虛擬儀器創(chuàng)新實驗室方案-Update

NationalInstruments虛擬儀器創(chuàng)新實驗中心建設(shè)方案美國國家儀器（中國）有限公司上海，浦東新區(qū)，張東路1387號美國國家儀器（中國）有限公司上海，浦東新區(qū)，張東路1387號張江集電港二期45幢,201203862150509800/china目錄目錄 1概要 2NationalInstruments公司簡介 2NI平臺的優(yōu)勢 3虛擬儀器創(chuàng)新實驗室建設(shè)背景及意義 6方案簡介 7實驗室硬件設(shè)備/軟件配置 7已有資源和案例介紹 17電子線路 17信號處理 22通信原理 26電子測試測量\傳感器原理及應(yīng)用 33控制 36嵌入式開發(fā) 41課外動手實踐創(chuàng)新 44醫(yī)學(xué)信號檢測分析 46虛擬儀器創(chuàng)新實驗室—支持說明 51基于項目的學(xué)生創(chuàng)新實踐教學(xué)及競賽 66學(xué)生創(chuàng)新競賽 69LabVIEW高校俱樂部 71LabVIEW畢業(yè)論文競賽 72附NI與中國高校合作實驗室部分列表 74

概要美國國家儀器公司（NationalInstruments）為高校教學(xué)及工程實踐實驗室建設(shè)提供富有創(chuàng)新性的解決方案，基于虛擬儀器創(chuàng)新實踐平臺可覆蓋電子電路、信號處理、通信、無線通信、測試測量、自動控制、物理、生物醫(yī)學(xué)等多門專業(yè)課程的創(chuàng)新實驗需求。NI實驗平臺支持教師根據(jù)教學(xué)實驗具體需求開發(fā)相應(yīng)的實驗內(nèi)容，同時也適合學(xué)生進行各種設(shè)計型實驗或開展基于項目的學(xué)生科技創(chuàng)新活動，提高學(xué)生的綜合設(shè)計和創(chuàng)新能力。NI平臺專業(yè)的技術(shù)支持團隊可為高校教師提供完善的技術(shù)支持服務(wù)，同時NI高校市場部已和國內(nèi)知名高校合作針對許多課程開發(fā)了完善的教學(xué)和實驗內(nèi)容資源，從而使教師使用NI平臺開展教學(xué)工作更加便利。NationalInstruments公司簡介美國國家儀器有限公司（NationalInstruments，簡稱NI）是世界著名的設(shè)計和生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和虛擬儀器系統(tǒng)的專業(yè)廠家，致力于為測試測量、自動化、通信、嵌入式應(yīng)用等領(lǐng)域的工程師和科學(xué)家們帶來革命性的理念，從“虛擬儀器技術(shù)”提升到“圖形化系統(tǒng)設(shè)計”，幫助他們實現(xiàn)更高效和優(yōu)化的設(shè)計、原型到發(fā)布。NI為遍布全球各地的30000家不同的客戶提供現(xiàn)成即用的軟件（如NILabVIEW圖形化開發(fā)平臺），和高性價比的模塊化硬件。NI總部設(shè)在美國德克薩斯州的奧斯汀，在近40個國家和地區(qū)設(shè)有分支機構(gòu)。在過去連續(xù)15年里，NI被《財富》雜志評選為“全美最適合工作的100家公司之一”。NI平臺的優(yōu)勢NI平臺適用于測試、通信、控制和嵌入式設(shè)計等多個領(lǐng)域，基于虛擬儀器平臺不僅可完成多門課程實驗，而且能提供面向設(shè)計、原型、發(fā)布應(yīng)用的統(tǒng)一平臺，可以完成從原型設(shè)計到系統(tǒng)部署之間的所有工作，從而將教學(xué)與科研、理論知識與實際工業(yè)應(yīng)用無縫銜接。這不僅可使學(xué)生在學(xué)校實驗室就接觸到工業(yè)界所通用的先進系統(tǒng)構(gòu)建方式和技術(shù)手段，使實際動手能力、創(chuàng)新能力和進行系統(tǒng)級設(shè)計的能力得到鍛煉，而且對于從事科研項目的教師和研究生來說，也可以提高項目開發(fā)和驗證的效率。NI始終致力于提供業(yè)界最先進的軟件和硬件，并通過專業(yè)的服務(wù)、支持和解決方案，助科學(xué)家和工程師一臂之力。A. 領(lǐng)先的技術(shù)早在八十年代，隨著金牌產(chǎn)品NILabVIEW的誕生，NI提出“軟件就是儀器”的口號，開辟了“虛擬儀器”的嶄新測量概念。25年以來，NI不斷致力于開發(fā)基于計算機的測試測量與自動化平臺。長遠的發(fā)展目標(biāo)保證NI的產(chǎn)品具有長期的兼容性，并享有完善的技術(shù)支持。B. 廣泛的應(yīng)用目前，NI共提供500多款軟硬件產(chǎn)品，應(yīng)用遍布電子、機械、通信、物理、汽車制造、國防、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個行業(yè)領(lǐng)域。從歐洲核子研究組織（CERN）世界第一大粒子加速器控制、德國的機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷、日本的Honda汽車測試、丹麥的風(fēng)力發(fā)電機組仿真與實時監(jiān)測、澳洲的心臟起搏器設(shè)計/驗證,到英國電信電話線路性能測試以及我國“三網(wǎng)合一”技術(shù)的開發(fā)驗證，全世界數(shù)以萬計的工程師和科學(xué)家們都在使用NI的產(chǎn)品達到他們共同的目的——更快、更好、更經(jīng)濟。C. 最佳的產(chǎn)品NI的圖形化測量程序開發(fā)環(huán)境（LabVIEW）、GPIB接口卡、PXI模塊化儀器系統(tǒng)、插入式數(shù)據(jù)采集卡、模塊化緊湊型嵌入式測控平臺、測試執(zhí)行管理軟件等產(chǎn)品在全球測量行業(yè)內(nèi)首屈一指。而LabVIEW、TestStand更曾榮獲美國測量行業(yè)久負盛名的“年度最佳產(chǎn)品”大獎。D. 龐大的用戶群NI擁有龐大的用戶群體——僅在2001年度，全球就有超過24,000家公司從NI購買了產(chǎn)品。用戶的智慧結(jié)合NI先進、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，造就了無數(shù)成功的測試測量方案。借助商業(yè)化的計算機平臺，用戶僅以傳統(tǒng)測試測量系統(tǒng)一半乃至十分之一的成本，便可獲得與之相同或更出色的功能。學(xué)生在本科或研究生階段接觸這些在工業(yè)界廣為采用的系統(tǒng)構(gòu)建方式，并學(xué)習(xí)相關(guān)的開發(fā)技術(shù)，對其今后從事科學(xué)研究或?qū)嶋H工作都大有裨益。NI在工業(yè)界的部分用戶列表E. 全面的售后服務(wù)和專業(yè)的技術(shù)支持現(xiàn)在，在中國，也已經(jīng)有越來越多的科學(xué)工程技術(shù)人員開始了解、應(yīng)用NI產(chǎn)品。NI的用戶數(shù)以千計，大到著名的手機廠商，小到只有三兩個成員的私人企業(yè)，都已在積極采納NI的技術(shù)。位于上海的中國分公司總部提供全面、周到的銷售服務(wù)與專業(yè)的技術(shù)咨詢、售后產(chǎn)品支持以及客戶培訓(xùn)。結(jié)合美國十佳技術(shù)支持網(wǎng)站的豐富參考信息，您可以很快熟悉NI的產(chǎn)品并將其使用到您的工作中。隨著本地用戶群的不斷壯大，NI在全國各主要城市都有常駐的技術(shù)工程師，我們力求提供更加完善的服務(wù)。F.與國內(nèi)外教育界建立緊密合作關(guān)系NI致力于與國內(nèi)外各高校建立長期合作關(guān)系，為國內(nèi)外高校提供一個長期的教學(xué)經(jīng)驗交流和資源共享平臺。與此同時，在過去十年中NI中國高校市場部已和國內(nèi)知名高校合作，針對一系列課程開發(fā)出適合國內(nèi)教學(xué)大綱的教學(xué)實驗資源。今后這些資源還將得到不斷完善和擴展，為高校教師提供與課程結(jié)合更緊密、更強調(diào)專業(yè)性與實踐性的課件與實驗指導(dǎo)書等資源作為參考。NI與全球著名高校建立長期合作關(guān)系虛擬儀器創(chuàng)新實驗室建設(shè)背景及意義《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》重大改革項目提出為促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國，需培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)。為了貫徹落實國家工程教育強國戰(zhàn)略，從國家層面對教學(xué)投入越來越大而且出臺了一些計劃和政策，包括卓越工程師教育培養(yǎng)計劃、本科教學(xué)工程協(xié)同創(chuàng)新計劃、華盛頓教育認證、國家級示范教學(xué)實驗中心認證、國家虛擬仿真示范教學(xué)中心認證等。國家更加重視高等教育人才培養(yǎng)與工業(yè)界的密切合作，重視工程人才培養(yǎng)的國際化，重視學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。目前高校實驗教學(xué)以傳統(tǒng)實驗箱\實驗臺為主，驗證性實驗方式限制學(xué)生設(shè)計性能力開發(fā)，同時實驗設(shè)備缺乏和實際工業(yè)應(yīng)用背景的銜接，各實驗設(shè)備相互獨立無法滿足綜合性實驗要求。虛擬儀器技術(shù)利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成對各類信號的測量、采集、分析處理等功能，應(yīng)用遍布電子、機械、通信、物理、汽車制造、國防、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個行業(yè)領(lǐng)域。在教育領(lǐng)域，基于同一不僅可完成多門課程實驗，而且能提供面向設(shè)計、原型、發(fā)布應(yīng)用的統(tǒng)一平臺，可以完成從原型設(shè)計到系統(tǒng)部署之間的所有工作，從而將教學(xué)與科研、理論知識與實際工業(yè)應(yīng)用無縫銜接。這不僅可使學(xué)生在學(xué)校實驗室就接觸到工業(yè)界所通用的先進系統(tǒng)構(gòu)建方式和技術(shù)手段，使實際動手能力、創(chuàng)新能力和進行系統(tǒng)級設(shè)計的能力得到鍛煉，而且對于從事科研項目的教師和研究生來說，也可以提高項目開發(fā)和驗證的效率。為了提升學(xué)生對實驗興趣，增強動手實踐和實驗環(huán)節(jié)，提高學(xué)生工程創(chuàng)新實踐能力。國內(nèi)包括清華大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京郵電大學(xué)、山東大學(xué)在內(nèi)眾多高校開設(shè)虛擬儀器實驗教學(xué)，使學(xué)生在基礎(chǔ)知識、動手能力和創(chuàng)新思維等方面都得到了顯著的提高，學(xué)生對工程課程專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)和專業(yè)課程的學(xué)習(xí)也產(chǎn)生了濃厚的興趣，比傳統(tǒng)的僅靠理論教學(xué)中枯燥的公式推導(dǎo)更易于被學(xué)生接受。