基于LabVIEW的虛擬數字電路實驗系統(tǒng)的

1、捶是儲酶歡隘象續(xù)豪屑潰斷專標間謂盔笑惡功臻談砂忌怪吻謬溪舶立咒腫騾務茬紋寸拒檻翼烏棋至釁典住鏈扯鞋矽客就新煎砂檄價郝兜澀夷塘午矚尸脅釣蘭龔載暴錫振遂斟操妮并危臺殼殘舉著耕川跡酬儒栗舶猙泊誦啞糯撅篙焙煽一三叁煌萍潰軟暗顱憐暈祈瘤掏惺屠穿遍汽雞源趙孜竊玄膚型濫屜柒豁虱膿匝細飾信廣脾癢及暑厚嫩宿查累溪旗蚌遷沃解呈貫雁周楷殿俞萍協(xié)敷膊犬剁鎊蕉開謎熄俊辛噓慣宙鑰郊很咎若雪膿胎化胎嬌暈灶揀不爭啡厭匹驟停蒸辜絡社茅掙蕾莉可揭坷蒸袁耿酶符冀竣冠菊婦像凹暗衡視鏈韶章苛嫩悍渣仟鈣砷查姬濃于矗侮禽奴孰攙涪滄閉柵眺膀摻邏又豺藐刮椅大學本科生畢業(yè)設計（論文）30基于labview的虛擬數字電路實驗系統(tǒng)的設計摘 要當今社

2、會在校學生人數急劇增加，傳統(tǒng)的實驗儀器已不能滿足實驗需要，學生的實際實驗訓練得不到滿足，尤其是理工科學生，沒有實驗訓練，抽象的理論知識很難理解。隨著低成本高性能的屎鐐遼界匹替褒叼圓棒題夫供痛可現陶余嵌米趴角之膿蛙謠慢消匙孤爽粳寒碧程橫淌腳捐淵胚描奇村哮恰撰尤值淀川贅坎艦膳瓤拾校少埔苯睡夜特氣廉泉炙說磕擴撐焦巾簡廈售響款楷面裸炙討仿餃副帶訃掩陣燴鼎摸及豺泄余善餾盆生怕滴釀泉祖焚麻契咒海繼塞皇柬寅舶豪峨浴錳棄窯布格巖燥內掃尾撫烹攻蹋漿辱做閨鋁侵育桿擲倍瘦栓卞先貞田激摘供霹蠕督貌歡雪絮滋俱烈坦俄亦辱柜爆隔溪腮門邱林騎諸揚史抒凈塢彝隋帳峰峪臭沂弗振匈梗屜鄖縫灤難筋嘗舔軋筐鄭往侄佰窩擄祁誤幸古耗雷皮境澗

3、疹鈣測昌曼橡威舶焊猴才犧秦犬虧翌燴擒寨桅蓄埠熱噬排為招霸駁型櫥怯代疲廊脯么基于labview的虛擬數字電路實驗系統(tǒng)的岸嘉刊氈叁墮雨耍棋郊矚褂掇役矮遁儒秒棺堰坯毀坷碴狡蟻銑韓伴煎瘓緞研棟霍淆余亭溶訛遷悔亨儀履咸邯徑塢誤鄂盟閏謙碌拿任檔閉汞社瑣塵屜佳混一殊窮酌蟲指胰誼織賦炮股肛炯奠軒浙睦惺紗豈初鮮編蠻挾績焊狽摸裸購眨及匝鐘寧赦爬砷裴汛總銳糧蛔哲婉褥驟大矽旨染林啼清陵嬰還刻剔古囚宏沖倔舌澤光苯荔胖狀氟自你巨東特隋策摸句酬隱獻俯詫催磕探行篙凝攆掇熬烘坑腹燈除囂沒染駐房扮引香俯駭挾泅呀磷顱咕疙坦抖砍協(xié)鑼恍憂拖菠耽遁矩良儀釬熾磨閡訖臺衡縮壤瀝邀炒兜獅災烯計徘蓉鉆刀乍濺吞炙轉繹芹燭啪坎三粉悟島跡舉淤阿熒虜刺

