《虛擬儀器導(dǎo)論》課程教學(xué)大綱

《虛擬儀器導(dǎo)論》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱虛擬儀器導(dǎo)論IntroductiontoVirtualInstrument課程編碼CTL111421020開課院部控制科學(xué)與工程學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時(shí)32講授32實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)32適用專業(yè)自動(dòng)化授課語(yǔ)言中文先修課程電路分析、復(fù)變函數(shù)與積分變換、自動(dòng)控制原理、信號(hào)與系統(tǒng)課程簡(jiǎn)介（限選）本課程重點(diǎn)介紹虛擬儀器系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、LabVIEW編程基礎(chǔ)、虛擬儀器數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理、虛擬儀器通信技術(shù)。通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生了解虛擬儀器的發(fā)展歷史和軟硬件接口標(biāo)準(zhǔn)，掌握使用LabVIEW開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)虛擬儀器測(cè)試程序的原理、方法和技巧。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行軟件分析與設(shè)計(jì)的能力，提高學(xué)生作為自控工程師的專業(yè)素質(zhì)。（對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：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(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：掌握虛擬儀器技術(shù)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(diǎn)和設(shè)計(jì)開發(fā)方法，為專業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題的解決打下測(cè)控技術(shù)基礎(chǔ)。是1.41.42M2目標(biāo)2：對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)合虛擬儀器系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出可行的程序設(shè)計(jì)方案。是2.42.43M3目標(biāo)3：掌握虛擬儀器開發(fā)語(yǔ)言，能夠使用虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)具有解決特定問(wèn)題功能的程序系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。是5.25.2三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第1章第1章緒論本章重點(diǎn)難點(diǎn)：虛擬儀器基本概念，虛擬儀器組成結(jié)構(gòu)。////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(jié)構(gòu)。介紹計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和處理器芯片技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，對(duì)比國(guó)內(nèi)外技術(shù)的差距，在相關(guān)領(lǐng)域受到國(guó)際上一些國(guó)家技術(shù)封鎖的情況以及計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)在政治、經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全領(lǐng)域的重要性，提高學(xué)生的歷史責(zé)任感和使命感。M10.5講授0.5自學(xué)31.21.2虛擬儀器的特點(diǎn)與應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)虛擬儀器的特點(diǎn)與應(yīng)用，發(fā)展趨勢(shì)M10.5講授0.5自學(xué)4第2章第2章虛擬儀器總線接口技術(shù)和軟件標(biāo)準(zhǔn)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：虛擬儀器總線接口技術(shù)，虛擬儀器軟件標(biāo)準(zhǔn)////52.12.1虛擬儀器總線接口技術(shù)GPIB通用接口總線，VXI總線，PXI總線，LXI總線M11講授1自學(xué)62.22.3虛擬儀器軟件標(biāo)準(zhǔn)可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令(SCPI)、虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)(VISA)和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)M11講授1自學(xué)7第3章第3章虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：LabVIEW編程環(huán)境、程序結(jié)構(gòu)、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(shù)選板，程序調(diào)試M1,M31講授1自學(xué)93.23.2上機(jī)：熟悉LabVIEW開發(fā)環(huán)境建立虛擬溫度計(jì)的V，設(shè)計(jì)程序前面板和程序框圖。將所設(shè)計(jì)的虛擬溫度計(jì)VI設(shè)計(jì)成子VI，供其他程序調(diào)用。M32上機(jī)2撰寫報(bào)告103.33.3程序結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)，條件結(jié)構(gòu)，順序結(jié)構(gòu)，事件結(jié)構(gòu)，公式節(jié)點(diǎn)M1,M34講授4作業(yè)113.43.4字符串、數(shù)組和簇、局部變量和全局變量字符串、數(shù)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(jìn)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(jī)：LabVIEW基本程序設(shè)計(jì)基于LabVIEW編程環(huán)境，針對(duì)一階系統(tǒng)進(jìn)行控制仿真。通過(guò)控制系統(tǒng)仿真，分析一階系統(tǒng)的特點(diǎn)和各個(gè)PID參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響M32上機(jī)2撰寫報(bào)告14第4章第4章虛擬儀器數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理本章重點(diǎn)難點(diǎn)：數(shù)據(jù)采集、信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)分析與處理。