《虛擬儀器導論》課程教學大綱

《虛擬儀器導論》教學大綱一、課程基本信息課程名稱虛擬儀器導論IntroductiontoVirtualInstrument課程編碼CTL111421020開課院部控制科學與工程學院課程團隊計算機技術學分2.0課內學時32講授32實驗0上機0實踐0課外學時32適用專業(yè)自動化授課語言中文先修課程電路分析、復變函數與積分變換、自動控制原理、信號與系統(tǒng)課程簡介（限選）本課程重點介紹虛擬儀器系統(tǒng)的相關標準、LabVIEW編程基礎、虛擬儀器數據采集和信號處理、虛擬儀器通信技術。通過學習使學生了解虛擬儀器的發(fā)展歷史和軟硬件接口標準，掌握使用LabVIEW開發(fā)環(huán)境設計虛擬儀器測試程序的原理、方法和技巧。通過本課程的學習，培養(yǎng)學生針對工程問題進行軟件分析與設計的能力，提高學生作為自控工程師的專業(yè)素質。（對應畢業(yè)要求指標點：1.4、2.4、5.2）Thiscoursefocusesontherelatedstandardsofthevirtualinstrumentsystem,thefoundationofLabVIEWprogramming,thedataacquisitionandsignalprocessingandthecommunicationtechnologyofvirtualinstrument.Throughthiscourse,studentsareabletounderstandthedevelopmenthistoryandtheinterfacestandardofsoftwareandhardwareofvirtualinstrument,andgrasptheprinciples,methodsandskillsofdesigningvirtualinstrumenttestingprogrambyusingLabVIEWdevelopmentenvironment.Bythiscourse,itcancultivatesthestudent’sabilityofsoftwareanalysisanddesignforengineeringproblems,andimprovethestudents'professionalqualityasanautocontrolengineer.(MajorObjectives:1.4,2.4,5.2)負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1目標1：掌握虛擬儀器技術的基本概念、基本原理和方法，掌握虛擬儀器系統(tǒng)的工作原理、特點和設計開發(fā)方法，為專業(yè)領域的復雜工程問題的解決打下測控技術基礎。是1.41.42M2目標2：對復雜工程問題進行分析，結合虛擬儀器系統(tǒng)的特點，提出可行的程序設計方案。是2.42.43M3目標3：掌握虛擬儀器開發(fā)語言，能夠使用虛擬儀器開發(fā)平臺，設計具有解決特定問題功能的程序系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進行調試。是5.25.2三、課程內容序號章節(jié)號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第1章第1章緒論本章重點難點：虛擬儀器基本概念，虛擬儀器組成結構。////21.11.1虛擬儀器的基本概念和組成虛擬儀器的基本概念，組成結構。介紹計算機操作系統(tǒng)和處理器芯片技術的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，對比國內外技術的差距，在相關領域受到國際上一些國家技術封鎖的情況以及計算機相關技術在政治、經濟和國防安全領域的重要性，提高學生的歷史責任感和使命感。M10.5講授0.5自學31.21.2虛擬儀器的特點與應用、發(fā)展趨勢虛擬儀器的特點與應用，發(fā)展趨勢M10.5講授0.5自學4第2章第2章虛擬儀器總線接口技術和軟件標準本章重點難點：虛擬儀器總線接口技術，虛擬儀器軟件標準////52.12.1虛擬儀器總線接口技術GPIB通用接口總線，VXI總線，PXI總線，LXI總線M11講授1自學62.22.3虛擬儀器軟件標準可編程儀器標準命令(SCPI)、虛擬儀器軟件結構(VISA)和驅動程序設計標準M11講授1自學7第3章第3章虛擬儀器設計基礎本章重點難點：LabVIEW編程環(huán)境、程序結構、文件操作、圖形顯示。////83.13.1LabVIEW編程環(huán)境LabVIEW開發(fā)環(huán)境，工具選板，控件選板，函數選板，程序調試M1,M31講授1自學93.23.2上機：熟悉LabVIEW開發(fā)環(huán)境建立虛擬溫度計的V，設計程序前面板和程序框圖。將所設計的虛擬溫度計VI設計成子VI，供其他程序調用。M32上機2撰寫報告103.33.3程序結構循環(huán)結構，條件結構，順序結構，事件結構，公式節(jié)點M1,M34講授4作業(yè)113.43.4字符串、數組和簇、局部變量和全局變量字符串、數組和簇類型的概念和使用方法，局部變量和全局變量的概念和編程方法M1,M32講授2作業(yè)123.53.5文件操作、圖形顯示Excel文件，文本文件，二進制文件的操作，圖形顯示控件的使用M1,M32講授2作業(yè)133.63.6上機：LabVIEW基本程序設計基于LabVIEW編程環(huán)境，針對一階系統(tǒng)進行控制仿真。通過控制系統(tǒng)仿真，分析一階系統(tǒng)的特點和各個PID參數對控制系統(tǒng)性能的影響M32上機2撰寫報告14第4章第4章虛擬儀器數據采集和信號處理本章重點難點：數據采集、信號產生、信號分析與處理。