虛擬儀器創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室方案-Update

NationalInstruments虛擬儀器創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)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(hào)美國國家儀器（中國）有限公司上海，浦東新區(qū)，張東路1387號(hào)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(tái)的優(yōu)勢(shì) 3虛擬儀器創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)背景及意義 6方案簡介 7實(shí)驗(yàn)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(hào)處理 22通信原理 26電子測(cè)試測(cè)量\傳感器原理及應(yīng)用 33控制 36嵌入式開發(fā) 41課外動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)新 44醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)分析 46虛擬儀器創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室—支持說明 51基于項(xiàng)目的學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)及競(jìng)賽 66學(xué)生創(chuàng)新競(jìng)賽 69LabVIEW高校俱樂部 71LabVIEW畢業(yè)論文競(jìng)賽 72附NI與中國高校合作實(shí)驗(yàn)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(shí)踐實(shí)驗(yàn)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(shí)踐平臺(tái)可覆蓋電子電路、信號(hào)處理、通信、無線通信、測(cè)試測(cè)量、自動(dòng)控制、物理、生物醫(yī)學(xué)等多門專業(yè)課程的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)需求。NI實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支持教師根據(jù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)具體需求開發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)也適合學(xué)生進(jìn)行各種設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)或開展基于項(xiàng)目的學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。NI平臺(tái)專業(yè)的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)可為高校教師提供完善的技術(shù)支持服務(wù)，同時(shí)NI高校市場(chǎng)部已和國內(nèi)知名高校合作針對(duì)許多課程開發(fā)了完善的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容資源，從而使教師使用NI平臺(tái)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(jì)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(cè)試測(cè)量、自動(dòng)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(jì)”，幫助他們實(shí)現(xiàn)更高效和優(yōu)化的設(shè)計(jì)、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(tái)），和高性價(jià)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(gè)國家和地區(qū)設(shè)有分支機(jī)構(gòu)。在過去連續(xù)15年里，NI被《財(cái)富》雜志評(píng)選為“全美最適合工作的100家公司之一”。NI平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)NI平臺(tái)適用于測(cè)試、通信、控制和嵌入式設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，基于虛擬儀器平臺(tái)不僅可完成多門課程實(shí)驗(yàn)，而且能提供面向設(shè)計(jì)、原型、發(fā)布應(yīng)用的統(tǒng)一平臺(tái)，可以完成從原型設(shè)計(jì)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(shí)與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用無縫銜接。這不僅可使學(xué)生在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室就接觸到工業(yè)界所通用的先進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)建方式和技術(shù)手段，使實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的能力得到鍛煉，而且對(duì)于從事科研項(xiàng)目的教師和研究生來說，也可以提高項(xiàng)目開發(fā)和驗(yàn)證的效率。NI始終致力于提供業(yè)界最先進(jìn)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(hào)，開辟了“虛擬儀器”的嶄新測(cè)量概念。25年以來，NI不斷致力于開發(fā)基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試測(cè)量與自動(dòng)化平臺(tái)。長遠(yuǎn)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(jī)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(gè)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(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷、日本的Honda汽車測(cè)試、丹麥的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仿真與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、澳洲的心臟起搏器設(shè)計(jì)/驗(yàn)證,到英國電信電話線路性能測(cè)試以及我國“三網(wǎng)合一”技術(shù)的開發(fā)驗(yàn)證，全世界數(shù)以萬計(jì)的工程師和科學(xué)家們都在使用NI的產(chǎn)品達(dá)到他們共同的目的——更快、更好、更經(jīng)濟(jì)。C. 最佳的產(chǎn)品NI的圖形化測(cè)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(cè)控平臺(tái)、測(cè)試執(zhí)行管理軟件等產(chǎn)品在全球測(cè)量行業(yè)內(nèi)首屈一指。而LabVIEW、TestStand更曾榮獲美國測(cè)量行業(yè)久負(fù)盛名的“年度最佳產(chǎn)品”大獎(jiǎng)。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(jìn)、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，造就了無數(shù)成功的測(cè)試測(cè)量方案。借助商業(yè)化的計(jì)算機(jī)平臺(tái)，用戶僅以傳統(tǒng)測(cè)試測(cè)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(duì)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(jì)，大到著名的手機(jī)廠商，小到只有三兩個(gè)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(gè)長期的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流和資源共享平臺(tái)。與此同時(shí)，在過去十年中NI中國高校市場(chǎng)部已和國內(nèi)知名高校合作，針對(duì)一系列課程開發(fā)出適合國內(nèi)教學(xué)大綱的教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源。今后這些資源還將得到不斷完善和擴(kuò)展，為高校教師提供與課程結(jié)合更緊密、更強(qiáng)調(diào)專業(yè)性與實(shí)踐性的課件與實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)目提出為促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國，需培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)。為了貫徹落實(shí)國家工程教育強(qiáng)國戰(zhàn)略，從國家層面對(duì)教學(xué)投入越來越大而且出臺(tái)了一些計(jì)劃和政策，包括卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃、本科教學(xué)工程協(xié)同創(chuàng)新計(jì)劃、華盛頓教育認(rèn)證、國家級(jí)示范教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心認(rèn)證、國家虛擬仿真示范教學(xué)中心認(rèn)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(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。目前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱\實(shí)驗(yàn)臺(tái)為主，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方式限制學(xué)生設(shè)計(jì)性能力開發(fā)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用背景的銜接，各實(shí)驗(yàn)設(shè)備相互獨(dú)立無法滿足綜合性實(shí)驗(yàn)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(duì)各類信號(hào)的測(cè)量、采集、分析處理等功能，應(yīng)用遍布電子、機(jī)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(gè)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(shí)驗(yàn)，而且能提供面向設(shè)計(jì)、原型、發(fā)布應(yīng)用的統(tǒng)一平臺(tái)，可以完成從原型設(shè)計(jì)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(shí)與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用無縫銜接。這不僅可使學(xué)生在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室就接觸到工業(yè)界所通用的先進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)建方式和技術(shù)手段，使實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的能力得到鍛煉，而且對(duì)于從事科研項(xiàng)目的教師和研究生來說，也可以提高項(xiàng)目開發(fā)和驗(yàn)證的效率。為了提升學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)興趣，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生工程創(chuàng)新實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生在基礎(chǔ)知識(shí)、動(dòng)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(duì)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(hào)處理、信息與通信、測(cè)量與儀器、控制設(shè)計(jì)與仿真等學(xué)科的近300多個(gè)教學(xué)與科研實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室。