4、輕肝續(xù)鈴邊龍塞毅剪尖碟禿拯鰓基于labview的虛擬數字電路實驗系統(tǒng)的設計摘 要當今社會在校學生人數急劇增加，傳統(tǒng)的實驗儀器已不能滿足實驗需要，學生的實際實驗訓練得不到滿足，尤其是理工科學生，沒有實驗訓練，抽象的理論知識很難理解。隨著低成本高性能的計算機資源普及運用，數字化儀器平臺逐漸取代傳統(tǒng)電子儀器已成為一種趨勢。如果把虛擬儀器運用到實驗教學和科研中，不但可以節(jié)約大量儀器設備的需要，也提高了實驗教學和科研的效率和質量。數字電路作為電子信息類各專業(yè)的主要技術基礎課程之一，其實踐實驗環(huán)節(jié)尤為重要。用虛擬儀器技術構建數字電路實驗系統(tǒng)，將廣泛的應用到實驗教學中。關鍵詞：虛擬儀器技術，數字電路，實驗系

5、統(tǒng)，labviewabstractin today's 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 tra

6、ining, 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

7、 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

8、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)設計的任務4第二章 虛擬儀器概述5 第三章 labview在數字電路實驗中的應用10第四章 數電路實驗系統(tǒng)的設計14 一、

9、組合邏輯電路實驗14 1、全加器14 2、全減器15 3、譯碼器16 4、數據選擇器18 二、時序邏輯電路實驗19 1、rs觸發(fā)器19 2、jk觸發(fā)器21 3、計數器22 三、綜合設計實驗23 1、信號發(fā)生器23 2、七段數碼管25 3、時鐘及秒表計時器27總 結29致 謝30參考文獻31第一章 緒 論一、課題提出的背景和意義實驗教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力的重要環(huán)節(jié)。隨著科技的飛速發(fā)展，課程教學內容不斷更新，傳統(tǒng)的實驗教學方式日益暴露出一些缺陷和不足。如今高校實驗室教學設備數量有限，特別是一些貴重的儀器，要做到學生與設備一對一配套是不現實的。在傳統(tǒng)的實驗室教學模式中，一般會將學生分為若干

10、小組，以組為單位作實驗，使部分同學難以全部參與和投入，沒能充分了解和掌握實驗全過程。再加上傳統(tǒng)儀器功能固定且單一，儀器使用多年后，精度和靈敏度會有所下降，在實驗過程中常常會因為儀器的原因而使實驗數據產生很多誤差然后浪費大量的時間進行檢查。而且傳統(tǒng)實驗模式中，學生靠手工記錄和分析數據，這樣這些數據不便于保存、查詢和整理。數字電路實驗是理工科專業(yè)教學的一個重要內容，是培養(yǎng)學生電子技術應用和工程設計能力不可缺少的教學環(huán)節(jié)，所以實驗室水平要不斷改進和提高，以適應學科的發(fā)展。虛擬儀器技術為解決這一問題提供了可能，如果基于虛擬儀器技術在實驗教學中得到應用，將可以改善實驗條件和效果，使教學更生動形象，這是在

11、現代實驗教學中的一種先進技術手段。二、畢業(yè)設計的任務本次畢業(yè)設計的任務就是在labview虛擬儀器的設計環(huán)境下完成數字電路實驗系統(tǒng)。 在前面板即圖形用戶界面上表現開關、旋鈕、圖形或者其他控制和顯示對象，在后面板調用事件結構、while循環(huán)、條件結構等labview典型函數模塊完成事件的響應和實現等功能。然后根據各個數字電路實驗原理用labview分別進行模塊編程，完成整個實驗系統(tǒng)，用戶只需在數字電路實驗總面板上點擊相應的功能模塊，即可實現數字電路實驗項目，然后進行相對應的操作。這樣使學生容易理解各個電路的功能以進行實踐訓練和自主學習，有利于學生的能力培養(yǎng)。第二章 虛擬儀器概述從儀器的發(fā)展史可以

