50%以上。三、虛擬儀器的結(jié)構(gòu)和分類虛擬儀器可以概括為：采集硬件+顯示面板+算法軟件傳感器調(diào)理器采集器I/O口I/O驅(qū)動(dòng)面板算 法虛擬儀器硬件軟件虛擬儀器本質(zhì)上是一個(gè)開(kāi)放型的結(jié)構(gòu)，由通用計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器或其他CPU來(lái)提供信號(hào)處理、存儲(chǔ)和顯示功能，由數(shù)據(jù)采集板卡、CPB或VXI總線接口板進(jìn)行信號(hào)的獲取與控制，實(shí)現(xiàn)儀器的功能。根據(jù)它采用總線方式的不同3，可分為以下幾種類型：1、PC總線插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW相結(jié)合，它可以通過(guò)各種控件自已組建各種儀器。Labview/cvi是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過(guò)三種編程語(yǔ)言Visual C+,Visual Basic,Labviews/cvi構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)，它充分利用計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及軟件的便利。但是受PC機(jī)機(jī)箱和總線限制，且有電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽等缺點(diǎn)。另外，ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，PCI總線的虛擬儀器價(jià)格比較昂貴。2、并行口式虛擬儀器最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置，它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上，通?？梢酝瓿筛鞣N測(cè)量測(cè)試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計(jì)、數(shù)字萬(wàn)用表、功率計(jì)、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國(guó)LINK公司的DSO-2XXX系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計(jì)算機(jī)相連，方便野外作業(yè)，又可與臺(tái)式PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用，非常方便。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。3、GBIB總線方式的虛擬儀器GPIB技術(shù)是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，典型的GPIB系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、一塊GPIB接口卡和若干臺(tái)GPIB形式的儀器通過(guò)GPIB電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊GPIB接口可帶多達(dá)14臺(tái)儀器，電纜長(zhǎng)度可達(dá)40米。GPIB技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺(tái)儀器組合起來(lái)，形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。4、VXI總線方式虛擬儀器VXI總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來(lái)越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合。有其他儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。然而，組建VXI總線要求有機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價(jià)比較高。5、PXI總線方式虛擬儀器PXI總線方式是PCI總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。PXI的高度可擴(kuò)展性。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，而臺(tái)式PCI系統(tǒng)只有34個(gè)擴(kuò)展槽，通過(guò)使用PCIPCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成未來(lái)的虛擬儀器平臺(tái)。但無(wú)論采用哪種類型的虛擬儀器系統(tǒng)，都是通過(guò)應(yīng)用軟件將硬件設(shè)備搭載到計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全數(shù)字化的采集、測(cè)試和分析。而開(kāi)發(fā)虛擬儀器離不開(kāi)合適的軟件工具，目前的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具有兩類：文本式編程語(yǔ)言，如Visual C+，VisualBasic，LabWindows/CVI等；圖形化的編程語(yǔ)言，如LabVIEW，HPVEE等，這些軟件開(kāi)發(fā)工具為用戶設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用軟件提供了最大限度的方便與良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。但是虛擬儀器也并非十全十美，在與其他設(shè)備連接時(shí)容易受到客觀環(huán)境和條件的限制，另外由于需要進(jìn)行大量的軟件計(jì)算，可能造成較大的時(shí)延，此種情況下需要用傳統(tǒng)的硬件儀器來(lái)代替。