目前，美國國家儀器已與中國高校合作建立了面向電子電路、信號處理、信息與通信、測量與儀器、控制設(shè)計與仿真等學(xué)科的近300多個教學(xué)與科研實驗室，每年新增超過50000名大學(xué)生學(xué)習(xí)LabVIEW及相關(guān)課程，國內(nèi)“211工程”中超過70%的高校開設(shè)了LabVIEW相關(guān)課程并建立相應(yīng)實驗室。2015年6月，教育部發(fā)布校企合作專業(yè)綜合改革項目和國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃聯(lián)合基金項目，NI正式成為全國16家與教育部攜手開展產(chǎn)學(xué)合作育人項目的公司之一。NI會堅持以推動創(chuàng)新教學(xué)、實現(xiàn)高效科研，助力工程教育和工程類創(chuàng)新人才培養(yǎng)為己任,通過自身的業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢和與高校的多樣化合作，為高校教學(xué)提供豐富的動手實踐和基于項目的學(xué)習(xí)體驗，幫助高校工程教學(xué)與科研提升到一個新的層次。方案簡介該建設(shè)方案旨在為XX大學(xué)XX學(xué)院提供技術(shù)領(lǐng)先、性能優(yōu)異的虛擬儀器實驗平臺，基于該建設(shè)方案構(gòu)建的創(chuàng)新實驗中心，能夠：輔助老師/學(xué)生完成電子線路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、移動通信、測試測量、傳感器、嵌入式、控制等相關(guān)專業(yè)課、選修課的教學(xué)和實驗；支持學(xué)生設(shè)計綜合型實驗、研究創(chuàng)新型實驗教學(xué)和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)系統(tǒng)級設(shè)計的能力，增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識。學(xué)生可以參加全國虛擬儀器大賽、挑戰(zhàn)杯比賽等，完成具有應(yīng)用背景的創(chuàng)新項目，培養(yǎng)實際解決問題的能力。方案在滿足老師/學(xué)生創(chuàng)新實驗與工程實踐基礎(chǔ)上，NI會為學(xué)校提供行業(yè)前沿應(yīng)用分享，配合開展相關(guān)專業(yè)和專題培訓(xùn)，從而將教學(xué)與科研、理論知識與實際工業(yè)應(yīng)用無縫銜接。實驗室硬件設(shè)備/軟件配置本方案設(shè)備部分主要包含ELVIS虛擬儀器綜合實驗平臺、通用軟件無線電平臺（USRP）、LabVIEW院校使用權(quán)軟件、Multisim院校使用權(quán)、MyRIO嵌入式開發(fā)平臺、MyDAQ課外便攜式創(chuàng)新平臺、Emona及Quanser實驗板等。課程及應(yīng)用如下：核心平臺介紹A.NIELVIS多功能虛擬儀器教學(xué)平臺NIELVIS多功能虛擬儀器教學(xué)平臺集成8路差分輸入（或16路單端輸入）模擬數(shù)據(jù)采集通道（最高采樣率1.25MS/s）、24路數(shù)字I/O通道，以及12款最為常用的儀器（包括100MS/s示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器等）。NIELVIS可通過USB連接PC，連接簡單，便于調(diào)試；具有很好的健壯性，降低實驗室資產(chǎn)損耗。NIELVISII+所提供的儀器功能NIELVIS上自帶的原型面包板所提供的各種I/O接口NIELVIS自帶的12種儀器均提供直觀易用的軟面板,無需編程即可使用學(xué)生可基于標(biāo)準(zhǔn)配置中的面包板搭建各種數(shù)字與模擬電路，并用平臺中已經(jīng)集成的儀器及軟面板進行測試驗證結(jié)合NIMultisim軟件可以進行電路仿真，并通過軟件快速比對仿真結(jié)果和實際搭建電路的測試結(jié)果支持連接多種傳感器及執(zhí)行機構(gòu)也可選擇第三方提供的現(xiàn)成電路板實現(xiàn)各種針對不同專業(yè)課程的實驗，例如基于信號與系統(tǒng)、FPGA的數(shù)字電路設(shè)計、光纖通信原理、傳感器的信號調(diào)理、生物醫(yī)學(xué)工程、電機控制、嵌入式設(shè)計等提供現(xiàn)成軟面板軟件實現(xiàn)不同的儀器功能，教師或?qū)W生也可以通過LabVIEW編程實現(xiàn)自定義的數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等功能，或開發(fā)針對專業(yè)課程實驗的軟件程序。通過LabVIEW網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可開發(fā)遠程教學(xué)實驗，進一步提高實驗室使用效率NIELVIS是一個多學(xué)科實驗平臺，結(jié)合NILabVIEW以及不同的插板可完成電子線路類、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、傳感器、電子測試測量、控制等學(xué)科的基礎(chǔ)和創(chuàng)新實驗，使實驗室投入發(fā)揮最大效益；同時基于NIELVIS的硬件資源和LabVIEW軟件的強大功能，在課程設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)中結(jié)合不同學(xué)科背景，可以使學(xué)生融會貫通，也符合虛擬仿真實驗室對擴展性、兼容性、共享性、可持續(xù)性的要求。B.NI-USRP軟件無線電仿真實驗平臺NIUSRP是一個通用的軟件無線電仿真教學(xué)平臺，通過普通以太網(wǎng)線連接PC，結(jié)合LabVIEW軟件即可實現(xiàn)自定義的編碼解碼、調(diào)制解調(diào)、上下變頻、脈沖成型等功能，適用于通信原理、數(shù)字通信等一系列信息專業(yè)的課程實驗，同時也可以基于USRP開展一定的學(xué)生創(chuàng)新項目和研究工作，包括建立無線通信系統(tǒng)原型、進行算法驗證實驗等。NIUSRP以相對較低的成本為通信專業(yè)的師生提供了一個靈活的軟件無線電學(xué)習(xí)與驗證平臺，通過從仿真向真實射頻信號的過渡，既可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也使學(xué)生對專業(yè)知識概念領(lǐng)會地更加深刻。兩種型號可選：可調(diào)諧的RF收發(fā)器分別可選50MHz至2.2GHz中心頻率，或2.4GHz/5.8GHz中心頻率，適應(yīng)FM、移動通信、802.11a/b/g/n、GPS及藍牙等多種應(yīng)用頻段；高達20MS/s基帶I/Q數(shù)據(jù)流，可在PC機軟件上進行信號處理（編解碼、基帶調(diào)制解調(diào)等）；國外知名大學(xué)的現(xiàn)成教學(xué)資源（實驗指導(dǎo)書等）；支持研究性學(xué)習(xí)，例如2x2MIMO，射頻信號記錄與回放，信號頻譜分析等。實驗室建議配置：NIUSRP（1-2名學(xué)生一組進行小班實驗，USRP可選型號為2920或2921，分別對應(yīng)50MHz-2.2GHz頻段以及2.4GHz/5.8GHz頻段）關(guān)于NIUSRP的更多信息和資源請訪問/usrpC.LabVIEW軟件NILabVIEW所特有的圖形化編程方式可以大大加速工程應(yīng)用的開發(fā)效率。20多年來，全球的工程師和科學(xué)家一直依靠LabVIEW滿足他們特定的應(yīng)用需求。由于應(yīng)用各不相同，NILabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境附帶不同的可選模塊，這讓用戶能夠更輕松地實現(xiàn)專業(yè)應(yīng)用。在實驗室建設(shè)中，教師既可以利用LabVIEW為學(xué)生開發(fā)專業(yè)的實驗程序和界面，學(xué)生只需應(yīng)用這些程序驗證實驗結(jié)果；或者亦可以讓學(xué)生基于LabVIEW完成設(shè)計型實驗（LabVIEW本身就是很多高校工科專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容），使學(xué)生進一步加深對專業(yè)知識的理解，同時掌握LabVIEW這種在工業(yè)界所廣泛采用的開發(fā)工具軟件。簡單易用的圖形化開發(fā)環(huán)境與各種硬件緊密集成（無縫支持對USRP、MyDAQ等硬件的開發(fā)）快速用戶界面開發(fā)內(nèi)置超過1000種信號處理、分析和數(shù)學(xué)函數(shù)實驗室建議配置：LabVIEW院校使用權(quán)包含各種教學(xué)常用的工具包（如調(diào)制解調(diào)工具包、信號處理工具包、濾波器設(shè)計工具包等；50人使用權(quán)限）。D.Multisim院校教學(xué)使用權(quán)Multisim是直觀的電路圖捕捉和SPICE仿真電路教學(xué)環(huán)境。Multisim的特性專為幫助教師促進教學(xué)和引導(dǎo)學(xué)生探索電路概念而設(shè)計，借助這些特性，教師可為學(xué)生提供一個交互式環(huán)境，通過強大的仿真和分析功能來可視化電路行為，同時抽象化復(fù)雜的SPICE語法。教師可借由仿真驅(qū)動的儀器和隱性故障來了解儀器和故障排除，并讓學(xué)生通過交互式組件和高級仿真探究假設(shè)情景("what-if"scenario)，培養(yǎng)電路直覺。主要特點：借助統(tǒng)一、易用的原理圖捕捉和交互式仿真環(huán)境鞏固理論知識借助仿真驅(qū)動的儀器和測量探針,進行儀器原理教學(xué)借助SPICE分析（比如瞬態(tài)、MonteCarlo和噪聲），幫助學(xué)生培養(yǎng)直覺通過NIMultisim內(nèi)置的NIELVISII硬件,比較仿真數(shù)據(jù)和實際信號通過將PLD電路圖導(dǎo)出為VHDL,簡化數(shù)字概念的探索NI電路設(shè)計套件教學(xué)版提供50人License教學(xué)領(lǐng)域：模擬電路和分析：利用Multisim軟件的直觀圖形化環(huán)境，學(xué)生可以快速地放置電子元件和仿真電路行為，輕松理解電路的基本概念。數(shù)字邏輯電路、微控制器和FPGA：Multisim包含數(shù)字邏輯門、計數(shù)器和微控制器，用于豐富布爾代數(shù)等入門級數(shù)字電子概念的教學(xué)方法。