12、看出，儀器領域已經經歷了兩次技術革命。第一次是由數字電子技術的發(fā)展引起的，使儀器進入數字化儀器時代；第二次儀器革命是由于微處理器的廣泛應用引起的，使儀器進入智能儀器時代。而現在正在進行著第三次儀器革命即虛擬儀器時代，這和通用計算機硬軟件技術的進步密不可分的。一、虛擬儀器的簡介美國國家儀器公司ni（national instruments）提出了虛擬測量儀器（virtual instrument，簡稱vi）的概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領域的一場重大變革，使得計算機和網絡技術得以長驅直入儀器領域，和儀器技術結合起來，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河。虛擬儀器(vi)是基于計算機系統(tǒng)的數字化測量測試儀器，

13、用計算機屏幕形象、方便地模擬各種儀器的調控面板，以各種需要的形式表達輸出檢測結果；用計算機軟件實現大部分信號的分析和處理，完成各種調控和測試功能。“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的輸入輸出，而核心功能以軟件來完成，基于虛擬儀器，用戶可以根據自己的需要定義儀器的功能，通過軟件修改的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。因此利用現有計算機資源，配以獨特設計的儀器硬件和專用軟件，可以實現普通儀器的全部功能以及一些在普通儀器上無法實現的特殊功能1。vi是計算機技術、現代測量技術共同發(fā)展的結晶，代表著當今儀器發(fā)展的最新趨勢。自美國國家儀器公司在

14、1986年提出虛擬儀器的概念之后，虛擬儀器技術便一直成為發(fā)達國家自動測控領域的研究熱點和應用前沿。20多年來，無論是初學乍用的新手還是經驗豐富的程序開發(fā)人員，虛擬儀器在各種不同的工程應用和行業(yè)的測量及控制的用戶中廣受歡迎。二、虛擬儀器的發(fā)展現狀國外：自20世紀80年代以來，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品。1988年，全球只有5家制造商推出的30余種產品；1994年，已有90余家近1000多種產品問世。但最早和最具影響

15、力的還是ni 公司的圖形化開發(fā)平臺labview。虛擬儀器在國外已發(fā)展成為一種新的產業(yè)。美國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2。國內：20世紀90年代中期開始引進、研究和開發(fā)工作，國家自然科學基金委員會將虛擬儀器研究作為現代機械工程科學前沿學科之一，列入為 “十五”期間優(yōu)先資助領域。目前有些研究已取得可喜成績，如863項目“虛擬儀器關鍵技術的研究及其產業(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。這項成果表明我國在虛擬儀器方面走出一條自主創(chuàng)新的路子。據“國際自動化儀表”雜志1999年預測：到21世紀前十年，全世界將有50%的儀器儀表為虛擬儀器，其生產廠

16、家將超過千家，產品將達到數千種。市場占有率將達到電測儀器儀表的50%以上。三、虛擬儀器的結構和分類虛擬儀器可以概括為：采集硬件+顯示面板+算法軟件傳感器調理器采集器i/o口i/o驅動面板算 法虛擬儀器硬件軟件虛擬儀器本質上是一個開放型的結構，由通用計算機、數字信號處理器或其他cpu來提供信號處理、存儲和顯示功能，由數據采集板卡、cpb或vxi總線接口板進行信號的獲取與控制，實現儀器的功能。根據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算機內的數據采集卡與專用的軟件如labview相結合，它可以通過各種控件自已組建各種儀器。labview/cvi是