第三章 LabVIEW在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用一、LabVIEW簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境）的簡(jiǎn)稱，是由美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments，NI）創(chuàng)立的一個(gè)功能強(qiáng)大而靈活的圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境。NI公司生產(chǎn)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的軟硬件產(chǎn)品，其產(chǎn)品幫助從事研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、測(cè)量工作，以及在諸如汽車、半導(dǎo)體、電子、化學(xué)、電信、制藥等行業(yè)工作的工程師和科學(xué)家進(jìn)行測(cè)量、過(guò)程控制及數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)。在試驗(yàn)測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化和數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域起著重要作用。與C和 BASIC 一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、文件輸入/輸出、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、GPIB/VXI/PXI/基于計(jì)算機(jī)的儀器、RS232/485協(xié)議、模擬/數(shù)字/計(jì)數(shù)器/、信號(hào)調(diào)理、圖像獲取和機(jī)器視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)控制、PLC/數(shù)據(jù)日志等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試及觀察數(shù)據(jù)流。LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言通常稱為G編程語(yǔ)言。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。與傳統(tǒng)的編程方式相比,使用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器,可以提高效率410倍。同時(shí),利用其模塊化和遞歸方式,用戶可以在很短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計(jì)和更改自己的虛擬儀器系統(tǒng)4,5。前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對(duì)象（indicator）。使用圖標(biāo)和連線，可以通過(guò)編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。LabVIEW系統(tǒng)由LabVIEW應(yīng)用執(zhí)行文件和許多相關(guān)的文件及子目錄組成。LabVIEW使用文件和目錄來(lái)存儲(chǔ)創(chuàng)建VI所必須的信息，部分重要的文件和目錄如下： 1、LabVIEW可執(zhí)行程序：用于啟動(dòng)LabVIEW。2、vi.lib目錄：該目錄包含VI庫(kù)，如數(shù)據(jù)采集、儀器控制和分析VI。它必須與LabVIEW可執(zhí)行程序在同一目錄下。不要改變vi.lib目錄名稱，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW啟動(dòng)時(shí)要查找該目錄。如果改變此名稱，就無(wú)法使用眾多的控件和庫(kù)函數(shù)。3、examples目錄：該目錄包含許多VI示例，這些例子示范了LabVIEW的功能。4、user.lib目錄：用戶創(chuàng)建的VI保存于該目錄并將出現(xiàn)在LabVIEW的Functions palette上。5、instr.lib目錄：如果希望用戶儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)出現(xiàn)在LabVIEW的函數(shù)選項(xiàng)板上，應(yīng)將其放置在該目錄下。6、Learning目錄：該目錄包含有使用本書(shū)所需的VI庫(kù)。圖3.1 LabVIEW的發(fā)展歷程二、LabVIEW編程簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW編程一般要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟。1、總體設(shè)計(jì)：根據(jù)用戶需求，進(jìn)行VI總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定面板布局與程序流程，并保證所使用的虛擬儀器硬件在LabVIEW函數(shù)庫(kù)中有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。2、前面板設(shè)計(jì)：在LabVIEW的前面板編輯窗口內(nèi)，利用工具模板和控件模板進(jìn)行VI前面板的設(shè)計(jì)。圖3.2 LabVIEW前面板3、框圖編程：在LabVIEW的框圖編輯窗口內(nèi)，利用工具模板和函數(shù)模板進(jìn)行方框圖編程。圖3.3 LabVIEW框圖4、程序調(diào)試：?jiǎn)螕羟懊姘寰庉嫶翱诨蚍娇驁D編輯窗口工具條中的運(yùn)行按鈕，執(zhí)行VI程序；同時(shí)可利用LabVIEW工具模板中的斷點(diǎn)工具和探針工具調(diào)試縮編程序。