2015年6月，教育部發(fā)布校企合作專業(yè)綜合改革項(xiàng)目和國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃聯(lián)合基金項(xiàng)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(xiàng)目的公司之一。NI會(huì)堅(jiān)持以推動(dòng)創(chuàng)新教學(xué)、實(shí)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(shì)和與高校的多樣化合作，為高校教學(xué)提供豐富的動(dòng)手實(shí)踐和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，幫助高校工程教學(xué)與科研提升到一個(gè)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，基于該建設(shè)方案構(gòu)建的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中心，能夠：輔助老師/學(xué)生完成電子線路、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、通信原理、移動(dòng)通信、測(cè)試測(cè)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(shí)驗(yàn)；支持學(xué)生設(shè)計(jì)綜合型實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的能力，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識(shí)。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(xiàng)目，培養(yǎng)實(shí)際解決問題的能力。方案在滿足老師/學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐基礎(chǔ)上，NI會(huì)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(shí)與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用無縫銜接。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)、通用軟件無線電平臺(tái)（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(tái)、MyDAQ課外便攜式創(chuàng)新平臺(tái)、Emona及Quanser實(shí)驗(yàn)板等。課程及應(yīng)用如下：核心平臺(tái)介紹A.NIELVIS多功能虛擬儀器教學(xué)平臺(tái)NIELVIS多功能虛擬儀器教學(xué)平臺(tái)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(shí)驗(yàn)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(tái)中已經(jīng)集成的儀器及軟面板進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證結(jié)合NIMultisim軟件可以進(jìn)行電路仿真，并通過軟件快速比對(duì)仿真結(jié)果和實(shí)際搭建電路的測(cè)試結(jié)果支持連接多種傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)也可選擇第三方提供的現(xiàn)成電路板實(shí)現(xiàn)各種針對(duì)不同專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)，例如基于信號(hào)與系統(tǒng)、FPGA的數(shù)字電路設(shè)計(jì)、光纖通信原理、傳感器的信號(hào)調(diào)理、生物醫(yī)學(xué)工程、電機(jī)控制、嵌入式設(shè)計(jì)等提供現(xiàn)成軟面板軟件實(shí)現(xiàn)不同的儀器功能，教師或?qū)W生也可以通過LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)自定義的數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲(chǔ)等功能，或開發(fā)針對(duì)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)的軟件程序。通過LabVIEW網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可開發(fā)遠(yuǎn)程教學(xué)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)室使用效率NIELVIS是一個(gè)多學(xué)科實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合NILabVIEW以及不同的插板可完成電子線路類、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、傳感器、電子測(cè)試測(cè)量、控制等學(xué)科的基礎(chǔ)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)室投入發(fā)揮最大效益；同時(shí)基于NIELVIS的硬件資源和LabVIEW軟件的強(qiáng)大功能，在課程設(shè)計(jì)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(huì)貫通，也符合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室對(duì)擴(kuò)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)NIUSRP是一個(gè)通用的軟件無線電仿真教學(xué)平臺(tái)，通過普通以太網(wǎng)線連接PC，結(jié)合LabVIEW軟件即可實(shí)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(shí)驗(yàn)，同時(shí)也可以基于USRP開展一定的學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目和研究工作，包括建立無線通信系統(tǒng)原型、進(jìn)行算法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)等。NIUSRP以相對(duì)較低的成本為通信專業(yè)的師生提供了一個(gè)靈活的軟件無線電學(xué)習(xí)與驗(yàn)證平臺(tái)，通過從仿真向真實(shí)射頻信號(hào)的過渡，既可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也使學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)概念領(lǐng)會(huì)地更加深刻。兩種型號(hào)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(dòng)通信、802.11a/b/g/n、GPS及藍(lán)牙等多種應(yīng)用頻段；高達(dá)20MS/s基帶I/Q數(shù)據(jù)流，可在PC機(jī)軟件上進(jìn)行信號(hào)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(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等）；支持研究性學(xué)習(xí)，例如2x2MIMO，射頻信號(hào)記錄與回放，信號(hào)頻譜分析等。實(shí)驗(yàn)室建議配置：NIUSRP（1-2名學(xué)生一組進(jìn)行小班實(shí)驗(yàn)，USRP可選型號(hào)為2920或2921，分別對(duì)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(qǐng)?jiān)L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(shí)現(xiàn)專業(yè)應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)程序和界面，學(xué)生只需應(yīng)用這些程序驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果；或者亦可以讓學(xué)生基于LabVIEW完成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)（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(jìn)一步加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，同時(shí)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(duì)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(hào)處理、分析和數(shù)學(xué)函數(shù)實(shí)驗(yàn)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(hào)處理工具包、濾波器設(shè)計(jì)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(jìn)教學(xué)和引導(dǎo)學(xué)生探索電路概念而設(shè)計(jì)，借助這些特性，教師可為學(xué)生提供一個(gè)交互式環(huán)境，通過強(qiáng)大的仿真和分析功能來可視化電路行為，同時(shí)抽象化復(fù)雜的SPICE語法。教師可借由仿真驅(qū)動(dòng)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(jí)仿真探究假設(shè)情景("what-if"scenario)，培養(yǎng)電路直覺。主要特點(diǎn)：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(shí)借助仿真驅(qū)動(dòng)的儀器和測(cè)量探針,進(jìn)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(shí)際信號(hào)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(jì)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(jì)數(shù)器和微控制器，用于豐富布爾代數(shù)等入門級(jí)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(jī)構(gòu)一個(gè)新的重要教學(xué)和科研領(lǐng)域。Multisim環(huán)境包含了一個(gè)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)和科研：在同一個(gè)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(jì)的原型。E.Quanser控制\傳感器類實(shí)驗(yàn)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(duì)控制理論等基礎(chǔ)理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)同時(shí)也可以結(jié)合LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?；贓LVIS的Quanser控制實(shí)驗(yàn)套件包含了直流電機(jī)，倒立擺，一維直升機(jī)，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(jí)別的實(shí)驗(yàn)對(duì)象完成從模式識(shí)別，建模，算法設(shè)計(jì)，事物部署等一些列環(huán)節(jié)。圖：Quanser提供的系統(tǒng)級(jí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)F.Emona信號(hào)處理\通信類實(shí)驗(yàn)套件EmonaInstruments公司采取了一種獨(dú)特的方框圖方法對(duì)通信信號(hào)與系統(tǒng)進(jìn)行建模，從而更適用于實(shí)驗(yàn)室。他們?yōu)镹IELVIS平臺(tái)提供了兩種插入板——針對(duì)通信概念學(xué)習(xí)的DATEx和針對(duì)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(lì)并測(cè)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(shí)現(xiàn)調(diào)制和編碼模型，利用實(shí)際信號(hào)將理論知識(shí)付諸實(shí)踐。