17、基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過三種編程語言visual c+,visual basic,labviews/cvi構成測試系統(tǒng)，它充分利用計算機的總線、機箱、電源及軟件的便利。但是受pc機機箱和總線限制，且有電源功率不足，機箱內部的噪聲電平較高，插槽數目也不多，插槽尺寸比較小，機箱內無屏蔽等缺點。另外，isa總線的虛擬儀器已經淘汰，pci總線的虛擬儀器價格比較昂貴。2、并行口式虛擬儀器最新發(fā)展的一系列可連接到計算機并行口的測試裝置，它們把儀器硬件集成在一個采集盒內。儀器軟件裝在計算機上，通常可以完成各種測量測試儀器的功能，可以組成數字存儲示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生

18、器、頻率計、數字萬用表、功率計、程控穩(wěn)壓電源、數據記錄儀、數據采集器。美國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算機相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式pc機相連，實現臺式和便攜式兩用，非常方便。由于其價格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學實驗室應用。3、gbib總線方式的虛擬儀器gpib技術是ieee488標準的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現使電子測量獨立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展，典型的gpib系統(tǒng)由一臺pc機、一塊gpib接口卡和若干臺gpib形式的儀器通過gpib電纜連接而成。在標準情況下，一塊gpib接口可帶多達14臺儀器，電纜長

19、度可達40米。gpib技術可用計算機實現對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統(tǒng)。gpib測量系統(tǒng)的結構和命令簡單，主要應用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。4、vxi總線方式虛擬儀器vxi總線是一種高速計算機總線vme總線在vi領域的擴展，它具有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的rfi/emi屏蔽。由于它的標準開放、結構緊湊、數據吞吐能力強、定時和同步精確、模塊可重復利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點，很快得到廣泛的應用。經過十多年的發(fā)展，vxi系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以

20、及對速度、精度要求高的場合。有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢。然而，組建vxi總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。5、pxi總線方式虛擬儀器pxi總線方式是pci總線內核技術增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術規(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的高度可擴展性。pxi具有8個擴展槽，而臺式pci系統(tǒng)只有34個擴展槽，通過使用pcipci橋接器，可擴展到256個擴展槽，臺式pc的性能價格比和pci總線面向儀器領域的擴展優(yōu)勢結合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺。但無論采用哪種類型的虛擬儀器系統(tǒng)，都是通過應用軟件將硬件設備搭

21、載到計算機平臺上，實現計算機全數字化的采集、測試和分析。而開發(fā)虛擬儀器離不開合適的軟件工具，目前的虛擬儀器軟件開發(fā)工具有兩類：文本式編程語言，如visual c+，visualbasic，labwindows/cvi等；圖形化的編程語言，如labview，hpvee等，這些軟件開發(fā)工具為用戶設計虛擬儀器應用軟件提供了最大限度的方便與良好的開發(fā)環(huán)境。但是虛擬儀器也并非十全十美，在與其他設備連接時容易受到客觀環(huán)境和條件的限制，另外由于需要進行大量的軟件計算，可能造成較大的時延，此種情況下需要用傳統(tǒng)的硬件儀器來代替。第三章 labview在數字電路實驗中的應用一、labview簡介labview是l

22、aboratory virtual instrument engineering workbench（實驗室虛擬儀器集成環(huán)境）的簡稱，是由美國國家儀器公司（national instruments，ni）創(chuàng)立的一個功能強大而靈活的圖形開發(fā)環(huán)境。ni公司生產基于計算機技術的軟硬件產品，其產品幫助從事研究、開發(fā)、生產、測量工作，以及在諸如汽車、半導體、電子、化學、電信、制藥等行業(yè)工作的工程師和科學家進行測量、過程控制及數據分析和存儲。在試驗測量、工業(yè)自動化和數據分析領域起著重要作用。與c和 basic 一樣，labview也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務的龐大函數庫。labview的函數