電力電子元件和系統(tǒng)：能源電力是全球各教育機構(gòu)一個新的重要教學(xué)和科研領(lǐng)域。Multisim環(huán)境包含了一個元件庫和專業(yè)分析函數(shù)庫，幫助學(xué)生探索以下概念：AC/DC轉(zhuǎn)換，DC/DC開關(guān)電源、用于電機驅(qū)動的DC/AC轉(zhuǎn)換、可再生能源、整流器、逆變器和PWM。學(xué)生設(shè)計和科研：在同一個Multisim環(huán)境中，學(xué)生可以使用配套的NIUltiboard布局和布線環(huán)境來開發(fā)物理印刷電路板(PCB)設(shè)計的原型。E.Quanser控制\傳感器類實驗套件ELVISII+提供的12中儀器結(jié)合原型版可以通過一些列電路的搭建完成針對控制理論等基礎(chǔ)理論的驗證性實驗同時也可以結(jié)合LabVIEW平臺進行控制系統(tǒng)的設(shè)計性實驗?；贓LVIS的Quanser控制實驗套件包含了直流電機，倒立擺，一維直升機，熱過程控制，傳感器訓(xùn)練系統(tǒng)。學(xué)生可以通過系統(tǒng)級別的實驗對象完成從模式識別，建模，算法設(shè)計，事物部署等一些列環(huán)節(jié)。圖：Quanser提供的系統(tǒng)級實驗平臺F.Emona信號處理\通信類實驗套件EmonaInstruments公司采取了一種獨特的方框圖方法對通信信號與系統(tǒng)進行建模，從而更適用于實驗室。他們?yōu)镹IELVIS平臺提供了兩種插入板——針對通信概念學(xué)習(xí)的DATEx和針對光纖通信的FOTEx。學(xué)生們采用跳線(patchcable)連接板上的電路塊，并采用NIELVIS提供激勵并測量響應(yīng)，從而建立通信系統(tǒng)和編碼模型。學(xué)生們建立并模型化實現(xiàn)調(diào)制和編碼模型，利用實際信號將理論知識付諸實踐。對于教師們來說，每塊插入板都配有整套的練習(xí)，可以充分體驗相關(guān)理論?；贓LVIS平臺，也可以選擇Emona公司的SIGEx信號處理教學(xué)實驗板與配套教材開展相關(guān)實驗。EmonaSIGEx教學(xué)板，是Emona公司針對“信號與系統(tǒng)”以及“數(shù)字信號處理”課程特別開發(fā)的課程實驗板，結(jié)合ELVIS平臺，配套有16門學(xué)生動手實驗。G.MyRIO機電控制平臺NImyRIO是NI針對教學(xué)和學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用而最新推出的嵌入式機電控制開發(fā)平臺。NImyRIO內(nèi)嵌XilinxZynq芯片，使學(xué)生可以利用雙核ARMCortex-A9的實時性能以及XilinxFPGA可定制化I/O，學(xué)習(xí)從簡單嵌入式系統(tǒng)開發(fā)到具有一定復(fù)雜度的系統(tǒng)設(shè)計。NImyRIO的便攜性、快速開發(fā)體驗以及豐富的配套資源和指導(dǎo)書，使學(xué)生在較短時間內(nèi)就可以獨立開發(fā)完成一個完整的嵌入式工程項目應(yīng)用，特別適合用于控制、機器人、機電一體化、測控等領(lǐng)域的課程設(shè)計或?qū)W生創(chuàng)新項目。由于NImyRIO是一款針對學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用的平臺，因此在產(chǎn)品開發(fā)之初即確定了以下重要特點：易于上手使用：引導(dǎo)性的安裝和啟動界面可使學(xué)生更快地熟悉操作。編程開發(fā)簡單：支持用LabVIEW或C/C++對ARM進行編程，LabVIEW中包含大量現(xiàn)成算法函數(shù)，同時針對NImyRIO上的各種I/O接口提供經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的現(xiàn)成驅(qū)動函數(shù)，方便快速調(diào)用，甚至比使用數(shù)據(jù)采集（DAQ）設(shè)備還要方便；如果學(xué)生需要對FPGA進行自定義編程，可采用LabVIEW圖形化編程方式進行開發(fā)。安全性：直流供電，根據(jù)學(xué)生用戶特點增設(shè)特別保護電路。同時，NImyRIO是一款真正面向?qū)嶋H應(yīng)用的學(xué)生嵌入式開發(fā)平臺。NImyRIO采用NI工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)可重配置I/O(RIO)技術(shù)，與NI其他工業(yè)級的嵌入式監(jiān)測與控制開發(fā)平臺（如NICompactRIO及NISingle-BoardRIO）具有相似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和開發(fā)體驗，學(xué)生通過NImyRIO獲得相應(yīng)的經(jīng)驗后可將其用于其他更加復(fù)雜的工業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)或相關(guān)科研項目。H.MyDAQ學(xué)生課外動手實踐平臺NImyDAQ為工程專業(yè)的學(xué)生量身定制，可以幫助學(xué)生在實驗室之外的任何時間，任何地點進行工程創(chuàng)新實踐的創(chuàng)新教學(xué)實踐平臺。NImyDAQ與圖形化系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境LabVIEW以及電路設(shè)計軟件Multisim無縫集成，并作為實驗室配置平臺NIELVIS的完美補充。配合豐富的外圍擴展支持，myDAQ能夠讓學(xué)生將多個學(xué)科的知識相互綜合，并付諸創(chuàng)新實踐，更好地將理論聯(lián)系實現(xiàn)。小巧便攜，無需外部供電，USB連接，學(xué)生可放在書包里隨身攜帶，適用于課外作業(yè)與創(chuàng)新實踐八種硬件儀器于一身（示波器、數(shù)字萬用表、任意波形發(fā)生器、波特圖儀、動態(tài)信號分析儀、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出）兩個差分模擬輸入通道（200kS/S每通道，16位）兩通道模擬輸出（200kS/S每通道，16位）兩通道音頻接口（1輸入/1輸出，3.5mm插孔）8個數(shù)字輸入和輸出+5V，+/-15V電源輸出I/O部分電路采用特別設(shè)計，即使連線錯誤一般也不會損壞數(shù)據(jù)采集硬件，可放心發(fā)給學(xué)生作為課外動手作業(yè)與創(chuàng)新實踐平臺工具。已有資源和案例介紹通過長期在教學(xué)領(lǐng)域的投入以及與國內(nèi)外高校的合作，NI已經(jīng)積累了構(gòu)建高校教學(xué)實驗室的豐富經(jīng)驗并樂于將這些經(jīng)驗和資源與國內(nèi)高校教師分享。該部分將針對電子線路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、無線通信、測試測量、控制、嵌入式、課外動手實踐等介紹NI解決方案與相關(guān)資源，以及已有的可供公開的實際應(yīng)用案例。電子線路NI電子線路教學(xué)方案（電路分析、模擬電子線路、數(shù)字電路）在傳統(tǒng)書本及理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，注重學(xué)生的動手能力，增加交互性，實踐性以及創(chuàng)新性。NI主要提供“軟件實驗”和“硬件實驗”2類教學(xué)方案，軟件方案通過電路設(shè)計仿真環(huán)境Multisim仿真各類電子線路，深入鞏固基礎(chǔ)概念；硬件實驗通過ELVIS搭建電子線路并將實際的電路參數(shù)和信號進行記錄，在同一用戶界面上與仿真結(jié)果實時比對，借助仿真與實際的差別來深入理解電路本質(zhì)。針對軟件實驗，NI提供基于Multisim開的《實踐教學(xué)理論》指南，該書籍包含12個不同章節(jié)涵蓋了電路基本原理，戴維南定理，二極管，三極管，晶體管，運算放大器，晶閘管和開關(guān)，數(shù)字電路，模擬和數(shù)字混合電路振，簡單射頻電路，波導(dǎo)及網(wǎng)絡(luò)分析等電子學(xué)基本知識點，每一章節(jié)有相應(yīng)的Multisim配套仿真電路文件及說明。作為全世界最權(quán)威、應(yīng)用最廣泛的電子電路設(shè)計軟件，Multisim相關(guān)教學(xué)書籍出版數(shù)量超過1000本，僅中文版教學(xué)用書就超過100本。教師和學(xué)生可以很方便選擇教材，以下是部分教材：在硬件實驗部分，學(xué)生可基于ELVIS上面包板搭建各種數(shù)字與模擬電路，并利用ELVIS已經(jīng)集成的示波器、萬用表、信號發(fā)生器及軟面板等進行測試驗證，通過對比Multisim仿真結(jié)果和實際搭建電路的測試結(jié)果，可以鍛煉學(xué)生思考和解決問題的能力。Multisim仿真結(jié)果可以和ELVIS硬件實測結(jié)果在同一個儀器界面窗口中的實時比對及虛擬3DELVIS演示。針對硬件實驗NI提供電子學(xué)教育平臺實驗教程(第二版)共11章，教程中提供了的配套經(jīng)典電路實例供教學(xué)演示和學(xué)生實驗使用。涵蓋RC瞬態(tài)電路，AC電路工具，運放基礎(chǔ)，濾波器設(shè)計，數(shù)字時鐘電路設(shè)計，磁傳感器調(diào)理，LED燈，自由空間光通信，射頻無線通信等實際可用電路。除此以外NI還可以提供數(shù)字實驗指導(dǎo)書，主要實驗有門電路邏輯功能及測試，組合邏輯電路設(shè)計，譯碼器及應(yīng)用，觸發(fā)器及參數(shù)測試，移位寄存器，A/D轉(zhuǎn)換電路等。同樣針對ELVIS也出版了一些書籍，教師和學(xué)生可以很方便選擇教材，以下是部分教材：除了能滿足基礎(chǔ)型電工電子實驗外，ELVIS還可以滿足綜合設(shè)計性實驗的要求。老師提出實驗任務(wù)與要求，給定電路功能和技術(shù)指標(biāo)，然后由學(xué)生自己擬定實驗實施方案并完成實驗任務(wù)，從中全面提高學(xué)生的素質(zhì)和創(chuàng)新能力，為以后進行更復(fù)雜的實驗打下基礎(chǔ)。下圖是基于ELVIS開發(fā)的典型電子線路實驗，主要包括數(shù)字萬用表演示、示波器/波形發(fā)生器演示、阻抗分析演示、二極管/三極管伏安特性曲線測量、RC電路時間常數(shù)測量、八段碼數(shù)字顯示、LED燈顯示演示、馬達轉(zhuǎn)速測量與控制演示、萬用表浮地特性驗證、陷波濾波器伯特圖分析、低通濾波器設(shè)計等說明：a-陷波濾波器電路;b-RC測溫電路;c-RC電路；d-RLC串聯(lián)電路；e-晶體管；f-低通濾波器電路；g-直流電機轉(zhuǎn)速測量電路；h-七段數(shù)碼管電路。