對(duì)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(yàn)相關(guān)理論。基于ELVIS平臺(tái)，也可以選擇Emona公司的SIGEx信號(hào)處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)板與配套教材開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。EmonaSIGEx教學(xué)板，是Emona公司針對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”以及“數(shù)字信號(hào)處理”課程特別開發(fā)的課程實(shí)驗(yàn)板，結(jié)合ELVIS平臺(tái)，配套有16門學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。G.MyRIO機(jī)電控制平臺(tái)NImyRIO是NI針對(duì)教學(xué)和學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用而最新推出的嵌入式機(jī)電控制開發(fā)平臺(tái)。NImyRIO內(nèi)嵌XilinxZynq芯片，使學(xué)生可以利用雙核ARMCortex-A9的實(shí)時(shí)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(jì)。NImyRIO的便攜性、快速開發(fā)體驗(yàn)以及豐富的配套資源和指導(dǎo)書，使學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)就可以獨(dú)立開發(fā)完成一個(gè)完整的嵌入式工程項(xiàng)目應(yīng)用，特別適合用于控制、機(jī)器人、機(jī)電一體化、測(cè)控等領(lǐng)域的課程設(shè)計(jì)或?qū)W生創(chuàng)新項(xiàng)目。由于NImyRIO是一款針對(duì)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用的平臺(tái)，因此在產(chǎn)品開發(fā)之初即確定了以下重要特點(diǎn)：易于上手使用：引導(dǎo)性的安裝和啟動(dòng)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(duì)ARM進(jìn)行編程，LabVIEW中包含大量現(xiàn)成算法函數(shù)，同時(shí)針對(duì)NImyRIO上的各種I/O接口提供經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)成驅(qū)動(dòng)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(duì)FPGA進(jìn)行自定義編程，可采用LabVIEW圖形化編程方式進(jìn)行開發(fā)。安全性：直流供電，根據(jù)學(xué)生用戶特點(diǎn)增設(shè)特別保護(hù)電路。同時(shí)，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(tái)。NImyRIO采用NI工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可重配置I/O(RIO)技術(shù)，與NI其他工業(yè)級(jí)的嵌入式監(jiān)測(cè)與控制開發(fā)平臺(tái)（如NICompactRIO及NISingle-BoardRIO）具有相似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和開發(fā)體驗(yàn)，學(xué)生通過NImyRIO獲得相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)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(xiàng)目。H.MyDAQ學(xué)生課外動(dòng)手實(shí)踐平臺(tái)NImyDAQ為工程專業(yè)的學(xué)生量身定制，可以幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室之外的任何時(shí)間，任何地點(diǎn)進(jìn)行工程創(chuàng)新實(shí)踐的創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)。NImyDAQ與圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境LabVIEW以及電路設(shè)計(jì)軟件Multisim無縫集成，并作為實(shí)驗(yàn)室配置平臺(tái)NIELVIS的完美補(bǔ)充。配合豐富的外圍擴(kuò)展支持，myDAQ能夠讓學(xué)生將多個(gè)學(xué)科的知識(shí)相互綜合，并付諸創(chuàng)新實(shí)踐，更好地將理論聯(lián)系實(shí)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(shí)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(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出）兩個(gè)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(gè)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(jì)，即使連線錯(cuò)誤一般也不會(huì)損壞數(shù)據(jù)采集硬件，可放心發(fā)給學(xué)生作為課外動(dòng)手作業(yè)與創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)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(shí)驗(yàn)室的豐富經(jīng)驗(yàn)并樂于將這些經(jīng)驗(yàn)和資源與國內(nèi)高校教師分享。該部分將針對(duì)電子線路、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、通信原理、無線通信、測(cè)試測(cè)量、控制、嵌入式、課外動(dòng)手實(shí)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(shí)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(dòng)手能力，增加交互性，實(shí)踐性以及創(chuàng)新性。NI主要提供“軟件實(shí)驗(yàn)”和“硬件實(shí)驗(yàn)”2類教學(xué)方案，軟件方案通過電路設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)通過ELVIS搭建電子線路并將實(shí)際的電路參數(shù)和信號(hào)進(jìn)行記錄，在同一用戶界面上與仿真結(jié)果實(shí)時(shí)比對(duì)，借助仿真與實(shí)際的差別來深入理解電路本質(zhì)。針對(duì)軟件實(shí)驗(yàn)，NI提供基于Multisim開的《實(shí)踐教學(xué)理論》指南，該書籍包含12個(gè)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(yùn)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(shí)點(diǎn)，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(jì)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(shí)驗(yàn)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(hào)發(fā)生器及軟面板等進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，通過對(duì)比Multisim仿真結(jié)果和實(shí)際搭建電路的測(cè)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(shí)測(cè)結(jié)果在同一個(gè)儀器界面窗口中的實(shí)時(shí)比對(duì)及虛擬3DELVIS演示。針對(duì)硬件實(shí)驗(yàn)NI提供電子學(xué)教育平臺(tái)實(shí)驗(yàn)教程(第二版)共11章，教程中提供了的配套經(jīng)典電路實(shí)例供教學(xué)演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用。涵蓋RC瞬態(tài)電路，AC電路工具，運(yùn)放基礎(chǔ)，濾波器設(shè)計(jì)，數(shù)字時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，磁傳感器調(diào)理，LED燈，自由空間光通信，射頻無線通信等實(shí)際可用電路。除此以外NI還可以提供數(shù)字實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，主要實(shí)驗(yàn)有門電路邏輯功能及測(cè)試，組合邏輯電路設(shè)計(jì)，譯碼器及應(yīng)用，觸發(fā)器及參數(shù)測(cè)試，移位寄存器，A/D轉(zhuǎn)換電路等。同樣針對(duì)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(shí)驗(yàn)外，ELVIS還可以滿足綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的要求。老師提出實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)實(shí)施方案并完成實(shí)驗(yàn)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(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。下圖是基于ELVIS開發(fā)的典型電子線路實(shí)驗(yàn)，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(cè)量、RC電路時(shí)間常數(shù)測(cè)量、八段碼數(shù)字顯示、LED燈顯示演示、馬達(dá)轉(zhuǎn)速測(cè)量與控制演示、萬用表浮地特性驗(yàn)證、陷波濾波器伯特圖分析、低通濾波器設(shè)計(jì)等說明：a-陷波濾波器電路;b-RC測(cè)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(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)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(cè)幅頻、相頻特性曲線浙江大學(xué)基于NIELVIS平臺(tái)開發(fā)的電工電子綜合實(shí)驗(yàn)“低壓直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制測(cè)量和顯示系統(tǒng)”及教師在《實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中心利用Multisim和ELVIS開展電路分析和模數(shù)電教學(xué)、實(shí)驗(yàn)。涵蓋溫度信號(hào)調(diào)理，AC電路工具，運(yùn)放基礎(chǔ)，濾波器設(shè)計(jì)，磁傳感器調(diào)理，自由空間光通信，射頻無線通信等實(shí)際可用電路，配合相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，展示實(shí)際電路應(yīng)用。并可將實(shí)測(cè)信號(hào)結(jié)果與Multisim仿真結(jié)果實(shí)時(shí)比較。拉近理論和實(shí)現(xiàn)的距離。同時(shí)，學(xué)生也可通過該實(shí)驗(yàn)教程學(xué)會(huì)Multisim、LabVIEW、ELVISII的用法，并能掌握利用電子學(xué)教育平臺(tái)解決實(shí)際問題的方法。清華大學(xué)教師針對(duì)NIELVIS平臺(tái)設(shè)計(jì)的附加電路板，完成超聲調(diào)制與傳輸實(shí)驗(yàn)，配合模擬電路教學(xué)信號(hào)處理信號(hào)處理類課程一直是電子信息工程、通信工程、自動(dòng)化、機(jī)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(hào)處理類課程正逐漸往動(dòng)手實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目實(shí)踐方向發(fā)展，以期在加深學(xué)生理論理解的同時(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新、動(dòng)手與工程實(shí)踐能力。