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摘 要：计算机辅助教学是目前一个从理论到教学实践都很感兴趣的课题。利用计算机及相关配套的多媒体设备可以实现抽象理论的形象化。但是目前实验的CAI开发与研制都集中在具体的实验项目的仿真，或是利用计算机进行的数据处理，所以形象化与精确性往往不可兼得。而利用计算机来实现仪器的虚拟却具有很多优点，就是在科研中也有重要的应用。
关键词：CAI虚拟仪器；数据采集
一、虚拟仪器及其优点
虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，它是利用现有的计算机，配上相应的硬件（如数据采集卡、输入/输出卡、GPIB卡等）和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器，虚拟仪器系统的构成可分成3个部分：第一是数据采集系统，通常是专用数据采集卡；第二是采集数据的处理和分析系统；第三是结果显示系统，包括显示器、打印机或绘图仪。
在电子实验中常用的仪器种类多，数量大，体积庞大，因而维修工作量也比较大，而且目前好的仪器其价格也比较高，例如：无论是数字存贮示波器，还是频谱分析仪的价格都是普通示波器的十几倍。使用虚拟总结起来有以下优点。
（１）将多种常用实验仪器集成在一台个人计算机上，可同时实现多种常用仪器的功能。
（２）可根据需要设计虚拟仪器功能，仪器功能从厂商定义转变为用户定义，使功能更贴近需要。
（３）虚拟仪器主要由软件组成，因此易修改更新，功能扩充性强，可使仪器不断升级。
（４）虚拟仪器易实现网络化，可将整个实验室组成区域网，提高仪器设备的利用率，提高实验室开放程度，从而更有利于实验指导和管理。
（５）提高了信号测量效率，而仪器本身也不易损坏，维修方便。
（６）扩充了实验内容，节约了可观的实验经费。
（７）利用虚拟仪器的存储与打印功能，可以为电子类科技文献写作提供便利。
二、仪器虚拟的准备
１．软件的下载与安装
SHOW软件是中国科技大学严宇亮研制开发的。这一软件可以在音频范围内替代信号发生器、双踪示波器、频率测试仪、万用表等仪器。该软件目前有免费版本，但缺少应用的详细说明，如果使用不当，会损坏计算机设备。该软件可以在互联网上下载（0.94版本，仅64KB大小）。将下载后的压缩包解开后，会得到“show.exe”和“使用说明.chm”两个文件，运行“show.exe”后即进人虚拟仪器的主界面。
２．硬件的准备与联接
准备一根三芯屏蔽线，一端接上三个鳄鱼夹，分别是左（L），右（R），地（GND），另一端接上一个直径3.5~的立体声耳机插头，并按此法制作两根即可，其作用是通过电缆采集实际实验电路中的测试信号。
连接：将一根测试电缆3.5~耳机插头一端插人声卡的line out口作为输出电缆，另一根按同样的方式插人声卡的line in口作为输入电缆，如果声卡上没有line in口，也可以选择MIC In，但此时示波器将只能单踪工作，万用表也只能测电压了。
调整：打开电脑的音量调节软件，在属性中调出录音音量控制面板，将输入方式选成“线性”并适当调整音量，同时禁用一些不常用的设备，如MODEM、CD等的音量调节，以尽量减少对测量的干扰。
三、虚拟仪器的使用
１．示波器
为了便于观察信号，常用示波器需要根据信号的大小调节示波器的“量程”。即调整示波器的电压/格（Volst/div）或时间/格（Time/div），或者使用不同衰减的联接电缆。在虚拟示波器界面右上方的“增益”中，可以通过滑块和按钮调节两路输入信号显示的大小，滑块可进行连续调节，调节范围为0db-12db，按钮调节范围为0db-42db，除此以外，还可以在“基准线”和“时基”中分别调整示波器图形的坐标线和采样时间，通过“同步”设定信号同步，以利于对信号波形的观察。
２．频率计
按下右下方“电源开关”下的“频率计”即可启动虚拟频率计，频率的测量是通过对输入信号进行快速傅利叶变换（FFT）得到的，具有快速、实时的特点，但也给测量结果带来约10Hz的误差，如果想得到准确的频率值，可利用信号发生器的输入信号配合示波器利用李萨如图形法进行测量，如果将FFT取样数提高，则误差可以小于1Hz，但此时软件运算量会增加，一般无此必要。
３．信号发生器
按“信号源”按钮将启动信号发生器，信号为双路输出，可通过三芯测试电缆送出，在界面右边的“信号发生器”项目下，则可以同时调整两路输出信号的频率、波形和增益，输出信号频率从20Hz到20kHz可调，但受声卡DSP芯片采样频率及声卡质量的影响，实际输出的信号频率只有50Hz到巧KHz的正弦波比较理想，不过，用来完成一般的测量已经完全足够。
４．万用表
按下“万用表”按钮可以启动万用表功能，配合前面制作的两根测试电缆，连接后即可以对电阻、电容、电感和交流电压有效值进行测量。
四、结束语
在电子实验教学中使用虚拟仪器可以实现常用仪器所不具有的功能；应用SHOW软件可以方便的实现示波器、频率计、信号源、万用表的虚拟。我们还对实际运用仪器的步骤与注意事项作了详细的说明。虚拟仪器还可以用于各种微弱信号实时测量，例如普通物理实验中的杨氏模量的测量，复射式光点检流计的计算机虚拟，电声学实验中的语音分析等，我们将进一步研究应用
【参考文献】
[1]柴成刚，陈建军，丁孺牛.《计算机辅助物理实验教学的几点思考》[J].二·物理实验.2002.