陷波濾波器原理圖及使用ELVIS儀器設(shè)備所測幅頻、相頻特性曲線浙江大學(xué)基于NIELVIS平臺開發(fā)的電工電子綜合實驗“低壓直流電動機轉(zhuǎn)速控制測量和顯示系統(tǒng)”及教師在《實驗室研究與探索》雜志上發(fā)表的相關(guān)文章清華大學(xué)電工電子實驗中心利用Multisim和ELVIS開展電路分析和模數(shù)電教學(xué)、實驗。涵蓋溫度信號調(diào)理，AC電路工具，運放基礎(chǔ)，濾波器設(shè)計，磁傳感器調(diào)理，自由空間光通信，射頻無線通信等實際可用電路，配合相關(guān)知識點，展示實際電路應(yīng)用。并可將實測信號結(jié)果與Multisim仿真結(jié)果實時比較。拉近理論和實現(xiàn)的距離。同時，學(xué)生也可通過該實驗教程學(xué)會Multisim、LabVIEW、ELVISII的用法，并能掌握利用電子學(xué)教育平臺解決實際問題的方法。清華大學(xué)教師針對NIELVIS平臺設(shè)計的附加電路板，完成超聲調(diào)制與傳輸實驗，配合模擬電路教學(xué)信號處理信號處理類課程一直是電子信息工程、通信工程、自動化、機電等專業(yè)中的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著國內(nèi)教學(xué)改革的深入，信號處理類課程正逐漸往動手實驗與項目實踐方向發(fā)展，以期在加深學(xué)生理論理解的同時，提高學(xué)生的創(chuàng)新、動手與工程實踐能力。針對這一趨勢，許多學(xué)校采用理論與實驗結(jié)合的教學(xué)，軟件實驗與硬件實驗結(jié)合，可進一步擴展為創(chuàng)新項目作為考核方式之一。NI信號處理教學(xué)方案在傳統(tǒng)書本及理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加交互性與實踐性，通過軟件的交互性界面幫助學(xué)生更形象的理解概念；通過便攜或?qū)I(yè)的實驗平臺，引入真實的信號，借助實際的應(yīng)用來闡述理論，實現(xiàn)學(xué)生在工程思想和創(chuàng)新動手實踐方面的提升。NI方案以“從仿真到實際I/O”為核心思想，提供從“課堂演示”、“軟件實驗”、“硬件實驗”、“創(chuàng)新實驗”等多方面的教學(xué)方案，歸納如下：課堂演示：LabVIEW軟件可用于課堂演示、學(xué)生純軟件仿真以及結(jié)合ELVISII+真實硬件的編程。LabVIEW在工程中應(yīng)用及其廣泛，其圖形化的編程思想更符合工程師的理念（EngineerSense），同時具備靈活的用戶界面與強大的交互性，使LabVIEW亦成為工程教育的領(lǐng)先工具。許多美國高校與國內(nèi)高校已經(jīng)使用LabVIEW作為信號處理方面的教學(xué)工具，讓學(xué)生在動手實驗中更形象的體會理論，了解更生動的應(yīng)用背景。NI提供結(jié)合經(jīng)典教材的LabVIEW信號處理教學(xué)演示程序NI信號處理課件與經(jīng)典教材完全契合實驗室動手實踐：利用ELVIS上的真實I/O接口、各種儀器以及面包板的開放接口，結(jié)合電子線路課程的背景知識，可以搭建電路完成實際的板級信號處理效果，比如濾波、放大等；也可以利用ELVIS上提供數(shù)據(jù)采集通道（1.25MS/s模擬輸入和模擬輸出通道），完成聲音或其他信號的采樣，并在PC上的LabVIEW軟件中編程進行數(shù)字信號處理。除了LabVIEW內(nèi)置的上千種信號處理函數(shù)，學(xué)生也可以在LabVIEW中調(diào)用Matlab的代碼對采集到的真實信號進行分析和處理?；贓LVIS平臺，也可以選擇Emona公司的SIGEx信號處理教學(xué)實驗板與配套教材開展相關(guān)實驗。EmonaSIGEx教學(xué)板，是Emona公司針對“信號與系統(tǒng)”以及“數(shù)字信號處理”課程特別開發(fā)的課程實驗板，結(jié)合ELVIS平臺，配套有16門學(xué)生動手實驗，包含詳細實驗指導(dǎo)書和程序（NI提供中文版本）?；贓LVIS平臺和LabVIEW軟件，還可以實施開放性設(shè)計型實驗，進一步鍛煉學(xué)生的動手能力和系統(tǒng)級設(shè)計能力。部分國內(nèi)外應(yīng)用案例：課堂教學(xué)與課內(nèi)實驗：西安交通大學(xué)電信工程學(xué)院信號處理實驗室，配備LabVIEW軟件及ELVIS。實驗內(nèi)容包括信號的頻譜分析、心音信號采集分析、頻譜儀及濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)、語音信號采集與分析等。浙江大學(xué)生命科學(xué)與儀器學(xué)院大三數(shù)字信號處理課程實驗，結(jié)合LabVIEW與NI硬件完成濾波器綜合設(shè)計等實驗。開放式實驗:包含上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)、西安交通大學(xué)等國內(nèi)大學(xué)均已開設(shè)基于NI平臺的數(shù)字信號處理相關(guān)開放性實驗。例如：“在線音效處理”，利用ELVIS可采集任何音樂播放器的音頻輸出，通過LabVIEW編程實現(xiàn)濾波器，在播放音樂的同時針對高、中、低音部進行濾波處理，實現(xiàn)實時的音效處理。讓學(xué)生在理解濾波器的同時，了解濾波器在實際應(yīng)用中的意義和價值。其他更多創(chuàng)意實驗包括音樂階梯、聲音門鎖、特雷門琴等等，例如可利用NIELVIS的模擬信號輸入接口以及數(shù)字I/O口，實現(xiàn)基于聲音特征的自動門鎖，當(dāng)敲門聲符合指定規(guī)律的情況下控制電機開門。通信原理課堂演示：圖形化的LabVIEW結(jié)合其調(diào)制解調(diào)工具包等附件既可以作為教師的課堂演示工具，也可以作為學(xué)生完成軟件仿真作業(yè)的工具。NI為有需要的教師提供“通信原理實驗室”課件，涵蓋模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、信道復(fù)用、信道噪聲、信道干擾、載波同步和頻譜分析等七個知識大類的虛擬仿真?；贚abVIEW可快速進行通信系統(tǒng)軟件仿真，并且NI提供相關(guān)編寫好的程序代碼實驗室動手實踐：NIUSRP為學(xué)生基于“軟件無線電”理念快速原型化通信系統(tǒng)提供了高性能且靈活的硬件平臺，支持50MHz-2.2GHz或2.4GHz/5.8GHz射頻收發(fā)。學(xué)生可以直接通過LabVIEW自定義USRP的射頻收發(fā)功能，將調(diào)制、編碼、擴頻等通信原理基礎(chǔ)知識系統(tǒng)整合，構(gòu)建從簡單（如FSK信號收發(fā)）到復(fù)雜（如MIMO-OFDM系統(tǒng)）的各類通信系統(tǒng)，積累通信系統(tǒng)級的工程實踐經(jīng)驗。如果實驗學(xué)時數(shù)有限，教師也可以為學(xué)生開發(fā)好實驗程序，讓學(xué)生基于該平臺進行驗證型實驗；或留出一部分與相關(guān)概念密切相關(guān)的代碼讓學(xué)生編寫，從而強化所學(xué)知識。隨USRP可獲得UniversityofTexas(Austin)的RobertHeath教授基于USRP進行通信原理教學(xué)的實驗指導(dǎo)書和相關(guān)資料。同時，NI中國高校市場部也積極與國內(nèi)教師合作開發(fā)與國內(nèi)教學(xué)大綱結(jié)合更好的配套中文實驗教材。NIUSRP是通信原理教學(xué)的理想平臺，并已配有相應(yīng)的指導(dǎo)書資源除了課堂仿真教學(xué)實驗，基于NIUSRP還可以完成一些基于項目的開放性實驗，例如學(xué)生基于USRP平臺可以進行2x2MIMO系統(tǒng)的研究等。如果學(xué)生創(chuàng)新項目或科研項目中需要更高的性能和靈活性，亦可考慮選擇成本更高的NIPXI軟件無線電平臺。這些平臺也可以同時作為移動通信課程的實驗平臺，可開展調(diào)制解調(diào)、OFDM等內(nèi)容的實驗?；谶@樣的軟件無線電平臺還可快速驗證一些最新的技術(shù)，并引導(dǎo)高年級學(xué)生和研究生進行研究性學(xué)習(xí)。典型應(yīng)用案例：斯坦福大學(xué)面對全美高校電子信息類本科生源不足的現(xiàn)象，斯坦福大學(xué)決定通過教學(xué)改革增加動手實踐體驗，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在經(jīng)過多番調(diào)研后，斯坦福大學(xué)工學(xué)院決定將LabVIEW和USRP（軟件無線電平臺）引入通信課程實踐教學(xué)中。通過LabVIEW和NIUSRP的軟硬件結(jié)合，學(xué)生可以創(chuàng)建整個通信系統(tǒng)信號鏈路中的各個功能模塊，并觀察各點的信號特征。通過該方法，學(xué)生親身體驗并構(gòu)建了信道編碼、調(diào)制、定時恢復(fù)、隨機數(shù)生成等現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中常見的功能模塊。最后，作為結(jié)課項目，學(xué)生在USRP射頻發(fā)射機和射頻接收機之間創(chuàng)建完成了一個無線通信鏈接。學(xué)生們僅在學(xué)習(xí)了射頻和通信入門級課程之后，就能夠獨立地完成構(gòu)建通信系統(tǒng)的項目。每個實驗都鼓勵學(xué)生們動手實現(xiàn)通信系統(tǒng)的一個功能模塊。例如，在第四個試驗中，學(xué)生學(xué)習(xí)了解調(diào)理論，并在兩個USRP構(gòu)建的空中無線鏈接上實現(xiàn)了基于BPSK（二進移相鍵控）調(diào)制方式的射頻接收機。射頻收射機重復(fù)發(fā)送BPSK信息包，由學(xué)生負責(zé)解碼。每位學(xué)生在自己的計算機和NIUSRP上開發(fā)接收機解調(diào)信號。在兩個星期的實驗室課程中，學(xué)生共接受到信道校正、BPSK符號解映射、報頭檢測方法、包解碼、CRC檢測、錯誤排除等動手實踐訓(xùn)練。實驗室課程的安排使學(xué)生最終還可以將之前課程中開發(fā)的代碼整合起來用于創(chuàng)建一個實際的無線鏈接，作為課程的結(jié)課項目?；赨SRP實現(xiàn)QAM星座圖調(diào)制2*2MIMOAlamouti空時分組編碼和MRC研究動手實驗使學(xué)生能夠親手操作NIUSRP射頻收發(fā)機，頻率范圍從50MHz到2.2GHz，實時帶寬達20MHz。借助NIUSRP和LabVIEW，學(xué)生可實時看到標(biāo)準(zhǔn)汽車安全鑰匙發(fā)送的簡單射頻開關(guān)信號，以及850MHz的GSM移動手機信號。學(xué)生們還可通過實時分析頻譜找到FM發(fā)射站，甚至實現(xiàn)一個FM解調(diào)器來收聽FM廣播。在結(jié)課項目中，每個學(xué)生都設(shè)計了一個數(shù)據(jù)包收發(fā)機。收發(fā)機能夠成功接收并解碼一個數(shù)據(jù)包，并通過ACK信號完成通信握手。