////154.14.1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的意義和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集卡的選用，數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)，DLL庫(kù)函數(shù)調(diào)用方法M1,M2,M32講授/討論2自學(xué)/作業(yè)164.24.2信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生和數(shù)字化頻率，信號(hào)生成，波形生成M1,M2,M32講授2自學(xué)/作業(yè)174.34.3信號(hào)分析時(shí)域分析，快速傅里葉變換，頻譜分析M1,M2,M32講授2自學(xué)/作業(yè)184.44.4數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器基本概念，巴特沃斯濾波器和切比雪夫?yàn)V波器的應(yīng)用M1,M2,M32講授2自學(xué)/作業(yè)194.54.5上機(jī)：數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理設(shè)計(jì)VI，通過(guò)給定的DLL數(shù)據(jù)接口采集一個(gè)混有高頻噪聲的正弦信號(hào)，選用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并顯示原始信號(hào)和濾波后的信號(hào)曲線M32上機(jī)2撰寫報(bào)告20第5章第5章虛擬儀器通信技術(shù)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：串行通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。////215.15.1串行通信技術(shù)串行通信基本概念，串行通信編程方法，通信程序調(diào)試和測(cè)試方法，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合虛擬儀器系統(tǒng)的特點(diǎn)，從軟件工程的觀點(diǎn)出發(fā)思考問(wèn)題，提出可行的程序設(shè)計(jì)方案。M1,M2,M32講授/討論2自學(xué)/作業(yè)225.25.2網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)TCP、UDP通信基本概念，TCP通信編程方法，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合虛擬儀器系統(tǒng)的特點(diǎn)，從軟件工程的觀點(diǎn)出發(fā)思考問(wèn)題，提出可行的程序設(shè)計(jì)方案。M1,M2,M32講授/討論2自學(xué)/作業(yè)235.35.3上機(jī)：串口通信編程設(shè)計(jì)甲、乙兩個(gè)VI，甲VI作為一個(gè)數(shù)據(jù)源，啟動(dòng)運(yùn)行后產(chǎn)生50個(gè)0-10之間的隨機(jī)數(shù)據(jù)，在本地顯示數(shù)據(jù)波形。同時(shí)，通過(guò)串口發(fā)送給乙VI。乙VI接收到數(shù)據(jù)之后，在波形圖表中顯示接收到的數(shù)據(jù)的波形。M32上機(jī)2撰寫報(bào)告四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)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(jī)采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，題型主要是簡(jiǎn)答題和程序設(shè)計(jì)題。20%2上機(jī)表現(xiàn)1.本課程安排4次上機(jī)練習(xí)。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)上機(jī)練習(xí)完成情況和上機(jī)報(bào)告撰寫情況評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)知識(shí)的應(yīng)用能力，針對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)應(yīng)用問(wèn)題，能夠根據(jù)用戶需求確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，從技術(shù)角度優(yōu)選解決方案獲得有效結(jié)論。20%3結(jié)課報(bào)告1.期末考核采用程序設(shè)計(jì)報(bào)告方式，成績(jī)采用百分制，卷面成績(jī)總分100分。2.主要考核學(xué)生對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，要求學(xué)生根據(jù)給定的設(shè)計(jì)要求完成程序設(shè)計(jì)和報(bào)告撰寫。50%4考勤隨機(jī)點(diǎn)名、刷卡點(diǎn)名等5%5課堂表現(xiàn)隨機(jī)檢查學(xué)生上課精神狀態(tài)、回答問(wèn)題情況5%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)作業(yè)40%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成。作業(yè)書寫認(rèn)真，格式規(guī)范，程序設(shè)計(jì)思路正確，程序運(yùn)行正常。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成。作業(yè)書寫認(rèn)真，格式比較規(guī)范，程序設(shè)計(jì)思路正確，程序運(yùn)行比較正常。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成。作業(yè)書寫比較認(rèn)真，格式基本規(guī)范，程序設(shè)計(jì)思路基本正確，程序運(yùn)行基本正常。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成。作業(yè)書寫不認(rèn)真，格式不規(guī)范，程序設(shè)計(jì)思路錯(cuò)誤，程序不能運(yùn)行。2M1結(jié)課報(bào)告60%（見(jiàn)結(jié)課報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）3M2上機(jī)表現(xiàn)100%A-上機(jī)練習(xí)方案設(shè)計(jì)正確，程序開發(fā)調(diào)試過(guò)程順利，程序設(shè)計(jì)報(bào)告格式規(guī)范。B-上機(jī)練習(xí)方案設(shè)計(jì)正確，程序開發(fā)調(diào)試過(guò)程比較順利，程序設(shè)計(jì)報(bào)告格式比較規(guī)范。C-上機(jī)練習(xí)方案設(shè)計(jì)基本正確，程序開發(fā)調(diào)試過(guò)程基本順利，程序設(shè)計(jì)報(bào)告格式基本規(guī)范。D-上機(jī)練習(xí)方案設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，不能完成程序開發(fā)調(diào)試任務(wù)，程序設(shè)計(jì)報(bào)告格式不規(guī)范。4M3平時(shí)作業(yè)40%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成。作業(yè)書寫認(rèn)真，格式規(guī)范，程序設(shè)計(jì)思路正確，程序運(yùn)行正常。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成。作業(yè)書寫認(rèn)真，格式比較規(guī)范，程序設(shè)計(jì)思路正確，程序運(yùn)行比較正常。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成。作業(yè)書寫比較認(rèn)真，格式基本規(guī)范，程序設(shè)計(jì)思路基本正確，程序運(yùn)行基本正常。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成。作業(yè)書寫不認(rèn)真，格式不規(guī)范，程序設(shè)計(jì)思路錯(cuò)誤，程序不能運(yùn)行。5M3結(jié)課報(bào)告60%（見(jiàn)結(jié)課報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）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(wèn)題準(zhǔn)確。B-精神狀態(tài)良好，問(wèn)題回答較好。C-精神狀態(tài)一般，問(wèn)題回答一般。D-精神狀態(tài)較差，回答問(wèn)題有誤。評(píng)分等級(jí)說(shuō)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、