三、LabVIEW中的數(shù)字電路技術(shù)LabVIEW具有典型的圖形化語(yǔ)言風(fēng)格，其程序的編制過(guò)程就是將不同的圖標(biāo)進(jìn)行選擇、組合并連線的過(guò)程。其不同圖標(biāo)相當(dāng)于具有不同功能的“子程序”，圖標(biāo)間的連線指定了數(shù)據(jù)的流向，相當(dāng)于代碼語(yǔ)言的“賦值”語(yǔ)句。在LabVIEW的函數(shù)選板中，既包含了大量專用的信號(hào)處理、信號(hào)運(yùn)算等圖標(biāo)，也包含了各種數(shù)值運(yùn)算、邏輯運(yùn)算的基本VI圖標(biāo)。 圖3.4 LabVIEW布爾運(yùn)算不難看出，利用這些圖標(biāo)編制的邏輯運(yùn)算程序（LabVIEW后面板），也就是一個(gè)規(guī)范的數(shù)字邏輯電路的邏輯圖。就信號(hào)的輸入/輸出來(lái)說(shuō)，LabVIEW亦提供了豐富的輸入控件和輸出控件，如各種形式的開(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈、波形顯示器等等，這些“器件”可直接用簡(jiǎn)單的拖動(dòng)方式拖放到相應(yīng)位置即可使用6。圖3.5 LabVIEW布爾選項(xiàng)板由于虛擬儀器LabVIEW中提供的布爾運(yùn)算VI比較完備，再加上系統(tǒng)本身圖形化的語(yǔ)言風(fēng)格，完全可以做到將“程序邏輯圖實(shí)驗(yàn)過(guò)程輸入輸出”等過(guò)程的結(jié)合，使過(guò)程簡(jiǎn)單明晰，可以完成數(shù)字邏輯電路中幾乎所有的實(shí)驗(yàn)及演示，如：半加器、全加器、比較器、計(jì)數(shù)器、與非門、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、譯碼器等等。而且還可以運(yùn)用LabVIEW中程序執(zhí)行過(guò)程的“高亮度單步執(zhí)行”模式充分地觀察到信號(hào)的動(dòng)態(tài)流程和邏輯電路的運(yùn)算過(guò)程。第四章數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)1、全加器兩個(gè)同位的加數(shù)和來(lái)自低位的進(jìn)位三者相加，這種加法運(yùn)算就是所謂的全加，而實(shí)現(xiàn)全加運(yùn)算的電路就叫做全加器。如果用A、B代表兩個(gè)數(shù)中的第i位，用Ci表示來(lái)自低位的進(jìn)位，用S表示全加和，用Co表示送給高位的進(jìn)位6，7，那么得出真值表為如表4.1所示：ABCiSCo0000000110010100110110010101011100111111表4.1 全加器根據(jù)其邏輯關(guān)系用LabVIEW編寫(xiě)程序框圖，如圖4.1所示：圖4.1 全加器程序框圖前面板如下：圖4.2 全加器前面板2、全減器 全減器是兩個(gè)二進(jìn)制的數(shù)進(jìn)行減法運(yùn)算時(shí)使用的一種運(yùn)算單元。最簡(jiǎn)單的全減器是采用本位結(jié)果和借位來(lái)顯示，二進(jìn)制中是借一當(dāng)二，所以可以使用兩個(gè)輸出變量的高低電平變化來(lái)實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。全減器真值如表4.2所示：其中A和B表示二進(jìn)制數(shù)的第i位，S表示本位最終運(yùn)算結(jié)果，即就是低位向本位借位或本位向高位借位之后的最終結(jié)果，Ci表示低位是否向本位借位，Co表示本位是否向高位借位。ABCiSCo0000000111010110110110010101001100011111表4.2 全減器根據(jù)其邏輯關(guān)系用LabVIEW編寫(xiě)程序框圖，如圖4.3所示：圖4.3 全減器程序框圖前面板運(yùn)行結(jié)果如下圖4.4所示：圖4.4 全減器運(yùn)行結(jié)果3、譯碼器譯碼器是將輸入二進(jìn)制代碼的狀態(tài)翻譯成輸出信號(hào)，以表示其原來(lái)含義的電路。根據(jù)需要，輸出信號(hào)可以是脈沖，也可以是高電平或者低電平。譯碼器種類很多，但他們的工作原理和分析設(shè)計(jì)方法大同小異。表4.3是3位二進(jìn)制譯碼器的真值表，輸入是3位二進(jìn)制代碼A2、A1、A0，輸出是其狀態(tài)譯碼Y0Y7。輸入輸出A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000 表4.3 譯碼器 根據(jù)其邏輯關(guān)系用LabVIEW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4、數(shù)據(jù)選擇器在多路數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，能夠根據(jù)需要將其中任意一路挑選出來(lái)的電路，叫做數(shù)據(jù)選擇器，也稱為多路選擇器或多路開(kāi)關(guān)。 表4.4是4選1數(shù)據(jù)選擇器，輸入信號(hào)：4路數(shù)據(jù)，用D0、D1、D2、D3表示；兩個(gè)選擇控制信號(hào)，用A0、A1表示。輸出信號(hào)：用Y表示，它可以是4路輸入數(shù)據(jù)中的任意一路。輸入輸出DA1A0YD000D0D101D1D210D2D311D3表4.4 數(shù)據(jù)選擇器根據(jù)其邏輯關(guān)系用LabVIEW編寫(xiě)程序框圖，如圖4.7所示：圖4.7 數(shù)據(jù)選擇器程序框圖前面板如圖4.8所示：圖4.8 數(shù)據(jù)選擇器二、時(shí)序邏輯電路實(shí)驗(yàn)1、RS觸發(fā)器把兩個(gè)與非門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。圖4.9 RS觸發(fā)器邏輯電路1.當(dāng)R端無(wú)效(1)，S端有效時(shí)(0)，則Q=1,Q非=0,觸發(fā)器置1。2.當(dāng)R端有效(0)、S端無(wú)效時(shí)(1)，則Q=0,Q非=1,觸發(fā)器置0。3.