針對(duì)這一趨勢(shì)，許多學(xué)校采用理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的教學(xué)，軟件實(shí)驗(yàn)與硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)合，可進(jìn)一步擴(kuò)展為創(chuàng)新項(xiàng)目作為考核方式之一。NI信號(hào)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(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，引入真實(shí)的信號(hào)，借助實(shí)際的應(yīng)用來闡述理論，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在工程思想和創(chuàng)新動(dòng)手實(shí)踐方面的提升。NI方案以“從仿真到實(shí)際I/O”為核心思想，提供從“課堂演示”、“軟件實(shí)驗(yàn)”、“硬件實(shí)驗(yàn)”、“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”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(shí)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(shí)具備靈活的用戶界面與強(qiáng)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(hào)處理方面的教學(xué)工具，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中更形象的體會(huì)理論，了解更生動(dòng)的應(yīng)用背景。NI提供結(jié)合經(jīng)典教材的LabVIEW信號(hào)處理教學(xué)演示程序NI信號(hào)處理課件與經(jīng)典教材完全契合實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手實(shí)踐：利用ELVIS上的真實(shí)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(shí)，可以搭建電路完成實(shí)際的板級(jí)信號(hào)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(hào)的采樣，并在PC上的LabVIEW軟件中編程進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。除了LabVIEW內(nèi)置的上千種信號(hào)處理函數(shù)，學(xué)生也可以在LabVIEW中調(diào)用Matlab的代碼對(duì)采集到的真實(shí)信號(hào)進(jìn)行分析和處理?；贓LVIS平臺(tái)，也可以選擇Emona公司的SIGEx信號(hào)處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)板與配套教材開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。EmonaSIGEx教學(xué)板，是Emona公司針對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”以及“數(shù)字信號(hào)處理”課程特別開發(fā)的課程實(shí)驗(yàn)板，結(jié)合ELVIS平臺(tái)，配套有16門學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，包含詳細(xì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和程序（NI提供中文版本）?；贓LVIS平臺(tái)和LabVIEW軟件，還可以實(shí)施開放性設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)能力。部分國內(nèi)外應(yīng)用案例：課堂教學(xué)與課內(nèi)實(shí)驗(yàn)：西安交通大學(xué)電信工程學(xué)院信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室，配備LabVIEW軟件及ELVIS。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括信號(hào)的頻譜分析、心音信號(hào)采集分析、頻譜儀及濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、語音信號(hào)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(hào)處理課程實(shí)驗(yàn)，結(jié)合LabVIEW與NI硬件完成濾波器綜合設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)。開放式實(shí)驗(yàn):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(tái)的數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)開放性實(shí)驗(yàn)。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(shí)現(xiàn)濾波器，在播放音樂的同時(shí)針對(duì)高、中、低音部進(jìn)行濾波處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的音效處理。讓學(xué)生在理解濾波器的同時(shí)，了解濾波器在實(shí)際應(yīng)用中的意義和價(jià)值。其他更多創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)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(hào)輸入接口以及數(shù)字I/O口，實(shí)現(xiàn)基于聲音特征的自動(dòng)門鎖，當(dāng)敲門聲符合指定規(guī)律的情況下控制電機(jī)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(shí)驗(yàn)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(gè)知識(shí)大類的虛擬仿真?；贚abVIEW可快速進(jìn)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(shí)驗(yàn)室動(dòng)手實(shí)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(tái)，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(kuò)頻等通信原理基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)整合，構(gòu)建從簡單（如FSK信號(hào)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(jí)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。如果實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)有限，教師也可以為學(xué)生開發(fā)好實(shí)驗(yàn)程序，讓學(xué)生基于該平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)；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(qiáng)化所學(xué)知識(shí)。隨USRP可獲得UniversityofTexas(Austin)的RobertHeath教授基于USRP進(jìn)行通信原理教學(xué)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和相關(guān)資料。同時(shí)，NI中國高校市場(chǎng)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(shí)驗(yàn)教材。NIUSRP是通信原理教學(xué)的理想平臺(tái)，并已配有相應(yīng)的指導(dǎo)書資源除了課堂仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)，基于NIUSRP還可以完成一些基于項(xiàng)目的開放性實(shí)驗(yàn)，例如學(xué)生基于USRP平臺(tái)可以進(jìn)行2x2MIMO系統(tǒng)的研究等。如果學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目或科研項(xiàng)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(tái)。這些平臺(tái)也可以同時(shí)作為移動(dòng)通信課程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可開展調(diào)制解調(diào)、OFDM等內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)?；谶@樣的軟件無線電平臺(tái)還可快速驗(yàn)證一些最新的技術(shù)，并引導(dǎo)高年級(jí)學(xué)生和研究生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。典型應(yīng)用案例：斯坦福大學(xué)面對(duì)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(dòng)手實(shí)踐體驗(yàn)，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(tái)）引入通信課程實(shí)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(gè)通信系統(tǒng)信號(hào)鏈路中的各個(gè)功能模塊，并觀察各點(diǎn)的信號(hào)特征。通過該方法，學(xué)生親身體驗(yàn)并構(gòu)建了信道編碼、調(diào)制、定時(shí)恢復(fù)、隨機(jī)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(xiàng)目，學(xué)生在USRP射頻發(fā)射機(jī)和射頻接收機(jī)之間創(chuàng)建完成了一個(gè)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(jí)課程之后，就能夠獨(dú)立地完成構(gòu)建通信系統(tǒng)的項(xiàng)目。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都鼓勵(lì)學(xué)生們動(dòng)手實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的一個(gè)功能模塊。例如，在第四個(gè)試驗(yàn)中，學(xué)生學(xué)習(xí)了解調(diào)理論，并在兩個(gè)USRP構(gòu)建的空中無線鏈接上實(shí)現(xiàn)了基于BPSK（二進(jìn)移相鍵控）調(diào)制方式的射頻接收機(jī)。射頻收射機(jī)重復(fù)發(fā)送BPSK信息包，由學(xué)生負(fù)責(zé)解碼。每位學(xué)生在自己的計(jì)算機(jī)和NIUSRP上開發(fā)接收機(jī)解調(diào)信號(hào)。在兩個(gè)星期的實(shí)驗(yàn)室課程中，學(xué)生共接受到信道校正、BPSK符號(hào)解映射、報(bào)頭檢測(cè)方法、包解碼、CRC檢測(cè)、錯(cuò)誤排除等動(dòng)手實(shí)踐訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)際的無線鏈接，作為課程的結(jié)課項(xiàng)目?；赨SRP實(shí)現(xiàn)QAM星座圖調(diào)制2*2MIMOAlamouti空時(shí)分組編碼和MRC研究動(dòng)手實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能夠親手操作NIUSRP射頻收發(fā)機(jī)，頻率范圍從50MHz到2.2GHz，實(shí)時(shí)帶寬達(dá)20MHz。借助NIUSRP和LabVIEW，學(xué)生可實(shí)時(shí)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(hào)，以及850MHz的GSM移動(dòng)手機(jī)信號(hào)。學(xué)生們還可通過實(shí)時(shí)分析頻譜找到FM發(fā)射站，甚至實(shí)現(xiàn)一個(gè)FM解調(diào)器來收聽FM廣播。在結(jié)課項(xiàng)目中，每個(gè)學(xué)生都設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)包收發(fā)機(jī)。收發(fā)機(jī)能夠成功接收并解碼一個(gè)數(shù)據(jù)包，并通過ACK信號(hào)完成通信握手。