無線車鑰匙信號監(jiān)測實時頻譜監(jiān)測國內(nèi)高校方面，包括北京郵電大學(xué)、東南大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京交通大學(xué)在內(nèi)的幾十所院校均已采用USRP進行教學(xué)改革。以北京交通大學(xué)為例，利用USRP實際搭建通信鏈路實現(xiàn)模擬通信調(diào)幅、調(diào)頻、數(shù)字通信的采樣/量化/信源編碼、基帶傳輸/信道編碼、制和解調(diào)等理論知識。在實驗中用聲音、文本、圖像和視頻作為檢驗實驗是否完成的手段，讓學(xué)生體會書本理論知識如何融入真實生活。以下是具體實驗內(nèi)容：基于軟件無線電（USRP）通信實驗內(nèi)容通信原理實驗無線通信實驗在滿足通信原理、無線通信課程本科基礎(chǔ)實驗的同時，北京交通大學(xué)意識到本科教育是研究型大學(xué)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，改變傳統(tǒng)教學(xué)“以知識為本”模式為“以研究為本”模式，注重科研與教學(xué)實驗對接。部分優(yōu)秀的學(xué)生參與了軌道交通控制與安全國家重點實驗室項目，基于NIPXI高性能射頻科研平臺和USRP開發(fā)了無線信道仿真平臺。該平臺基于PXI總線技術(shù)的高性能信號發(fā)生器、信號分析儀以及FPGA模塊進行了無線信道仿真平臺核心部分的設(shè)計，并搭配USRP進行輔助設(shè)計和性能分析，為無線通信系統(tǒng)的半實物仿真和測試提供了較好的實驗和驗證平臺。平臺整體架構(gòu)現(xiàn)場實測和仿真場景上海交通大學(xué)自2013年起引入軟件無線電平臺（USRP）開展通信原理創(chuàng)新教學(xué)與實踐方式探索，面向通信相關(guān)專業(yè)333名學(xué)生。實驗采用核心模塊設(shè)計和創(chuàng)新實踐內(nèi)容相結(jié)合方式，其中核心模塊設(shè)計部分為通信原理相關(guān)核心算法在無線通信系統(tǒng)鏈路的設(shè)計建模、仿真驗證和實時的原型實現(xiàn)。學(xué)生按實驗指導(dǎo)教材和參考資料，自行對核心模塊建模，編制可視化程序，給出仿真鏈路系統(tǒng)進行仿真驗證在實際的無線收/發(fā)系統(tǒng)中運行，即采用USRP設(shè)備。其中在通信鏈路中具體需要設(shè)計的基本核心模塊內(nèi)容為：1.隨機信號產(chǎn)生及直方圖統(tǒng)計2.相關(guān)噪聲模型和相關(guān)函數(shù)計算3.模擬FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)4.QAM調(diào)制發(fā)送模塊設(shè)計5.QAM解調(diào)及檢測模塊設(shè)計6.通信系統(tǒng)中同步模塊設(shè)計7.通信系統(tǒng)中信道估計與時域均衡模塊設(shè)計8.通信系統(tǒng)中信道編解碼模塊設(shè)計創(chuàng)新實踐部分學(xué)生可以根據(jù)自已的興趣結(jié)合其它專業(yè)的知識或自已正在進行的實踐項目，在教師的指導(dǎo)下設(shè)計實現(xiàn)一個完整的系統(tǒng)，從而進一步調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，提高了學(xué)生的自主創(chuàng)新和實踐能力。電子測試測量\傳感器原理及應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)的核心思想是通過軟件去定義硬件的功能，并實現(xiàn)自定義的數(shù)據(jù)處理與控制等應(yīng)用，從而通過現(xiàn)成的模塊化硬件和靈活的軟件實現(xiàn)一種系統(tǒng)級的設(shè)計方式。許多最新的科研與工業(yè)應(yīng)用中的測控系統(tǒng)都是基于虛擬儀器的思想構(gòu)建的，NI為這些應(yīng)用的實現(xiàn)提供可靠的模塊化硬件平臺（如NI數(shù)據(jù)采集系列硬件、NIPXI模塊化儀器平臺等）以及高效的軟件工具（如NILabVIEW），加速這些應(yīng)用的實現(xiàn)。正是由于系統(tǒng)級設(shè)計方式帶來的巨大優(yōu)勢以及虛擬儀器技術(shù)與應(yīng)用的不斷發(fā)展，越來越多的高校認識到所有工程專業(yè)學(xué)生都應(yīng)該對虛擬儀器技術(shù)的基本概念和方法有所了解和掌握，相關(guān)專業(yè)學(xué)生還應(yīng)具備利用虛擬儀器技術(shù)解決實際工程問題的動手能力。在國外高校，取決于不同高校的課程體系設(shè)置，或設(shè)置獨立的虛擬儀器技術(shù)課程，或以概念講授與實踐練習(xí)相結(jié)合的方式將虛擬儀器的教學(xué)貫穿于其他工程課程中。在麻省理工、加州大學(xué)伯克利分校、加州大學(xué)洛杉磯分校、伊利諾伊大學(xué)、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、弗吉尼亞理工、德州大學(xué)奧斯汀分校等美國頂尖工程院校均將虛擬儀器技術(shù)的教學(xué)引入學(xué)生培養(yǎng)的全階段，并且將其概念和方法滲透至其他多學(xué)科教學(xué)（如機械、電氣、通信、環(huán)境、自動化、土木、生物醫(yī)學(xué)等），同時在教學(xué)中采用理論教學(xué)、教學(xué)實驗與項目實踐相結(jié)合的方式，貫穿于整個高等教育階段（例如下圖顯示了加州大學(xué)洛杉磯分校在不同階段虛擬儀器技術(shù)教學(xué)中所側(cè)重的學(xué)生能力培養(yǎng)，形成”EngineeringPipeline”）。在國內(nèi)，已有包括清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、北京郵電大學(xué)在內(nèi)的超過200所高校開設(shè)了《虛擬儀器技術(shù)》課程，并建立了近300個教學(xué)和科研實驗室，據(jù)不完全統(tǒng)計每年至少新增超過50,000名學(xué)生學(xué)習(xí)LabVIEW程序與系統(tǒng)設(shè)計，并且涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的教材以及創(chuàng)新的學(xué)生實驗作品。此外，還有許多高校在測控專業(yè)的其他專業(yè)課程中（例如《現(xiàn)代測量技術(shù)》、《自動檢測技術(shù)》、《傳感器原理與應(yīng)用》、《測試總線技術(shù)》、《智能儀表設(shè)計》）也將虛擬儀器技術(shù)作為課程內(nèi)容中的重要部分傳授給學(xué)生。NI可以為各高校從事《虛擬儀器技術(shù)》課程教學(xué)或擬開設(shè)該課程的教師提供技術(shù)理論及最新發(fā)展和應(yīng)用方面的最新資料，以及部分多媒體課件內(nèi)容和演示程序。此外，隨著虛擬儀器技術(shù)的快速發(fā)展及其教學(xué)的全面展開，已有一些從事該領(lǐng)域教學(xué)或科研的教師編寫了諸多相關(guān)教材，可作為重要的教學(xué)參考資料。NI可為教師提供整套參考課件眾多的虛擬儀器技術(shù)教學(xué)參考書此外，NI中國網(wǎng)站以及全球最大的圖形化系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)網(wǎng)站GSD提供豐富的資源下載，包括國外知名高校的虛擬儀器課程教學(xué)課件以及非常豐富的LabVIEW范例代碼等。具體鏈接參見后續(xù)章節(jié)。對于《虛擬儀器技術(shù)》課程實驗可以使用NIELVIS的數(shù)據(jù)采集硬件平臺和LabVIEW軟件的實驗室配置方案。NIELVIS集成8路差分輸入（或16路單端輸入）模擬數(shù)據(jù)采集通道、24路數(shù)字I/O通道，以及12款最為常用的儀器（包括示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器等）。支持連接多種傳感器及執(zhí)行機構(gòu)學(xué)生可基于標(biāo)準(zhǔn)配置中的面包板實現(xiàn)自定義的信號調(diào)理電路或其他電路模塊功能也可選擇第三方提供的現(xiàn)成電路板實現(xiàn)針對不同傳感器的信號調(diào)理功能教師也可自行開發(fā)實驗電路板通過USB連接PC，連接簡單，便于調(diào)試；具有很好的健壯性，降低實驗室資產(chǎn)損耗提供現(xiàn)成軟面板軟件實現(xiàn)不同的儀器功能教師或?qū)W生也可以通過LabVIEW編程實現(xiàn)自定義的數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等功能基于ELVIS平臺可開展的部分基本教學(xué)實驗（從左至右:電橋測量、電子溫度計設(shè)計、利用霍爾傳感器進行磁脈沖計數(shù)、直流電機的轉(zhuǎn)速測試和PID控制）NI為ELVIS平臺提供現(xiàn)成的的數(shù)據(jù)采集教學(xué)實驗指導(dǎo)書NI翻譯引進的國外高?；贓LVIS平臺的教學(xué)實驗指導(dǎo)書可供教師參考教師和學(xué)生可根據(jù)課程需要設(shè)計自定義的ELVIS實驗板和相關(guān)實驗程序（清華大學(xué)和吉林大學(xué)供圖）控制眾所周知，控制原理一直是電氣、自動化及機電各類相關(guān)專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。為了緊跟自動控制技術(shù)快速變革的發(fā)展腳步，順應(yīng)國內(nèi)教學(xué)改革的深入，迫切需要在控制原理授課中引入更為靈活的教學(xué)平臺，不斷強化動手實驗與項目實踐，以期在加深學(xué)生理論理解的同時，提高學(xué)生的創(chuàng)新、動手與工程實踐能力。NI自動控制原理教學(xué)方案在傳統(tǒng)書本及理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加交互性與實踐性，通過軟件的交互性界面幫助學(xué)生更形象的理解概念；通過便攜或?qū)I(yè)的實驗平臺，引入真實的信號，借助實際的應(yīng)用來闡述理論。實現(xiàn)學(xué)生在工程思想和創(chuàng)新動手實踐方面的提升。NI提供從“課堂演示”、“軟件實驗”、“硬件實驗”、“創(chuàng)新實驗”等多方面的教學(xué)方案，歸納如下：軟件硬件純軟件課堂演示LabVIEW+CDS+MathscriptRT從仿真到部署的實驗室實驗：