[2]赵纪平，徐庆强.《牛顿环实验数据处理的最佳方法》[J].徐州师范大学学报（自然科学版）.2001．
关键词：CAI虚拟仪器；数据采集
一、虚拟仪器及其优点
虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，它是利用现有的计算机，配上相应的硬件（如数据采集卡、输入/输出卡、GPIB卡等）和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器，虚拟仪器系统的构成可分成3个部分：第一是数据采集系统，通常是专用数据采集卡；第二是采集数据的处理和分析系统；第三是结果显示系统，包括显示器、打印机或绘图仪。
在电子实验中常用的仪器种类多，数量大，体积庞大，因而维修工作量也比较大，而且目前好的仪器其价格也比较高，例如：无论是数字存贮示波器，还是频谱分析仪的价格都是普通示波器的十几倍。使用虚拟总结起来有以下优点。
（１）将多种常用实验仪器集成在一台个人计算机上，可同时实现多种常用仪器的功能。
（２）可根据需要设计虚拟仪器功能，仪器功能从厂商定义转变为用户定义，使功能更贴近需要。
（３）虚拟仪器主要由软件组成，因此易修改更新，功能扩充性强，可使仪器不断升级。
（４）虚拟仪器易实现网络化，可将整个实验室组成区域网，提高仪器设备的利用率，提高实验室开放程度，从而更有利于实验指导和管理。
（５）提高了信号测量效率，而仪器本身也不易损坏，维修方便。
（６）扩充了实验内容，节约了可观的实验经费。
（７）利用虚拟仪器的存储与打印功能，可以为电子类科技文献写作提供便利。
二、仪器虚拟的准备
１．软件的下载与安装
SHOW软件是中国科技大学严宇亮研制开发的。这一软件可以在音频范围内替代信号发生器、双踪示波器、频率测试仪、万用表等仪器。该软件目前有免费版本，但缺少应用的详细说明，如果使用不当，会损坏计算机设备。该软件可以在互联网上下载（0.94版本，仅64KB大小）。将下载后的压缩包解开后，会得到“show.exe”和“使用说明.chm”两个文件，运行“show.exe”后即进人虚拟仪器的主界面。
２．硬件的准备与联接
准备一根三芯屏蔽线，一端接上三个鳄鱼夹，分别是左（L），右（R），地（GND），另一端接上一个直径3.5~的立体声耳机插头，并按此法制作两根即可，其作用是通过电缆采集实际实验电路中的测试信号。
连接：将一根测试电缆3.5~耳机插头一端插人声卡的line out口作为输出电缆，另一根按同样的方式插人声卡的line in口作为输入电缆，如果声卡上没有line in口，也可以选择MIC In，但此时示波器将只能单踪工作，万用表也只能测电压了。
调整：打开电脑的音量调节软件，在属性中调出录音音量控制面板，将输入方式选成“线性”并适当调整音量，同时禁用一些不常用的设备，如MODEM、CD等的音量调节，以尽量减少对测量的干扰。
三、虚拟仪器的使用
１．示波器
为了便于观察信号，常用示波器需要根据信号的大小调节示波器的“量程”。即调整示波器的电压/格（Volst/div）或时间/格（Time/div），或者使用不同衰减的联接电缆。在虚拟示波器界面右上方的“增益”中，可以通过滑块和按钮调节两路输入信号显示的大小，滑块可进行连续调节，调节范围为0db-12db，按钮调节范围为0db-42db，除此以外，还可以在“基准线”和“时基”中分别调整示波器图形的坐标线和采样时间，通过“同步”设定信号同步，以利于对信号波形的观察。
２．频率计
按下右下方“电源开关”下的“频率计”即可启动虚拟频率计，频率的测量是通过对输入信号进行快速傅利叶变换（FFT）得到的，具有快速、实时的特点，但也给测量结果带来约10Hz的误差，如果想得到准确的频率值，可利用信号发生器的输入信号配合示波器利用李萨如图形法进行测量，如果将FFT取样数提高，则误差可以小于1Hz，但此时软件运算量会增加，一般无此必要。
３．信号发生器
按“信号源”按钮将启动信号发生器，信号为双路输出，可通过三芯测试电缆送出，在界面右边的“信号发生器”项目下，则可以同时调整两路输出信号的频率、波形和增益，输出信号频率从20Hz到20kHz可调，但受声卡DSP芯片采样频率及声卡质量的影响，实际输出的信号频率只有50Hz到巧KHz的正弦波比较理想，不过，用来完成一般的测量已经完全足够。
４．万用表
按下“万用表”按钮可以启动万用表功能，配合前面制作的两根测试电缆，连接后即可以对电阻、电容、电感和交流电压有效值进行测量。
四、结束语
在电子实验教学中使用虚拟仪器可以实现常用仪器所不具有的功能；应用SHOW软件可以方便的实现示波器、频率计、信号源、万用表的虚拟。我们还对实际运用仪器的步骤与注意事项作了详细的说明。虚拟仪器还可以用于各种微弱信号实时测量，例如普通物理实验中的杨氏模量的测量，复射式光点检流计的计算机虚拟，电声学实验中的语音分析等，我们将进一步研究应用
【参考文献】
[1]柴成刚，陈建军，丁孺牛.《计算机辅助物理实验教学的几点思考》[J].二·物理实验.2002.
[2]赵纪平，徐庆强.《牛顿环实验数据处理的最佳方法》[J].徐州师范大学学报（自然科学版）.2001．