無線車鑰匙信號(hào)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)頻譜監(jiān)測(cè)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(jìn)行教學(xué)改革。以北京交通大學(xué)為例，利用USRP實(shí)際搭建通信鏈路實(shí)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(shí)。在實(shí)驗(yàn)中用聲音、文本、圖像和視頻作為檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)是否完成的手段，讓學(xué)生體會(huì)書本理論知識(shí)如何融入真實(shí)生活。以下是具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：基于軟件無線電（USRP）通信實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通信原理實(shí)驗(yàn)無線通信實(shí)驗(yàn)在滿足通信原理、無線通信課程本科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，北京交通大學(xué)意識(shí)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(shí)為本”模式為“以研究為本”模式，注重科研與教學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，基于NIPXI高性能射頻科研平臺(tái)和USRP開發(fā)了無線信道仿真平臺(tái)。該平臺(tái)基于PXI總線技術(shù)的高性能信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)分析儀以及FPGA模塊進(jìn)行了無線信道仿真平臺(tái)核心部分的設(shè)計(jì)，并搭配USRP進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和性能分析，為無線通信系統(tǒng)的半實(shí)物仿真和測(cè)試提供了較好的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)。平臺(tái)整體架構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和仿真場(chǎng)景上海交通大學(xué)自2013年起引入軟件無線電平臺(tái)（USRP）開展通信原理創(chuàng)新教學(xué)與實(shí)踐方式探索，面向通信相關(guān)專業(yè)333名學(xué)生。實(shí)驗(yàn)采用核心模塊設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合方式，其中核心模塊設(shè)計(jì)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(jì)建模、仿真驗(yàn)證和實(shí)時(shí)的原型實(shí)現(xiàn)。學(xué)生按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材和參考資料，自行對(duì)核心模塊建模，編制可視化程序，給出仿真鏈路系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證在實(shí)際的無線收/發(fā)系統(tǒng)中運(yùn)行，即采用USRP設(shè)備。其中在通信鏈路中具體需要設(shè)計(jì)的基本核心模塊內(nèi)容為：1.隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生及直方圖統(tǒng)計(jì)2.相關(guān)噪聲模型和相關(guān)函數(shù)計(jì)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(jì)5.QAM解調(diào)及檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)6.通信系統(tǒng)中同步模塊設(shè)計(jì)7.通信系統(tǒng)中信道估計(jì)與時(shí)域均衡模塊設(shè)計(jì)8.通信系統(tǒng)中信道編解碼模塊設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)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(shí)或自已正在進(jìn)行的實(shí)踐項(xiàng)目，在教師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的系統(tǒng)，從而進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高了學(xué)生的自主創(chuàng)新和實(shí)踐能力。電子測(cè)試測(cè)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(shí)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(shí)現(xiàn)一種系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)方式。許多最新的科研與工業(yè)應(yīng)用中的測(cè)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(shí)現(xiàn)提供可靠的模塊化硬件平臺(tái)（如NI數(shù)據(jù)采集系列硬件、NIPXI模塊化儀器平臺(tái)等）以及高效的軟件工具（如NILabVIEW），加速這些應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。正是由于系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方式帶來的巨大優(yōu)勢(shì)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(rèn)識(shí)到所有工程專業(yè)學(xué)生都應(yīng)該對(duì)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(shí)際工程問題的動(dòng)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(dú)立的虛擬儀器技術(shù)課程，或以概念講授與實(shí)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(jī)械、電氣、通信、環(huán)境、自動(dòng)化、土木、生物醫(yī)學(xué)等），同時(shí)在教學(xué)中采用理論教學(xué)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合的方式，貫穿于整個(gè)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(gè)教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)室，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)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(jì)，并且涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的教材以及創(chuàng)新的學(xué)生實(shí)驗(yàn)作品。此外，還有許多高校在測(cè)控專業(yè)的其他專業(yè)課程中（例如《現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)》、《自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》、《傳感器原理與應(yīng)用》、《測(cè)試總線技術(shù)》、《智能儀表設(shè)計(jì)》）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(jì)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(duì)于《虛擬儀器技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)可以使用NIELVIS的數(shù)據(jù)采集硬件平臺(tái)和LabVIEW軟件的實(shí)驗(yàn)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(jī)構(gòu)學(xué)生可基于標(biāo)準(zhǔn)配置中的面包板實(shí)現(xiàn)自定義的信號(hào)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(shí)現(xiàn)針對(duì)不同傳感器的信號(hào)調(diào)理功能教師也可自行開發(fā)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)損耗提供現(xiàn)成軟面板軟件實(shí)現(xiàn)不同的儀器功能教師或?qū)W生也可以通過LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)自定義的數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲(chǔ)等功能基于ELVIS平臺(tái)可開展的部分基本教學(xué)實(shí)驗(yàn)（從左至右:電橋測(cè)量、電子溫度計(jì)設(shè)計(jì)、利用霍爾傳感器進(jìn)行磁脈沖計(jì)數(shù)、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)試和PID控制）NI為ELVIS平臺(tái)提供現(xiàn)成的的數(shù)據(jù)采集教學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書NI翻譯引進(jìn)的國外高校基于ELVIS平臺(tái)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jì)自定義的ELVIS實(shí)驗(yàn)板和相關(guān)實(shí)驗(yàn)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(dòng)化及機(jī)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(dòng)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(tái)，不斷強(qiáng)化動(dòng)手實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目實(shí)踐，以期在加深學(xué)生理論理解的同時(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新、動(dòng)手與工程實(shí)踐能力。NI自動(dòng)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(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，引入真實(shí)的信號(hào)，借助實(shí)際的應(yīng)用來闡述理論。實(shí)現(xiàn)學(xué)生在工程思想和創(chuàng)新動(dòng)手實(shí)踐方面的提升。NI提供從“課堂演示”、“軟件實(shí)驗(yàn)”、“硬件實(shí)驗(yàn)”、“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”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(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)：