專業(yè)基礎(chǔ)實驗

專業(yè)核心實驗LabVIEW+CDS+MathscriptRT

RCPtoolkitELVIS+Quanser插板LabVIEW+CDS+MathscriptRT

RCPtoolkitmyRIO+QUBE對象或CompactRIO+Quanser對象基于創(chuàng)新項目的開放性實驗LabVIEW+CDS+MathscriptRTmyRIO或myDAQ機器人教學(xué)與競賽LabVIEW+機器人模塊NI機器人起步包或myRIO課堂演示LabVIEW在工程中應(yīng)用極其廣泛，其圖形化的編程思想更符合工程師的理念（EngineerSense），同時具備靈活的用戶界面與強大的交互性，使LabVIEW亦成為工程教育的領(lǐng)先工具。LabVIEW本身提供了數(shù)據(jù)流,文本方式(如符合matlab語法的Mathscript節(jié)點-MathscriptRT提供)等多種方式進行程序設(shè)計;同時LabVIEW控制仿真工具包可以提供針對控制設(shè)計與仿真的各種模塊。豐富的圖形化控件可以更加直觀的顯示仿真對象的動態(tài)特性。越來越多的美國大學(xué)以及國內(nèi)的頂尖院校開始使用LabVIEW作為控制原理教學(xué)的軟件仿真工具，讓學(xué)生在軟件動手實驗中更形象地體會理論，更生動地了解控制原理。LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計平臺在LabVIEW中實現(xiàn)控制設(shè)計與仿真從仿真到部署的實驗室實驗基于ELVIS的Quanser控制對象,學(xué)生學(xué)生可以完成從建模,模型驗證,控制算法設(shè)計,算法仿真到實物部署的一系列環(huán)節(jié),讓學(xué)生獲得從仿真到部署的完成控制工程概念與實踐體驗。ELVIS插板名稱Quansor直流電機插板模塊Quansor溫控箱插板模塊Quansor機電傳感器模塊Quansor倒立擺插板模塊Quansor一自由度直升機模塊配套實驗內(nèi)容階躍響應(yīng)建模開關(guān)控制響應(yīng)形變傳感器建模（狀態(tài)空間）模型建立（等效電阻）穩(wěn)態(tài)誤差分析過程控制系統(tǒng)建模壓力傳感器摩擦對控制算法的影響（狀態(tài)空間）模型分析模型時間常數(shù)提取PI控制算法設(shè)計壓電傳感器模型分析（狀態(tài)空間）系統(tǒng)辨識工具建立模型仿真模型與實際模型對比電位計傳感器控制算法設(shè)計（LQR）（狀態(tài)空間）PD控制算法設(shè)計根據(jù)實際結(jié)果修正模型紅外傳感器PID控制算法設(shè)計PI控制算法設(shè)計（速度控制）聲納傳感器PI控制速度（方波激勵）電磁場傳感器PI控制速度（三角波激勵）編碼器PD控制算法設(shè)計（位置控制）溫度傳感器電機負載對控制的影響LED和開關(guān)專業(yè)核心實驗軟件:NILabVIEW+CDS+MathscriptRT+RCPtoolkit硬件:myRIO+CUBE或CompactRIO+QuanserNImyRIO是NI今年針對教學(xué)實驗和學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用而最新推出的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺，內(nèi)嵌XilinxZynq芯片，學(xué)生可以將圖形化的LabVIEW算法直接下載到ARM實時系統(tǒng)上執(zhí)行，結(jié)合豐富的板載I/O資源（AI、AO、編碼器輸入、PWM輸出等），使在特別適合用于控制理論、機器人、機電一體化等領(lǐng)域的課程教學(xué)。在控制理論的教學(xué)中，結(jié)合Quanser公司的控制對象CUBE，在基本的電機、倒立擺PID控制等實驗的基礎(chǔ)上，還可以基于實時系統(tǒng)開展LQR控制等較復(fù)雜控制方法的教學(xué)實驗。NImyRIO提供的現(xiàn)成驅(qū)動函數(shù)抽象了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的底層細節(jié)，使學(xué)生可以將精力用于課程相關(guān)的控制設(shè)計和驗證。NImyRIO嵌入式實驗平臺和QuanserQUBE對象NICompactRIO平臺是一個模塊化的高性能嵌入式控制平臺，包含開放編程的嵌入式處理器和FPGA資源，同時可根據(jù)需要選擇不同的硬件I/O模塊，可用于對處理性能有更高要求的高級控制實驗。Quanser公司提供的一系列可以連接NICompactRIO嵌入式平臺的控制對象平臺，包括電機、倒立擺、直升機、柔性臂、柔性關(guān)節(jié)等實驗內(nèi)容，學(xué)生可以完成從復(fù)雜系統(tǒng)建模、模型驗證、現(xiàn)代控制算法設(shè)計、算法仿真到實物部署的一系列環(huán)節(jié)，讓學(xué)生獲得從仿真到部署的完成控制工程概念與實踐體驗。RCPtoolkit提供的工具可以將算法到硬件I/O部署的環(huán)節(jié)簡化到3個LabVIEW函數(shù)，使學(xué)生可以專注于控制算法設(shè)計及參數(shù)選擇驗證；同時也允許學(xué)有余力的學(xué)生通過LabVIEW訪問CompactRIO提供的底層實時系統(tǒng)以及FPGA資源，實現(xiàn)完全自定義的項目設(shè)計以及工程實踐。NICompactRIO嵌入式控制平臺和Quanser被控對象（多種被控對象選擇）目前國內(nèi)已有許多高校基于NI平臺開展控制方面的教學(xué)和課外實踐。例如，西安交通大學(xué)自動化系基于NIELVIS平臺開展自動控制原理的教學(xué)實驗改革，用更多設(shè)計型實驗取代傳統(tǒng)的驗證型實驗，并且將自控原理實驗與電子技術(shù)等前序課程的內(nèi)容有機銜接起來，提升學(xué)生的系統(tǒng)級設(shè)計能力和動手實踐能力，收到良好的效果。浙江大學(xué)則基于NI機器人起步教學(xué)平臺（核心控制硬件平臺基于NISingle-BoardRIO平臺）開展機器人教學(xué)實驗。西安交通大學(xué)基于NIELVIS平臺進行自控原理實驗教改項目，開展更多設(shè)計型實驗