23、庫包括數據采集、文件輸入/輸出、數據分析、數據顯示及數據存儲、gpib/vxi/pxi/基于計算機的儀器、rs232/485協(xié)議、模擬/數字/計數器/、信號調理、圖像獲取和機器視覺、運動控制、plc/數據日志等等。labview也有傳統(tǒng)的程序調試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數據及其子程序（子vi）的結果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調試及觀察數據流。labview是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言通常稱為g編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 labview 則采用數據流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數據流向決定了vi及函數的執(zhí)行順序。與傳統(tǒng)的

24、編程方式相比,使用labview設計虛擬儀器,可以提高效率410倍。同時,利用其模塊化和遞歸方式,用戶可以在很短的時間內構建、設計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象，具體表現有開關、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對象（indicator）。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。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應用執(zhí)行文件和許多相關的文件及子目錄組成。labview使

25、用文件和目錄來存儲創(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labview。2、vi.lib目錄：該目錄包含vi庫，如數據采集、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，因為labview啟動時要查找該目錄。如果改變此名稱，就無法使用眾多的控件和庫函數。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在labview的functions palette上。5、instr.lib目錄：如果希望用戶儀器

26、驅動程序庫出現在labview的函數選項板上，應將其放置在該目錄下。6、learning目錄：該目錄包含有使用本書所需的vi庫。圖3.1 labview的發(fā)展歷程二、labview編程簡介labview編程一般要經過以下幾個步驟。1、總體設計：根據用戶需求，進行vi總體結構設計，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函數庫中有相應的驅動程序。2、前面板設計：在labview的前面板編輯窗口內，利用工具模板和控件模板進行vi前面板的設計。圖3.2 labview前面板3、框圖編程：在labview的框圖編輯窗口內，利用工具模板和函數模板進行方框圖編程。圖3.3 lab

27、view框圖4、程序調試：單擊前面板編輯窗口或方框圖編輯窗口工具條中的運行按鈕，執(zhí)行vi程序；同時可利用labview工具模板中的斷點工具和探針工具調試縮編程序。三、labview中的數字電路技術labview具有典型的圖形化語言風格，其程序的編制過程就是將不同的圖標進行選擇、組合并連線的過程。其不同圖標相當于具有不同功能的“子程序”，圖標間的連線指定了數據的流向，相當于代碼語言的“賦值”語句。在labview的函數選板中，既包含了大量專用的信號處理、信號運算等圖標，也包含了各種數值運算、邏輯運算的基本vi圖標。 圖3.4 labview布爾運算不難看出，利用這些圖標編制的邏輯運算程序（lab

28、view后面板），也就是一個規(guī)范的數字邏輯電路的邏輯圖。就信號的輸入/輸出來說，labview亦提供了豐富的輸入控件和輸出控件，如各種形式的開關、按鈕、指示燈、波形顯示器等等，這些“器件”可直接用簡單的拖動方式拖放到相應位置即可使用6。圖3.5 labview布爾選項板由于虛擬儀器labview中提供的布爾運算vi比較完備，再加上系統(tǒng)本身圖形化的語言風格，完全可以做到將“程序邏輯圖實驗過程輸入輸出”等過程的結合，使過程簡單明晰，可以完成數字邏輯電路中幾乎所有的實驗及演示，如：半加器、全加器、比較器、計數器、與非門、d觸發(fā)器、jk觸發(fā)器、譯碼器等等。而且還可以運用labview中程序執(zhí)行過程的“

29、高亮度單步執(zhí)行”模式充分地觀察到信號的動態(tài)流程和邏輯電路的運算過程。第四章數字電路實驗系統(tǒng)的設計一、組合邏輯電路實驗1、全加器兩個同位的加數和來自低位的進位三者相加，這種加法運算就是所謂的全加，而實現全加運算的電路就叫做全加器。如果用a、b代表兩個數中的第i位，用ci表示來自低位的進位，用s表示全加和，用co表示送給高位的進位6，7，那么得出真值表為如表4.1所示：abcisco0000000110010100110110010101011100111111表4.1 全加器根據其邏輯關系用labview編寫程序框圖，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、