專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

專業(yè)核心實(shí)驗(yàn)LabVIEW+CDS+MathscriptRT

RCPtoolkitELVIS+Quanser插板LabVIEW+CDS+MathscriptRT

RCPtoolkitmyRIO+QUBE對(duì)象或CompactRIO+Quanser對(duì)象基于創(chuàng)新項(xiàng)目的開放性實(shí)驗(yàn)LabVIEW+CDS+MathscriptRTmyRIO或myDAQ機(jī)器人教學(xué)與競(jìng)賽LabVIEW+機(jī)器人模塊NI機(jī)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(shí)具備靈活的用戶界面與強(qiáng)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(diǎn)-MathscriptRT提供)等多種方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì);同時(shí)LabVIEW控制仿真工具包可以提供針對(duì)控制設(shè)計(jì)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(duì)象的動(dòng)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(dòng)手實(shí)驗(yàn)中更形象地體會(huì)理論，更生動(dòng)地了解控制原理。LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)控制設(shè)計(jì)與仿真從仿真到部署的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)基于ELVIS的Quanser控制對(duì)象,學(xué)生學(xué)生可以完成從建模,模型驗(yàn)證,控制算法設(shè)計(jì),算法仿真到實(shí)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(shí)踐體驗(yàn)。ELVIS插板名稱Quansor直流電機(jī)插板模塊Quansor溫控箱插板模塊Quansor機(jī)電傳感器模塊Quansor倒立擺插板模塊Quansor一自由度直升機(jī)模塊配套實(shí)驗(yàn)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(duì)控制算法的影響（狀態(tài)空間）模型分析模型時(shí)間常數(shù)提取PI控制算法設(shè)計(jì)壓電傳感器模型分析（狀態(tài)空間）系統(tǒng)辨識(shí)工具建立模型仿真模型與實(shí)際模型對(duì)比電位計(jì)傳感器控制算法設(shè)計(jì)（LQR）（狀態(tài)空間）PD控制算法設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際結(jié)果修正模型紅外傳感器PID控制算法設(shè)計(jì)PI控制算法設(shè)計(jì)（速度控制）聲納傳感器PI控制速度（方波激勵(lì)）電磁場(chǎng)傳感器PI控制速度（三角波激勵(lì)）編碼器PD控制算法設(shè)計(jì)（位置控制）溫度傳感器電機(jī)負(fù)載對(duì)控制的影響LED和開關(guān)專業(yè)核心實(shí)驗(yàn)軟件:NILabVIEW+CDS+MathscriptRT+RCPtoolkit硬件:myRIO+CUBE或CompactRIO+QuanserNImyRIO是NI今年針對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)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(tái)，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(shí)時(shí)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(jī)器人、機(jī)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(duì)象CUBE，在基本的電機(jī)、倒立擺PID控制等實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還可以基于實(shí)時(shí)系統(tǒng)開展LQR控制等較復(fù)雜控制方法的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。NImyRIO提供的現(xiàn)成驅(qū)動(dòng)函數(shù)抽象了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的底層細(xì)節(jié)，使學(xué)生可以將精力用于課程相關(guān)的控制設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。NImyRIO嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和QuanserQUBE對(duì)象NICompactRIO平臺(tái)是一個(gè)模塊化的高性能嵌入式控制平臺(tái)，包含開放編程的嵌入式處理器和FPGA資源，同時(shí)可根據(jù)需要選擇不同的硬件I/O模塊，可用于對(duì)處理性能有更高要求的高級(jí)控制實(shí)驗(yàn)。Quanser公司提供的一系列可以連接NICompactRIO嵌入式平臺(tái)的控制對(duì)象平臺(tái)，包括電機(jī)、倒立擺、直升機(jī)、柔性臂、柔性關(guān)節(jié)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生可以完成從復(fù)雜系統(tǒng)建模、模型驗(yàn)證、現(xiàn)代控制算法設(shè)計(jì)、算法仿真到實(shí)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(shí)踐體驗(yàn)。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(gè)LabVIEW函數(shù)，使學(xué)生可以專注于控制算法設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇驗(yàn)證；同時(shí)也允許學(xué)有余力的學(xué)生通過LabVIEW訪問CompactRIO提供的底層實(shí)時(shí)系統(tǒng)以及FPGA資源，實(shí)現(xiàn)完全自定義的項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及工程實(shí)踐。NICompactRIO嵌入式控制平臺(tái)和Quanser被控對(duì)象（多種被控對(duì)象選擇）目前國內(nèi)已有許多高校基于NI平臺(tái)開展控制方面的教學(xué)和課外實(shí)踐。例如，西安交通大學(xué)自動(dòng)化系基于NIELVIS平臺(tái)開展自動(dòng)控制原理的教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革，用更多設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)取代傳統(tǒng)的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，并且將自控原理實(shí)驗(yàn)與電子技術(shù)等前序課程的內(nèi)容有機(jī)銜接起來，提升學(xué)生的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，收到良好的效果。浙江大學(xué)則基于NI機(jī)器人起步教學(xué)平臺(tái)（核心控制硬件平臺(tái)基于NISingle-BoardRIO平臺(tái)）開展機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)。西安交通大學(xué)基于NIELVIS平臺(tái)進(jìn)行自控原理實(shí)驗(yàn)教改項(xiàng)目，開展更多設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

（詳細(xì)案例可參見:/cs/app/doc/p/id/cs-15537）上海交通大學(xué)自動(dòng)化系與NI建立的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室