（詳細案例可參見:/cs/app/doc/p/id/cs-15537）上海交通大學(xué)自動化系與NI建立的聯(lián)合實驗室

涵蓋運動控制、過程控制、計算機控制等全系列自動控制實驗內(nèi)容嵌入式開發(fā)NImyRIO是NI針對教學(xué)和學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用而最新推出的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺。NImyRIO內(nèi)嵌XilinxZynq芯片，使學(xué)生可以利用雙核ARMCortex-A9的實時性能以及XilinxFPGA可定制化I/O，學(xué)習(xí)從簡單嵌入式系統(tǒng)開發(fā)到具有一定復(fù)雜度的系統(tǒng)設(shè)計。NImyRIO的便攜性、快速開發(fā)體驗以及豐富的配套資源和指導(dǎo)書，使學(xué)生在較短時間內(nèi)就可以獨立開發(fā)完成一個完整的嵌入式工程項目應(yīng)用，特別適合用于控制、機器人、機電一體化、測控等領(lǐng)域的課程設(shè)計或?qū)W生創(chuàng)新項目。針對運動控制類實驗，NI提供MyRIO機電一體化附件包，用于教授和實現(xiàn)機電一體化實驗。該套件包含伺服電機、H橋驅(qū)動器、齒輪電動機（包含旋轉(zhuǎn)和速度編碼器）、羅盤、加速度計等。針對視覺類應(yīng)用，MyRIO支持USB攝像頭圖像采集處理。典型應(yīng)用案例：羅斯霍曼理工學(xué)院的EdDoering教授將MyRIO引入到嵌入式教學(xué)中，并且編寫《NImyRIOProjectEssentialsGuide》作為入門實驗指導(dǎo)書，通過16個實驗介紹了與16種不同的外圍元器件相連接的方法，如電位計、編碼器、電機等。在完成基本實驗的基礎(chǔ)上學(xué)生還開發(fā)了無人機、庭院防盜系統(tǒng)、自行車換擋器等創(chuàng)新應(yīng)用。圖:《NImyRIOProjectEssentialsGuide》封面及部分章節(jié)圖:以NImyRIO作為控制平臺開發(fā)完成的四旋翼飛行器圖:UCBerkeley的EECS149課程采用LabVIEW和myRIO作為配套實驗平臺(左圖為課程在的MOOC界面)，課程要求學(xué)生基于NImyRIO控制一個iRobot機器人圖:基于MyRIO實現(xiàn)無線遙控小車，可以通過USB攝像頭實現(xiàn)圖像傳輸圖:開發(fā)自行車自動換擋控制器，并可通過iPhone界面顯示當(dāng)前檔位課外動手實踐創(chuàng)新隨時隨地，實現(xiàn)工程創(chuàng)新：不同于一般的USB便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備，NImyDAQ是為工程專業(yè)的學(xué)生量身定制，可以幫助學(xué)生在實驗室內(nèi)外的任何時間，任何地點進行工程創(chuàng)新實踐的創(chuàng)新教學(xué)實踐平臺。與NIELVIS相似，NImyDAQ可與電路設(shè)計軟件Multisim和圖形化系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境LabVIEW無縫集成。NImyDAQ能夠讓學(xué)生將多個學(xué)科的知識相互綜合，并付諸創(chuàng)新實踐。只要學(xué)生有電腦，就可以通過USB連接NImyDAQ實現(xiàn)多種儀器和電源等功能，同時又有足夠的開放性，非常適合用于幫助學(xué)生完成各種課外動手作業(yè)、設(shè)計型實驗、或開展基于項目的學(xué)生科技創(chuàng)新活動，提高學(xué)生的動手能力和解決實際問題的能力，使學(xué)生具備“系統(tǒng)級”設(shè)計的能力，同時充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，適應(yīng)教學(xué)改革的要求和卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)。以清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等為例，為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并深化對理論知識的理解，在課外作業(yè)的環(huán)節(jié)增加了更多的仿真和實踐性動手作業(yè)。教師給學(xué)生布置一些開放式的題目，學(xué)生在宿舍進行仿真并搭建實際電路，教師按三四名學(xué)生一組將NImyDAQ借給學(xué)生，這樣學(xué)生只要有一臺電腦就可以利用示波器、函數(shù)發(fā)生器、萬用表、波特圖分析儀等功能對電路進行各種測試，完成報告。除電子線路類實驗外，學(xué)生還可以基于MyDAQ完成信號處理、控制、電子測試測量類創(chuàng)新實驗。清華大學(xué)與MIT合作開設(shè)的大規(guī)模在線MOOC課程《電路》中以NIMultisim和NImyDAQ作為學(xué)生作業(yè)和實踐平臺（視頻鏈接:/v_show/id_XNjA3NjY2NjY0.html）上海交通大學(xué)、西安電子科技大學(xué)基于MyDAQ開展電子線路創(chuàng)新實驗浙江大學(xué)基于MyDAQ開展信號分析與處理實驗教學(xué)醫(yī)學(xué)信號檢測分析虛擬儀器技術(shù)利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成對各類信號的測量、采集、分析處理等功能，應(yīng)用遍布電子、機械、通信、物理、汽車制造、國防、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個行業(yè)領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，虛擬儀器利用傳感器獲取的人體生理信號（如壓力信號，張力信號，溫度信號等）或電生理信號（如心電、肌電和腦電）經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換輸入計算機，再利用LabVIEW圖形化軟件做進一步分析和處理。相比傳統(tǒng)測試及診斷設(shè)備，用戶可以通過虛擬儀器友好的人機界面方便地進行操作，可對虛擬儀器的功能和用途進行定義、組合和擴展，從而更快、更省和更方便的解決測試、測量應(yīng)用問題。對于醫(yī)學(xué)相關(guān)類學(xué)生來講，知識結(jié)構(gòu)的更新、動手能力、實驗技能和創(chuàng)新思維等的培養(yǎng)，對于將其培養(yǎng)成為一名知識廣、基礎(chǔ)厚、能力強的高層次醫(yī)生或醫(yī)療相關(guān)工作者是極其重要的。包括山東大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、首都醫(yī)科大學(xué)、上海交通大學(xué)、中南大學(xué)在內(nèi)的眾多著名高校通過開設(shè)醫(yī)學(xué)信號檢測分析課程并應(yīng)用虛擬儀器進行實驗教學(xué)，使學(xué)生在基礎(chǔ)知識、動手能力和創(chuàng)新思維等方面都得到了顯著的提高，學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)工程課程專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)和專業(yè)課程的學(xué)習(xí)也產(chǎn)生了濃厚的興趣，比傳統(tǒng)的僅靠理論教學(xué)和信號處理中枯燥的公式推導(dǎo)更易于被學(xué)生接受。以山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院為例，從2008年起面向山東大學(xué)醫(yī)科學(xué)生開設(shè)了《虛擬儀器的設(shè)計與實現(xiàn)》課程，目的是讓學(xué)生了解虛擬儀器技術(shù)的基本概念、結(jié)構(gòu)和特點，掌握使用LabVIEW開發(fā)虛擬儀器的方法和技巧，指導(dǎo)醫(yī)學(xué)生運用LabVIEW編寫程序進行醫(yī)學(xué)信號的處理與分析。對應(yīng)醫(yī)學(xué)信號檢測分析課程，其主要內(nèi)容包括醫(yī)學(xué)信號和傳感器、醫(yī)學(xué)信號采集、醫(yī)學(xué)信號的相干平均和相關(guān)分析、醫(yī)學(xué)信號的數(shù)字濾波、醫(yī)學(xué)信號的頻譜分析、醫(yī)學(xué)信號的特征提取、小波變換和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用等。目前基于LabVIEW及數(shù)據(jù)采集設(shè)備實驗實驗包括：虛擬儀器及其編程、生物醫(yī)學(xué)傳感器、醫(yī)學(xué)信號采集、相干平均與相關(guān)分析、濾波器設(shè)計與頻譜分析、心電信號特征提取、小波變換及其應(yīng)用等。通過虛擬儀器實驗拓展了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力。該課程受到學(xué)生的熱烈歡迎，每年選課人數(shù)達120人，學(xué)習(xí)過該課程的學(xué)生都能利用LabVIEW程序按需設(shè)計虛擬儀器。目前該課程已經(jīng)入選山東大學(xué)校級精品課程，基于虛擬儀器搭建的醫(yī)學(xué)儀器平臺是山東大學(xué)獲批國家級醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心重要組成部分。以神經(jīng)放電信號檢測分析系統(tǒng)為例，膈神經(jīng)的放電信號是一簇簇密集的放電，對此信號經(jīng)典的處理方法是對放電信號積分運算，從積分后的曲線再進一步區(qū)分每一時相的開始時刻。模擬積分儀采用RC電路完成積分運算，改變積分參數(shù)就是改變電阻和電容的數(shù)值，缺點是誤差較大。而虛擬儀器充分利用了計算機強大的計算能力，采用“計算公式”就得到了積分曲線，改變積分參數(shù)非常容易，而且精度較高。國內(nèi)外的、成品的基于計算機的多道生理記錄儀也能完成這一測試任務(wù)，但是學(xué)生只能“知其然，不知其所以然”。而使用LabVIEW編寫程序，學(xué)生不僅能夠完成實驗，而且能探究其內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，這無疑會激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索域，拓展學(xué)生們的視野，提高他們的綜合分析問題和處理問題的能力。基于LabVIEW及模塊化采集硬件實現(xiàn)神經(jīng)放電信號檢測分析除山東大學(xué)外，LabVIEW和NI硬件設(shè)備還被應(yīng)用到浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、首都醫(yī)科大學(xué)、天津大學(xué)等高校生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)實驗中?；贚abVIEW和NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備開展創(chuàng)新性實驗（復(fù)旦大學(xué)）基于LabVIEW和NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備開展創(chuàng)新性實驗（浙江大學(xué)）除以上高校教學(xué)實踐應(yīng)用外，LabVIEW、生物醫(yī)學(xué)處理工具包和NI高性能模塊化采集平臺被廣泛于醫(yī)學(xué)研究項目。以下列舉了南京航空航天大學(xué)神經(jīng)細胞研究、上海交通大學(xué)激光與光子生物醫(yī)學(xué)實驗室OCT成像、日本北里大學(xué)癌癥診斷等應(yīng)用。壁虎神經(jīng)細胞記錄與模式分析（南京航空航天大學(xué)）光學(xué)斷層圖像掃描研究（上海交通大學(xué)\東北大學(xué)生物醫(yī)學(xué)實驗室）全球首臺實時3D光學(xué)相干斷層（OCT）醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)（北里大學(xué)）虛擬儀器創(chuàng)新實驗室—支持說明為了更好地將學(xué)校人才培養(yǎng)和企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢相結(jié)合，通過全面的、多樣化的校企合作實現(xiàn)應(yīng)用型高級專門人才培養(yǎng)目標(biāo)，NI將協(xié)助XX大學(xué)XX學(xué)院在創(chuàng)新性實驗教學(xué)、開放性自主研學(xué)、高水平科研訓(xùn)練和科研型畢業(yè)設(shè)計等方面開展多層次、開放性、立體化的教學(xué)。合作框架體系如下：教學(xué)側(cè)純軟件課堂演示——電子線路\通信原理\信號處理\控制；基礎(chǔ)課程實驗——電子線路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、測試測量（NI提供實驗指導(dǎo)書）；第二課堂（課外活動）研討會：圖形化系統(tǒng)設(shè)計系列報告，向老師\介紹介紹前沿科研\(zhòng)工業(yè)應(yīng)用；全國虛擬儀器大賽：推薦優(yōu)秀學(xué)生作品參加教育部和中國儀器儀表協(xié)會主辦（NI協(xié)辦）全國大賽；畢業(yè)論文設(shè)計大賽：推薦學(xué)生優(yōu)秀作品參加NI全國畢業(yè)論文大賽（自2007年起已連續(xù)舉辦8屆）；其他：支持校內(nèi)舉辦虛擬儀器大賽、建立學(xué)生俱樂部等；培訓(xùn)\資格認證教師培訓(xùn)：優(yōu)先安排XX大學(xué)XX學(xué)院老師參加教師培訓(xùn)及活動；CLAD資格認證：XX大學(xué)XX學(xué)院學(xué)生參加CLAD（LabVIEW助理工程師認證）享受50%折扣優(yōu)惠；NI將在信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、無線通信等基礎(chǔ)\專業(yè)、電子線路、測試測量、嵌入式等課程上，給予XX大學(xué)XX學(xué)院實驗材料、教師培訓(xùn)等支持，以下是課程支持體系：具體教學(xué)資源如下：A:電子線路針對電子線路實驗教學(xué)，NI提供Multisim軟件仿真、Multisim仿真+ELVIS實際搭建電路對比2類實驗資源，其中Multisim軟件仿真包含基礎(chǔ)驗證性實驗和提高設(shè)計性實驗，具體實驗內(nèi)容如下：實驗形式實驗內(nèi)容Multisim軟件仿真A:Multisim在電路分析中的應(yīng)用

1仿真實驗報告的書寫

2基爾霍夫定律

3疊加定理

4戴維寧定理

5一階RC動態(tài)電路

6單相交流電路

7三相交流電路

8諧振電路B:Multisim在模擬電子技術(shù)中的應(yīng)用

1半導(dǎo)體二極管電路

2雙極型晶體管基本放大電路

3場效應(yīng)管基本放大電路

4差分放大電路

5功率放大電路

6運算電路

7電壓比較器

8負反饋放大電路

9RC正弦波振蕩電路

10非正弦波發(fā)生電路

11有源濾波電路

12串聯(lián)穩(wěn)壓電源C:Multisim在數(shù)字電子技術(shù)中的應(yīng)用

1邏輯轉(zhuǎn)換

2門電路邏輯功能測試

3組合邏輯電路

4觸發(fā)器

5中規(guī)模計數(shù)器

6555定時器及應(yīng)用硬件實驗通過ELVIS搭建電子線路并將實際的電路參數(shù)和信號進行記錄，在同一用戶界面上與Multisim仿真結(jié)果實時比對，借助仿真與實際的差別來深入理解電路本質(zhì)。該部分實驗內(nèi)容如下：實驗形式實驗內(nèi)容Multisim仿真+ELVIS實際電路搭建(仿真與實際電路對比)a)示波器、信號源、可變電源虛擬儀器的使用

b)RC、RLC電路特性分析

c)二極管、三極管特性曲線分析

d)OpAmp電路及設(shè)計和分析

e)OpAmp濾波器實驗電路設(shè)計和分析（高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器）