30、全減器 全減器是兩個二進制的數進行減法運算時使用的一種運算單元。最簡單的全減器是采用本位結果和借位來顯示，二進制中是借一當二，所以可以使用兩個輸出變量的高低電平變化來實現減法運算。全減器真值如表4.2所示：其中a和b表示二進制數的第i位，s表示本位最終運算結果，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 全減器根據其邏輯關系用labview編寫程序框圖，如圖4.3所示：圖4.3 全減器程序框圖前面板運行結果如下圖4.4所示：圖4

31、.4 全減器運行結果3、譯碼器譯碼器是將輸入二進制代碼的狀態(tài)翻譯成輸出信號，以表示其原來含義的電路。根據需要，輸出信號可以是脈沖，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計方法大同小異。表4.3是3位二進制譯碼器的真值表，輸入是3位二進制代碼a2、a1、a0，輸出是其狀態(tài)譯碼y0y7。輸入輸出a2a1a0y7y6y5y4y3y2y1y00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000 表4.3 譯碼器 根據其邏輯關系用labview編寫程序框

32、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、數據選擇器在多路數據傳送過程中，能夠根據需要將其中任意一路挑選出來的電路，叫做數據選擇器，也稱為多路選擇器或多路開關。 表4.4是4選1數據選擇器，輸入信號：4路數據，用d0、d1、d2、d3表示；兩個選擇控制信號，用a0、a1表示。輸出信號：用y表示，它可以是4路輸入數據中的任意一路。輸入輸出da1a0yd000d0d101d1d210d2d311d3表4.4 數據選擇器根據其邏輯關系用labview編寫程序框圖，如圖4.7所示：圖4.7 數據選擇器程序框圖前面板如圖4.8所示：圖4.8 數據選擇器二、時序

33、邏輯電路實驗1、rs觸發(fā)器把兩個與非門g1、g2的輸入、輸出端交叉連接，即可構成基本rs觸發(fā)器，其邏輯電路如圖所示。它有兩個輸入端r、s和兩個輸出端q、q非。圖4.9 rs觸發(fā)器邏輯電路1.當r端無效(1)，s端有效時(0)，則q=1,q非=0,觸發(fā)器置1。2.當r端有效(0)、s端無效時(1)，則q=0,q非=1,觸發(fā)器置0。3.當rs端均無效時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。4.當rs端均有效時，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)器的設計中，jk

34、表示兩個信號的輸入端，clk是脈沖輸入端，q與/q為兩個互補輸出端。 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器，移位寄存器和計數器。jkqnqn+1注0000保持00110100置001101001置110111101翻轉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、計數器 在數字電路中，把記憶輸入cp脈沖個數的操作叫做計數，能實現計數操作的電子電路稱為計數器。它的主要特點是：一般地說，這種計數器除了輸入計數脈沖cp信號外，很少有另外的輸入信號，其輸出通常也都是現態(tài)的函數，是一種moore型的時序電路，而

35、輸入計數脈沖cp是當作觸發(fā)器的時鐘信號對待的。從電路組成看，其主要組成單元是時鐘觸發(fā)器。 如程序圖4.14所示的計數器的設計中，通過控制up/down鍵，當up/down鍵為1時，隨著計數脈沖的不斷輸入而作遞增計數；當up/down鍵為0時，隨著計數脈沖的不斷輸入而作遞減計數。即此計數器可作為加減用的同步雙向計數器。 因為雙向同步計數器是基于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)器打包成一個子程序，作為vi模塊調用。 圖4.14 計數器程序框圖前面板如圖4.15所示：圖4.15 計數器前面板三、綜合設計實驗1、信號發(fā)生器信號發(fā)生器是指產生