當(dāng)RS端均無(wú)效時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。4.當(dāng)RS端均有效時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不確定 RSQn+1注00Qn保持011置1100置011不用不允許表4.5 基本RS觸發(fā)器特性表圖4.10 RS觸發(fā)器程序框圖圖4.11 RS觸發(fā)器前面板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是脈沖輸入端，Q與/Q為兩個(gè)互補(bǔ)輸出端。 JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為Qn+1 J/Qn/KQn，JK觸發(fā)器常被用作緩沖存儲(chǔ)器，移位寄存器和計(jì)數(shù)器。JKQnQn+1注0000保持00110100置001101001置110111101翻轉(zhuǎn)1110表4.6 JK型觸發(fā)器特性表圖4.12 JK觸發(fā)器程序框圖圖4.13 JK觸發(fā)器前面板3、計(jì)數(shù)器 在數(shù)字電路中，把記憶輸入CP脈沖個(gè)數(shù)的操作叫做計(jì)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作的電子電路稱為計(jì)數(shù)器。它的主要特點(diǎn)是：一般地說(shuō)，這種計(jì)數(shù)器除了輸入計(jì)數(shù)脈沖CP信號(hào)外，很少有另外的輸入信號(hào)，其輸出通常也都是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，是一種Moore型的時(shí)序電路，而輸入計(jì)數(shù)脈沖CP是當(dāng)作觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)待的。從電路組成看，其主要組成單元是時(shí)鐘觸發(fā)器。 如程序圖4.14所示的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)中，通過(guò)控制UP/DOWN鍵，當(dāng)UP/DOWN鍵為1時(shí)，隨著計(jì)數(shù)脈沖的不斷輸入而作遞增計(jì)數(shù)；當(dāng)UP/DOWN鍵為0時(shí)，隨著計(jì)數(shù)脈沖的不斷輸入而作遞減計(jì)數(shù)。即此計(jì)數(shù)器可作為加減用的同步雙向計(jì)數(shù)器。 因?yàn)殡p向同步計(jì)數(shù)器是基于JK觸發(fā)器做成的，其中部分電路是JK觸發(fā)器，所以可以利用LabVIEW中子VI的功能將JK觸發(fā)器打包成一個(gè)子程序，作為VI模塊調(diào)用。 圖4.14 計(jì)數(shù)器程序框圖前面板如圖4.15所示：圖4.15 計(jì)數(shù)器前面板三、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1、信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀器。按信號(hào)波形可分為正弦信號(hào)、函數(shù)（波形）信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。LabVIEW程序框圖，如圖4.16所示：圖4.16 信號(hào)發(fā)生器程序框圖前面板如圖4.17所示：圖4.17 信號(hào)發(fā)生器程序框圖在此信號(hào)發(fā)生器中可以選擇正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形，并且可改變信號(hào)波形的振幅和頻率，以此可以觀察出波形變化的情況，這樣一目了然，清晰易懂。2、七段數(shù)碼管 LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有8位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類。七段LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g來(lái)表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，已形成我們眼睛看到的字樣。輸入輸出字形DCBAabcdefg00001111110000010110000100101101101200111111001301000110011401011011011501101011111601111110000710001111111810011111011910101110111A10111111111B11001001110C11011111110D11101001111E11111000111F表4.7 七段數(shù)碼管LabVIEW程序框圖，如圖4.18所示：圖4.18 七段數(shù)碼管程序框圖前面板如圖4.19所示：圖4.19 七段數(shù)碼管顯示通過(guò)改變8421代碼下的開(kāi)關(guān)，來(lái)對(duì)輸入信號(hào)A、B、C、D進(jìn)行改變，從而控制數(shù)碼管a、b、c、d、e、f、g的明暗，顯示相應(yīng)的數(shù)字。3、時(shí)鐘及秒表計(jì)時(shí)器人類的計(jì)時(shí)器已有幾千年歷史。如今我們只需瞧一下鐘就能說(shuō)出時(shí)間，我們把這看成是很自然的事。但在長(zhǎng)達(dá)幾千年的時(shí)間里，根本就沒(méi)有任何測(cè)定時(shí)間的精確方法。人們通過(guò)太陽(yáng)在天空中的位置，或者通過(guò)像日晷或沙漏這樣的裝置來(lái)判斷時(shí)間。在沙漏中，是通過(guò)沙子從一個(gè)雙頭玻璃容器中漏落下來(lái)來(lái)指示時(shí)間的。秒表計(jì)時(shí)器，能夠記錄多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的秒數(shù)。操作簡(jiǎn)單，易于使用。方便地創(chuàng)建和管理多個(gè)計(jì)時(shí)器（Timer），同時(shí)提供鬧鐘和秒表功能