涵蓋運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、計(jì)算機(jī)控制等全系列自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容嵌入式開發(fā)NImyRIO是NI針對(duì)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(tái)。NImyRIO內(nèi)嵌XilinxZynq芯片，使學(xué)生可以利用雙核ARMCortex-A9的實(shí)時(shí)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(jì)。NImyRIO的便攜性、快速開發(fā)體驗(yàn)以及豐富的配套資源和指導(dǎo)書，使學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)就可以獨(dú)立開發(fā)完成一個(gè)完整的嵌入式工程項(xiàng)目應(yīng)用，特別適合用于控制、機(jī)器人、機(jī)電一體化、測(cè)控等領(lǐng)域的課程設(shè)計(jì)或?qū)W生創(chuàng)新項(xiàng)目。針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制類實(shí)驗(yàn)，NI提供MyRIO機(jī)電一體化附件包，用于教授和實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)。該套件包含伺服電機(jī)、H橋驅(qū)動(dòng)器、齒輪電動(dòng)機(jī)（包含旋轉(zhuǎn)和速度編碼器）、羅盤、加速度計(jì)等。針對(duì)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(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，通過16個(gè)實(shí)驗(yàn)介紹了與16種不同的外圍元器件相連接的方法，如電位計(jì)、編碼器、電機(jī)等。在完成基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上學(xué)生還開發(fā)了無人機(jī)、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(tái)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)(左圖為課程在的MOOC界面)，課程要求學(xué)生基于NImyRIO控制一個(gè)iRobot機(jī)器人圖:基于MyRIO實(shí)現(xiàn)無線遙控小車，可以通過USB攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像傳輸圖:開發(fā)自行車自動(dòng)換擋控制器，并可通過iPhone界面顯示當(dāng)前檔位課外動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)新隨時(shí)隨地，實(shí)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)外的任何時(shí)間，任何地點(diǎn)進(jìn)行工程創(chuàng)新實(shí)踐的創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)。與NIELVIS相似，NImyDAQ可與電路設(shè)計(jì)軟件Multisim和圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境LabVIEW無縫集成。NImyDAQ能夠讓學(xué)生將多個(gè)學(xué)科的知識(shí)相互綜合，并付諸創(chuàng)新實(shí)踐。只要學(xué)生有電腦，就可以通過USB連接NImyDAQ實(shí)現(xiàn)多種儀器和電源等功能，同時(shí)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(dòng)手作業(yè)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、或開展基于項(xiàng)目的學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生具備“系統(tǒng)級(jí)”設(shè)計(jì)的能力，同時(shí)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(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并深化對(duì)理論知識(shí)的理解，在課外作業(yè)的環(huán)節(jié)增加了更多的仿真和實(shí)踐性動(dòng)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(jìn)行仿真并搭建實(shí)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(tái)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(duì)電路進(jìn)行各種測(cè)試，完成報(bào)告。除電子線路類實(shí)驗(yàn)外，學(xué)生還可以基于MyDAQ完成信號(hào)處理、控制、電子測(cè)試測(cè)量類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。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(shí)踐平臺(tái)（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(shí)驗(yàn)浙江大學(xué)基于MyDAQ開展信號(hào)分析與處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)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(duì)各類信號(hào)的測(cè)量、采集、分析處理等功能，應(yīng)用遍布電子、機(jī)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(gè)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(hào)（如壓力信號(hào)，張力信號(hào)，溫度信號(hào)等）或電生理信號(hào)（如心電、肌電和腦電）經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)，再利用LabVIEW圖形化軟件做進(jìn)一步分析和處理。相比傳統(tǒng)測(cè)試及診斷設(shè)備，用戶可以通過虛擬儀器友好的人機(jī)界面方便地進(jìn)行操作，可對(duì)虛擬儀器的功能和用途進(jìn)行定義、組合和擴(kuò)展，從而更快、更省和更方便的解決測(cè)試、測(cè)量應(yīng)用問題。對(duì)于醫(yī)學(xué)相關(guān)類學(xué)生來講，知識(shí)結(jié)構(gòu)的更新、動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新思維等的培養(yǎng)，對(duì)于將其培養(yǎng)成為一名知識(shí)廣、基礎(chǔ)厚、能力強(qiáng)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(hào)檢測(cè)分析課程并應(yīng)用虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生在基礎(chǔ)知識(shí)、動(dòng)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(duì)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(hào)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(jì)與實(shí)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(diǎn)，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(yùn)用LabVIEW編寫程序進(jìn)行醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理與分析。對(duì)應(yīng)醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)分析課程，其主要內(nèi)容包括醫(yī)學(xué)信號(hào)和傳感器、醫(yī)學(xué)信號(hào)采集、醫(yī)學(xué)信號(hào)的相干平均和相關(guān)分析、醫(yī)學(xué)信號(hào)的數(shù)字濾波、醫(yī)學(xué)信號(hào)的頻譜分析、醫(yī)學(xué)信號(hào)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(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(hào)采集、相干平均與相關(guān)分析、濾波器設(shè)計(jì)與頻譜分析、心電信號(hào)特征提取、小波變換及其應(yīng)用等。通過虛擬儀器實(shí)驗(yàn)拓展了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生獨(dú)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(dá)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(jì)虛擬儀器。目前該課程已經(jīng)入選山東大學(xué)校級(jí)精品課程，基于虛擬儀器搭建的醫(yī)學(xué)儀器平臺(tái)是山東大學(xué)獲批國家級(jí)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心重要組成部分。以神經(jīng)放電信號(hào)檢測(cè)分析系統(tǒng)為例，膈神經(jīng)的放電信號(hào)是一簇簇密集的放電，對(duì)此信號(hào)經(jīng)典的處理方法是對(duì)放電信號(hào)積分運(yùn)算，從積分后的曲線再進(jìn)一步區(qū)分每一時(shí)相的開始時(shí)刻。模擬積分儀采用RC電路完成積分運(yùn)算，改變積分參數(shù)就是改變電阻和電容的數(shù)值，缺點(diǎn)是誤差較大。而虛擬儀器充分利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，采用“計(jì)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(jì)算機(jī)的多道生理記錄儀也能完成這一測(cè)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(shí)驗(yàn)，而且能探究其內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，這無疑會(huì)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?；贚abVIEW及模塊化采集硬件實(shí)現(xiàn)神經(jīng)放電信號(hào)檢測(cè)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(shí)驗(yàn)中?；贚abVIEW和NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)（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(shí)驗(yàn)（浙江大學(xué)）除以上高校教學(xué)實(shí)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(tái)被廣泛于醫(yī)學(xué)研究項(xiàng)目。以下列舉了南京航空航天大學(xué)神經(jīng)細(xì)胞研究、上海交通大學(xué)激光與光子生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)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(xì)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(shí)驗(yàn)室）全球首臺(tái)實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shì)相結(jié)合，通過全面的、多樣化的校企合作實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型高級(jí)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(hào)處理\控制；基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)——電子線路、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、通信原理、測(cè)試測(cè)量（NI提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書）；第二課堂（課外活動(dòng)）研討會(huì)：圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)系列報(bào)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(huì)主辦（NI協(xié)辦）全國大賽；畢業(yè)論文設(shè)計(jì)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(rèn)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(dòng)；CLAD資格認(rèn)證：XX大學(xué)XX學(xué)院學(xué)生參加CLAD（LabVIEW助理工程師認(rèn)證）享受50%折扣優(yōu)惠；NI將在信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、通信原理、無線通信等基礎(chǔ)\專業(yè)、電子線路、測(cè)試測(cè)量、嵌入式等課程上，給予XX大學(xué)XX學(xué)院實(shí)驗(yàn)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(duì)電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)，NI提供Multisim軟件仿真、Multisim仿真+ELVIS實(shí)際搭建電路對(duì)比2類實(shí)驗(yàn)資源，其中Multisim軟件仿真包含基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和提高設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：實(shí)驗(yàn)形式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容Multisim軟件仿真A:Multisim在電路分析中的應(yīng)用

1仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)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(dòng)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(chǎng)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(yùn)算電路

7電壓比較器

8負(fù)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(cè)試

3組合邏輯電路

4觸發(fā)器

5中規(guī)模計(jì)數(shù)器

6555定時(shí)器及應(yīng)用硬件實(shí)驗(yàn)通過ELVIS搭建電子線路并將實(shí)際的電路參數(shù)和信號(hào)進(jìn)行記錄，在同一用戶界面上與Multisim仿真結(jié)果實(shí)時(shí)比對(duì)，借助仿真與實(shí)際的差別來深入理解電路本質(zhì)。該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：實(shí)驗(yàn)形式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容Multisim仿真+ELVIS實(shí)際電路搭建(仿真與實(shí)際電路對(duì)比)a)示波器、信號(hào)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(jì)和分析

e)OpAmp濾波器實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)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(jì)（555數(shù)字時(shí)鐘電路、數(shù)字計(jì)數(shù)器電路）

g)交流電路實(shí)驗(yàn)

h)數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)

i)溫度、壓力、應(yīng)變測(cè)量和分析實(shí)驗(yàn)

j)生物醫(yī)電生理信號(hào)測(cè)量和分析

k)救援用LED燈實(shí)驗(yàn)

l)數(shù)碼管控制實(shí)驗(yàn)

m)自由空間光通信實(shí)驗(yàn)

n)波形編輯及頻譜分析實(shí)驗(yàn)

o)磁場(chǎng)傳感器測(cè)量和分析實(shí)驗(yàn)