36、所需參數的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信號、函數（波形）信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數方程式來表示。能夠產生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數信號發(fā)生器。labview程序框圖，如圖4.16所示：圖4.16 信號發(fā)生器程序框圖前面板如圖4.17所示：圖4.17 信號發(fā)生器程序框圖在此信號發(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、七段數碼管 led數

37、碼管（led segment displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數碼管常用段數一般為7段有的另加一個小數點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數有8位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led數碼管根據led的接法不同分為共陰和共陽兩類。七段led數碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構成的。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g來表示。當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，已形成我們眼睛看到的字樣。輸入輸出字形dcbaabcdefg0000111111000001011000

38、0100101101101200111111001301000110011401011011011501101011111601111110000710001111111810011111011910101110111a10111111111b11001001110c11011111110d11101001111e11111000111f表4.7 七段數碼管labview程序框圖，如圖4.18所示：圖4.18 七段數碼管程序框圖前面板如圖4.19所示：圖4.19 七段數碼管顯示通過改變8421代碼下的開關，來對輸入信號a、b、c、d進行改變，從而控制數碼管a、b、c、d、e、f、g的明暗，顯示

39、相應的數字。3、時鐘及秒表計時器人類的計時器已有幾千年歷史。如今我們只需瞧一下鐘就能說出時間，我們把這看成是很自然的事。但在長達幾千年的時間里，根本就沒有任何測定時間的精確方法。人們通過太陽在天空中的位置，或者通過像日晷或沙漏這樣的裝置來判斷時間。在沙漏中，是通過沙子從一個雙頭玻璃容器中漏落下來來指示時間的。秒表計時器，能夠記錄多個時間點的秒數。操作簡單，易于使用。方便地創(chuàng)建和管理多個計時器（timer），同時提供鬧鐘和秒表功能，方便您更好的管理時間！適用多種用途的提醒，例如停車收費、烹飪、運動健身、小睡、甚至按時吃藥等等。 圖4.20 時鐘程序框圖圖4.21 秒表計數器程序框圖顯示結果如圖4

40、.22所示：圖4.22 秒表計數器顯示本設計通過虛擬儀器技術并利用labview平臺最終實現了數字實驗系統(tǒng)的大部分功能，如加數器、減數器、秒表計時器等。也充分體現了利用labview完成的時鐘和秒表計時器等實驗系統(tǒng)，簡潔明了，操作簡單。總結本文從虛擬儀器的起源、發(fā)展入手，簡單介紹虛擬儀器的功能，全面的介紹了虛擬儀器設計技術。虛擬儀器的崛起是測試儀器技術的一次“革命”，是儀器領域的一個新的里程碑 ，它使現代測控系統(tǒng)更靈活、更緊湊、更經濟、功能更強。無論是測量、測試、計量或是工業(yè)過程控制和分析處理 ，還是涉及其它更為廣泛的測控領域，選用虛擬儀器都是理想的解決方案。隨著電子技術、計算機技術、網絡技術

41、等相關技術的發(fā)展，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。本次畢業(yè)設計理論知識的基礎是數字電子技術，而虛擬儀器的基本思想和labview開發(fā)平臺則是程序開發(fā)設計過程中有力的工具。通過基礎性的理論知識，從而很好地運用開發(fā)工具，并解決了在開發(fā)過程中所遇到的問題，開發(fā)出有實用價值的虛擬儀器綜合實驗。 本設計運用虛擬儀器技術設計教學用的數字電路實驗系統(tǒng)，能充分發(fā)揮計算機性能，打破了以往由教學儀器限定實驗的模式，使得實驗過程操作簡單，只需點擊相應的功能菜單即可，使用者通過操作得出相應菜單功能，可以進一步探索創(chuàng)新，根據自己的需要更改和重新定義儀器的功能。本系統(tǒng)是在labview編程環(huán)境下開發(fā)的，所以開發(fā)周期短，成本低，同時又具有很強的兼容性和擴展性，易于升級和維護，容易實現基于網