////154.14.1數據采集數據采集系統(tǒng)的意義和系統(tǒng)結構，數據采集卡的選用，數據采集程序設計，DLL庫函數調用方法M1,M2,M32講授/討論2自學/作業(yè)164.24.2信號產生數字信號產生和數字化頻率，信號生成，波形生成M1,M2,M32講授2自學/作業(yè)174.34.3信號分析時域分析，快速傅里葉變換，頻譜分析M1,M2,M32講授2自學/作業(yè)184.44.4數字濾波器數字濾波器基本概念，巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器的應用M1,M2,M32講授2自學/作業(yè)194.54.5上機：數據采集和信號處理設計VI，通過給定的DLL數據接口采集一個混有高頻噪聲的正弦信號，選用濾波器對信號進行濾波處理，并顯示原始信號和濾波后的信號曲線M32上機2撰寫報告20第5章第5章虛擬儀器通信技術本章重點難點：串行通信技術、網絡通信技術。////215.15.1串行通信技術串行通信基本概念，串行通信編程方法，通信程序調試和測試方法，引導學生結合虛擬儀器系統(tǒng)的特點，從軟件工程的觀點出發(fā)思考問題，提出可行的程序設計方案。M1,M2,M32講授/討論2自學/作業(yè)225.25.2網絡通信技術TCP、UDP通信基本概念，TCP通信編程方法，引導學生結合虛擬儀器系統(tǒng)的特點，從軟件工程的觀點出發(fā)思考問題，提出可行的程序設計方案。M1,M2,M32講授/討論2自學/作業(yè)235.35.3上機：串口通信編程設計甲、乙兩個VI，甲VI作為一個數據源，啟動運行后產生50個0-10之間的隨機數據，在本地顯示數據波形。同時，通過串口發(fā)送給乙VI。乙VI接收到數據之后，在波形圖表中顯示接收到的數據的波形。M32上機2撰寫報告四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置2~3道題目，平均每次課1道題以上。2.成績采用百分制，根據作業(yè)完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學生對虛擬儀器系統(tǒng)基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要是簡答題和程序設計題。20%2上機表現(xiàn)1.本課程安排4次上機練習。2.成績采用百分制，根據上機練習完成情況和上機報告撰寫情況評分。3.考核學生對虛擬儀器系統(tǒng)知識的應用能力，針對虛擬儀器系統(tǒng)應用問題，能夠根據用戶需求確定設計目標，從技術角度優(yōu)選解決方案獲得有效結論。20%3結課報告1.期末考核采用程序設計報告方式，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學生對虛擬儀器系統(tǒng)基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，要求學生根據給定的設計要求完成程序設計和報告撰寫。50%4考勤隨機點名、刷卡點名等5%5課堂表現(xiàn)隨機檢查學生上課精神狀態(tài)、回答問題情況5%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)40%A-獨立思考、按時完成。作業(yè)書寫認真，格式規(guī)范，程序設計思路正確，程序運行正常。B-獨立思考、按時完成。作業(yè)書寫認真，格式比較規(guī)范，程序設計思路正確，程序運行比較正常。C-獨立思考、按時完成。作業(yè)書寫比較認真，格式基本規(guī)范，程序設計思路基本正確，程序運行基本正常。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成。作業(yè)書寫不認真，格式不規(guī)范，程序設計思路錯誤，程序不能運行。2M1結課報告60%（見結課報告評分標準）3M2上機表現(xiàn)100%A-上機練習方案設計正確，程序開發(fā)調試過程順利，程序設計報告格式規(guī)范。B-上機練習方案設計正確，程序開發(fā)調試過程比較順利，程序設計報告格式比較規(guī)范。C-上機練習方案設計基本正確，程序開發(fā)調試過程基本順利，程序設計報告格式基本規(guī)范。D-上機練習方案設計錯誤，不能完成程序開發(fā)調試任務，程序設計報告格式不規(guī)范。4M3平時作業(yè)40%A-獨立思考、按時完成。作業(yè)書寫認真，格式規(guī)范，程序設計思路正確，程序運行正常。B-獨立思考、按時完成。作業(yè)書寫認真，格式比較規(guī)范，程序設計思路正確，程序運行比較正常。C-獨立思考、按時完成。作業(yè)書寫比較認真，格式基本規(guī)范，程序設計思路基本正確，程序運行基本正常。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成。作業(yè)書寫不認真，格式不規(guī)范，程序設計思路錯誤，程序不能運行。5M3結課報告60%（見結課報告評分標準）6/考勤100%A-全勤。B-缺勤1次。C-缺勤2次。D-缺勤3次以上。7/課堂表現(xiàn)100%A-精神狀態(tài)飽滿，回答問題準確。B-精神狀態(tài)良好，問題回答較好。C-精神狀態(tài)一般，問題回答一般。D-精神狀態(tài)較差，回答問題有誤。評分等級說明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[M,N]=[80-100,0-79]六、