p)直流電機(jī)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速測(cè)量與控制

q)直流電機(jī)的馬達(dá)位移測(cè)量與控制

r)機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

s)無線通信實(shí)驗(yàn)B:信號(hào)處理針對(duì)信號(hào)處理課程N(yùn)I提供軟件仿真、Emona信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理3類實(shí)驗(yàn)資源，其中信號(hào)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：形式內(nèi)容信號(hào)處理軟件仿真；“信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室”是由NI開發(fā)針對(duì)信號(hào)處理、信號(hào)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(gè)從基礎(chǔ)到高級(jí)的信號(hào)處理知識(shí)點(diǎn)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(jí)信號(hào)處理工具包等）實(shí)現(xiàn)，對(duì)于聯(lián)合實(shí)驗(yàn)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(shí)都可以。信號(hào)與系統(tǒng)：基于虛擬儀器綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（ELVIS），學(xué)生可以SIGEx信號(hào)處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)板與配套教材開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)板針對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”以及“數(shù)字信號(hào)處理”課程特別開發(fā)的課程實(shí)驗(yàn)板，配套有16門學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。圖：SIGEx信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)板圖：SIGEx信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)板虛擬儀器綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（ELVIS）單元上的LabVIEW具有可編程能力，同時(shí)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(shí)踐當(dāng)中的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)教學(xué)。對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)列表如下：實(shí)驗(yàn)一：NIELVISII+實(shí)驗(yàn)儀器簡介實(shí)驗(yàn)二：EmonaSIGEx插入板介紹實(shí)驗(yàn)三：信號(hào)特性及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)四：線性與非線性系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)五：解卷積實(shí)驗(yàn)六：卷積、相關(guān)性和匹配濾波器實(shí)驗(yàn)七：復(fù)數(shù)與指數(shù)實(shí)驗(yàn)八：傅里葉級(jí)數(shù)分析實(shí)驗(yàn)九：時(shí)變信號(hào)的譜分析實(shí)驗(yàn)十：RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)十一：拉普拉斯域零極點(diǎn)實(shí)驗(yàn)十二：采樣與混疊實(shí)驗(yàn)十三：模數(shù)轉(zhuǎn)換初探實(shí)驗(yàn)十四：FIR系統(tǒng)的離散時(shí)間濾波器實(shí)驗(yàn)十五：Z平面零極點(diǎn)當(dāng)虛擬儀器綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（ELVIS）和SIGEx配合使用來進(jìn)行信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，用戶需要運(yùn)行SIGExMainSFPVI，如下圖所示：圖：SIGEx程序界面?zhèn)渥ⅲ盒盘?hào)處理實(shí)驗(yàn)板詳細(xì)說明見《SIGEx實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》數(shù)字信號(hào)處理：針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用，LabVIEW本身提供豐富的數(shù)學(xué)運(yùn)算和信號(hào)處理函數(shù)庫，另外還提供一些專門的附加工具包，針對(duì)某一方面的信號(hào)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(jì)工具包、高級(jí)信號(hào)處理工具包、自適應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)工具包、聲音與振動(dòng)分析套件等?！稊?shù)字信號(hào)處理原理及其LabVIEW實(shí)現(xiàn)》會(huì)詳細(xì)介紹LabVIEW中信號(hào)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(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生加深理解數(shù)字信號(hào)處理的基本概念和理論，同時(shí)通過數(shù)字信號(hào)處理方面的實(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：實(shí)驗(yàn)形式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容信號(hào)處理軟件仿真+硬件采集；基于LabVIEW的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)

1信號(hào)序列生成

2信號(hào)時(shí)域分析

3離散時(shí)間序列信號(hào)的卷積

4信號(hào)頻域分析

5數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

6數(shù)字濾波器的系數(shù)量化誤差

7信號(hào)的內(nèi)插與抽取

8高級(jí)數(shù)字信號(hào)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(hào)處理實(shí)驗(yàn)

9.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介

9.2基于ELVIS（或myDAQ）的波形信號(hào)采集

9.3對(duì)真實(shí)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和頻譜分析

9.4信號(hào)的濾波、合成與輸出

10在嵌入式硬件上實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理算法

10.1用于信號(hào)處理應(yīng)用的嵌入式硬件平臺(tái)

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(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（電子版）及LabVIEW源代碼。C:通信針對(duì)通信類課程N(yùn)I提供軟件仿真和硬件搭建2類實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：實(shí)驗(yàn)形式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通信原理理論（軟件仿真）NI提供“通信原理實(shí)驗(yàn)室”課件。包含了11個(gè)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(gè)知識(shí)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(tái)引入通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)，幫助學(xué)生加強(qiáng)通信鏈路認(rèn)識(shí)的同時(shí)，學(xué)生自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)很好的鍛煉了工程實(shí)踐能力。針對(duì)軟件無線電平臺(tái)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書明細(xì)：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(hào)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(hào)和噪聲3同步：窄帶信道的符號(hào)時(shí)鐘恢復(fù)4.基帶數(shù)據(jù)產(chǎn)生和濾波4信道估計(jì)與均衡5.數(shù)字基帶傳輸-PAM5幀檢測(cè)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(cè)試測(cè)量、虛擬儀器、傳感器針對(duì)電子測(cè)試測(cè)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)（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(shí)驗(yàn)：形式內(nèi)容備注基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)+開放性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑唬∟I提供虛擬儀器課件和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書）1、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)：利用QNET傳感器測(cè)量教學(xué)實(shí)驗(yàn)板的數(shù)字和模擬傳感器，完成溫度、壓力、磁場(chǎng)、壓電晶體、電位計(jì)、編碼器、各種類型開關(guān)（SPDT、霍爾效應(yīng)、光透射）等實(shí)驗(yàn)，并配合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(jìn)行測(cè)試測(cè)量的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐。2、開放性實(shí)驗(yàn)：電橋測(cè)量、電子溫度計(jì)設(shè)計(jì)、利用霍爾傳感器進(jìn)行磁脈沖計(jì)數(shù)、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)試和PID控制針對(duì)基礎(chǔ)和開放性實(shí)驗(yàn)，NI提供課堂授課PPT、動(dòng)手實(shí)踐教材等。NI提供實(shí)驗(yàn)資源說明：資源名稱詳細(xì)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(jì)基礎(chǔ)；4、數(shù)據(jù)采集與信號(hào)調(diào)理；5、基于LabVIEW的信號(hào)處理；6、LabVIEW程序設(shè)計(jì)進(jìn)階；7、虛擬儀器技術(shù)的最新進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jì)數(shù)器；7、在ELVIS上實(shí)驗(yàn)信號(hào)調(diào)理；8、基于ELVIS的音頻信號(hào)處理；NI提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和LabVIEW源代碼《基于NIELVIS的傳感器測(cè)量及應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室剛建立時(shí)授課實(shí)驗(yàn)，進(jìn)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)。控制系統(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(shí)隨地的鞏固課堂理論，同時(shí)也可將此作為學(xué)生課后作業(yè)?；贜IELVIS和QuanserQNET直流電機(jī)的控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書《自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)/本科“十二五”規(guī)劃教材》簡述了自動(dòng)控制原理經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)知識(shí)，介紹了NIELVISⅡ多功能綜合數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、自行設(shè)計(jì)的基于ELVISⅡ的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以及LabVIEw數(shù)據(jù)采集API函數(shù)，編排設(shè)計(jì)了自動(dòng)控制原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括了典型系統(tǒng)時(shí)域、頻域、根軌跡分析，控制系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)、電機(jī)建模與控制、模擬信號(hào)的采樣與輸出等實(shí)驗(yàn)。綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)包括電機(jī)轉(zhuǎn)速控制設(shè)計(jì)、電機(jī)位置控制設(shè)計(jì)、垂直起降控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)基于LabVIEW院校使用權(quán)、ELVISII\II+、直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)板、電阻\電容\運(yùn)算放大器等完成。包