f)數(shù)字電路設(shè)計（555數(shù)字時鐘電路、數(shù)字計數(shù)器電路）

g)交流電路實驗

h)數(shù)據(jù)采集實驗

i)溫度、壓力、應(yīng)變測量和分析實驗

j)生物醫(yī)電生理信號測量和分析

k)救援用LED燈實驗

l)數(shù)碼管控制實驗

m)自由空間光通信實驗

n)波形編輯及頻譜分析實驗

o)磁場傳感器測量和分析實驗

p)直流電機的馬達轉(zhuǎn)速測量與控制

q)直流電機的馬達位移測量與控制

r)機械運動實驗

s)無線通信實驗B:信號處理針對信號處理課程NI提供軟件仿真、Emona信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理3類實驗資源，其中信號處理軟件仿真適合教師課堂演示和學(xué)生課后學(xué)習(xí)，具體實驗內(nèi)容如下：形式內(nèi)容信號處理軟件仿真；“信號處理實驗室”是由NI開發(fā)針對信號處理、信號與系統(tǒng)課程量身訂做的課程套件，其中包括了卷積、混疊、窗函數(shù)分析、柵欄效應(yīng)、IIR、FIR、AM/FM調(diào)制、倒譜等等50多個從基礎(chǔ)到高級的信號處理知識點的演示程序。有助于教學(xué)演示使用，幫助學(xué)生理解。該部分完全基于LabVIEW院校使用權(quán)（LabVIEW基本開發(fā)環(huán)境、高級信號處理工具包等）實現(xiàn)，對于聯(lián)合實驗室建設(shè)NI可以提供源代碼。這種教學(xué)方式適合純虛擬仿真教學(xué)，教師課堂授課使用、學(xué)生課后復(fù)習(xí)基礎(chǔ)知識都可以。信號與系統(tǒng)：基于虛擬儀器綜合實驗平臺（ELVIS），學(xué)生可以SIGEx信號處理教學(xué)實驗板與配套教材開展相關(guān)實驗。該實驗板針對“信號與系統(tǒng)”以及“數(shù)字信號處理”課程特別開發(fā)的課程實驗板，配套有16門學(xué)生動手實驗。圖：SIGEx信號處理實驗板圖：SIGEx信號處理實驗板虛擬儀器綜合實驗平臺（ELVIS）單元上的LabVIEW具有可編程能力，同時結(jié)合大量的模擬和數(shù)字輸入輸出通道，能夠按照用戶需求定制儀器，便于實踐當(dāng)中的動手實驗教學(xué)。對應(yīng)實驗列表如下：實驗一：NIELVISII+實驗儀器簡介實驗二：EmonaSIGEx插入板介紹實驗三：信號特性及其應(yīng)用實驗四：線性與非線性系統(tǒng)實驗五：解卷積實驗六：卷積、相關(guān)性和匹配濾波器實驗七：復(fù)數(shù)與指數(shù)實驗八：傅里葉級數(shù)分析實驗九：時變信號的譜分析實驗十：RC網(wǎng)絡(luò)的時域分析實驗十一：拉普拉斯域零極點實驗十二：采樣與混疊實驗十三：模數(shù)轉(zhuǎn)換初探實驗十四：FIR系統(tǒng)的離散時間濾波器實驗十五：Z平面零極點當(dāng)虛擬儀器綜合實驗平臺（ELVIS）和SIGEx配合使用來進行信號與系統(tǒng)實驗時，用戶需要運行SIGExMainSFPVI，如下圖所示：圖：SIGEx程序界面?zhèn)渥ⅲ盒盘柼幚韺嶒灠逶敿氄f明見《SIGEx實驗手冊》數(shù)字信號處理：針對數(shù)字信號處理應(yīng)用，LabVIEW本身提供豐富的數(shù)學(xué)運算和信號處理函數(shù)庫，另外還提供一些專門的附加工具包，針對某一方面的信號處理應(yīng)用提供更多專業(yè)的函數(shù)工具。這些工具包包括數(shù)字濾波器設(shè)計工具包、高級信號處理工具包、自適應(yīng)濾波器設(shè)計工具包、聲音與振動分析套件等。《數(shù)字信號處理原理及其LabVIEW實現(xiàn)》會詳細介紹LabVIEW中信號處理與數(shù)據(jù)采集方面的一些編程技術(shù)，并且通過LabVIEW仿真和實驗幫助學(xué)生加深理解數(shù)字信號處理的基本概念和理論，同時通過數(shù)字信號處理方面的實例使學(xué)生掌握基本的LabVIEW編程技術(shù)。軟件基于LabVIEW，硬件基于ELVIS綜合實驗平臺。具體實驗內(nèi)容如下：實驗形式實驗內(nèi)容信號處理軟件仿真+硬件采集；基于LabVIEW的數(shù)字信號處理實驗

1信號序列生成

2信號時域分析

3離散時間序列信號的卷積

4信號頻域分析

5數(shù)字濾波器設(shè)計與應(yīng)用

6數(shù)字濾波器的系數(shù)量化誤差

7信號的內(nèi)插與抽取

8高級數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用*

9結(jié)合數(shù)據(jù)采集（DAQ）硬件的信號處理實驗

9.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）與實驗平臺簡介

9.2基于ELVIS（或myDAQ）的波形信號采集

9.3對真實信號的實時采集和頻譜分析

9.4信號的濾波、合成與輸出

10在嵌入式硬件上實現(xiàn)信號處理算法

10.1用于信號處理應(yīng)用的嵌入式硬件平臺

10.2基于LabVIEW的嵌入式應(yīng)用開發(fā)與應(yīng)用備注：NI提供實驗指導(dǎo)書（電子版）及LabVIEW源代碼。C:通信針對通信類課程NI提供軟件仿真和硬件搭建2類實驗，其中軟件仿真適合教師課堂演示和學(xué)生課后學(xué)習(xí)，具體實驗內(nèi)容如下：實驗形式實驗內(nèi)容通信原理理論（軟件仿真）NI提供“通信原理實驗室”課件。包含了11個與通信原理相關(guān)的課件涵蓋：模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、信道復(fù)用、信道噪聲、信道干擾、載波同步和頻譜分析等七個知識大類。-適用課程：《通信原理》，《現(xiàn)代通信原理》國內(nèi)北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校早以將軟件無線電平臺引入通信實驗教學(xué)，幫助學(xué)生加強通信鏈路認識的同時，學(xué)生自主設(shè)計和創(chuàng)新實驗很好的鍛煉了工程實踐能力。針對軟件無線電平臺，NI提供加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）、德州大學(xué)奧斯汀分校通信課程實驗指導(dǎo)書，國內(nèi)高校上海交通大學(xué)、北京郵電大學(xué)等也基于USRP和LabVIEW編著相關(guān)教材。以下是加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）、德州大學(xué)奧斯汀分校實驗指導(dǎo)書明細：加州大學(xué)圣地亞哥分校(UCSD)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校(UTAustin)1.頻譜分析1.1LabVIEW介紹1.2USRP硬件介紹2.基本通信信號與噪聲2.1調(diào)制和解調(diào)2.2脈沖成形和匹配濾波3.正交調(diào)制、頻帶信號和噪聲3同步：窄帶信道的符號時鐘恢復(fù)4.基帶數(shù)據(jù)產(chǎn)生和濾波4信道估計與均衡5.數(shù)字基帶傳輸-PAM5幀檢測與頻偏糾正6.鎖相環(huán)6OFDM調(diào)制&頻域均衡7.數(shù)字帶通數(shù)字鏈路-BPSK7OFDM系統(tǒng)的同步算法8.QPSK8OFDM系統(tǒng)的信道編碼D:電子測試測量、虛擬儀器、傳感器針對電子測試測量、虛擬儀器、傳感器類課程，NI提供虛擬儀器課件講義、基于虛擬儀器綜合實驗平臺（ELVISII+）指導(dǎo)書以及豐富的LabVIEW范例代碼等。以下是部分可以完成的實驗：形式內(nèi)容備注基礎(chǔ)性實驗+開放性實驗?zāi)Ｊ?；（NI提供虛擬儀器課件和詳細實驗指導(dǎo)書）1、基礎(chǔ)性實驗：利用QNET傳感器測量教學(xué)實驗板的數(shù)字和模擬傳感器，完成溫度、壓力、磁場、壓電晶體、電位計、編碼器、各種類型開關(guān)（SPDT、霍爾效應(yīng)、光透射）等實驗，并配合相應(yīng)的實驗指導(dǎo)課件，適合于學(xué)習(xí)傳感器的特性，以及應(yīng)用傳感器進行測試測量的基礎(chǔ)理論和實踐。2、開放性實驗：電橋測量、電子溫度計設(shè)計、利用霍爾傳感器進行磁脈沖計數(shù)、直流電機的轉(zhuǎn)速測試和PID控制針對基礎(chǔ)和開放性實驗，NI提供課堂授課PPT、動手實踐教材等。NI提供實驗資源說明：資源名稱詳細內(nèi)容備注《虛擬儀器課件講義》1、虛擬儀器的技術(shù)背景與基本概念；2、以軟件定義的模塊化儀器系統(tǒng)；3、LabVIEW開發(fā)環(huán)境及程序設(shè)計基礎(chǔ)；4、數(shù)據(jù)采集與信號調(diào)理；5、基于LabVIEW的信號處理；6、LabVIEW程序設(shè)計進階；7、虛擬儀器技術(shù)的最新進展與應(yīng)用；NI提供課件和LabVIEW源代碼；市面上也有很多NI和院校合著或贊助的LabVIEW書籍；《基于ELVIS的數(shù)據(jù)采集實驗指導(dǎo)書》1、ELVIS基本操作；2、MAX與DAQ助手；3、模擬輸入；4、模擬輸出；5、數(shù)字輸入和輸出；6、使用數(shù)據(jù)采集設(shè)備上的計數(shù)器；7、在ELVIS上實驗信號調(diào)理；8、基于ELVIS的音頻信號處理；NI提供實驗指導(dǎo)書和LabVIEW源代碼《基于NIELVIS的傳感器測量及應(yīng)用》實驗指導(dǎo)書（NI提供指導(dǎo)書和源代碼）：E：控制軟件仿真控制工程基礎(chǔ)基于LabVIEW院校使用權(quán)（LabVIEW基本環(huán)境、控制與仿真工具包等）開發(fā)的控制理論仿真。NI可以提供源代碼保證實驗室剛建立時授課實驗，進一步提供的教師培訓(xùn)保證老師能熟悉LabVIEW環(huán)境并做程序修改，控制系統(tǒng)模型的開發(fā)?？刂葡到y(tǒng)純仿真一方面符合虛擬仿真教學(xué)思想，幫助學(xué)生隨時隨地的鞏固課堂理論，同時也可將此作為學(xué)生課后作業(yè)?；贜IELVIS和QuanserQNET直流電機的控制實驗指導(dǎo)書《自動控制原理實驗指導(dǎo)/本科“十二五”規(guī)劃教材》簡述了自動控制原理經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)知識，介紹了NIELVISⅡ多功能綜合數(shù)據(jù)采集實驗平臺、自行設(shè)計的基于ELVISⅡ的自動控制原理實驗系統(tǒng)，以及LabVIEw數(shù)據(jù)采集API函數(shù)，編排設(shè)計了自動控制原理基礎(chǔ)實驗和綜合創(chuàng)新設(shè)計實驗?；A(chǔ)實驗包括了典型系統(tǒng)時域、頻域、根軌跡分析，控制系統(tǒng)校正設(shè)計、電機建模與控制、模擬信號的采樣與輸出等實驗。綜合創(chuàng)新設(shè)計實驗包括電機轉(zhuǎn)速控制設(shè)計、電機位置控制設(shè)計、垂直起降控制系統(tǒng)設(shè)計與倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計。實驗基于LabVIEW院校使用權(quán)、ELVISII\II+、直流電機實驗板、電阻\電容\運算放大器等完成。包