USB NI ELVIS平台在高校教学中的创新应用

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1 引言    目前，NI公司推出的虚拟仪器技术教学和实验室套件(ELVIS)已经实现USb连接，提供了方便的即插即用功能。ELVIS与NI LabVIEW，NI SignalExpress，Electronics Workbe-nch Multisim和MultiMCU软件的紧密集成，为教师在多个领域中开展科学和工程教学提供了优良的平台。2 ELVIS平台简介    带USb接口的NI ELVIS是基于LabVIEW图形化开发环境，集成了理论／仿真与低成本、动手上机的设计／原型平台构成。图1给出带USb接口的NI ELVIS平台。主要包含三部分。    (1)USb数据采集卡 NI ELVIS全新的USb即插即用连接性简化了实验室的搭建和维护。使用者利用个人电脑即可对其应用进行测试和原型设计，并通过USb M系列数据采集设备来完成数据采集任务。    (2)工作台和面包板 用户可自定义工作台，其控制面板有示波器、数字万用表、可变电源等基本仪器，通过连接器可将其显示在ELVIS软面板。原型实验面包板与工作台相连，可在此上搭建电子电路，允许实验中连接输入输出信号，特别适合教学实验和电路设计及测试。在原型面包板上给出了ELVIS所有的信号终端，它们分列在电路面包板两旁，并通过电缆连接至USb数据采集卡。    (3)安装在计算机上的软面板仪器 计算机平台安装有虚拟仪器软件开发丁具LabVIEW，ELVIS加载了在LabVIEW中创建的仪器及仪器的源代码。每一种仪器都配备有用于点击式配置的Express VI，可通过修改LabVIEW代码修改功能。这些软面板仪器都是实验中典型的和必需的通用电子仪器及虚拟仪器，主要包括示波器、函数发生器、数字万用表、任意的波形发生器等。

3 ELVIS平台在高校教学中的创新应用    最新的NI ELVISⅡ(简称ELVISⅡ)教学设计和建模平台是基于LabVIEW图形化系统设计软件．用于电路设计概念、仪器、控制、电信和MCU等的理论和实践教学，对传统教学有相当的创新性。3．1 电子教学应用    ELVIS是电子教学平台的重要组件，它包含有Multisim及LabVIEW，可利用理论联系实践的方式辅助《电路设计》等概念课程的教学。师生可通过Multisim软件对电路设计的理论概念进行仿真，采用ELVIS对真实电路建模，最后通过LabVIEW及IJabVIEW Signal Express来比较仿真与测量结果。依据图1可构建电子教学平台。图中的计算机使用台式机或笔记本均可。3．2 远程教育应用    ELVIS及LabVIEW已成功地用于远程教育平台的设立。LabVIEW中的远程面板能让教育者在线生成虚拟仪器，并通过因特网提供给世界各地的学生，使其轻松地在远程教学中获取概念，演示试验。图2给出远程教学示意图。

3．3 集成仪器应用    图3给出NI ELVIS的12款最常用仪器组合。该集成仪器具有功能强大的仪器库，能为实验室节省空间和降低成本。此外，ELVIS仪器均由LabVIEW设计，教学时可快速地重新定义器件，以满足各种特殊需要。
                          
                       
                          
                               

3．4 控制设计概念的教学应用    Quanser是学术界控制设计培训系统的领导者，ELVIS特有由Quanser创建的插件板，能够用于控制设计概念的教学。Quanser为ELVIS提供了QNET直流马达、QNET温度训练系统及QNET倒立摆等最新的插件板。有了这些虚拟仪器和课程，教师就能采用ELVIS及Ouanser进行控制设计的基础教学，可以通过真实的试验来教授诸如PID、根轨迹等控制概念。3．5 电信概念的教学应用    Emona Instruments公司的DATEx电信训练仪是一款ELVIS插件模块。在DATEx中，学生可以用跳线连接电路功能模块，从而创建现实的通信系统硬件。DATEx软件包括超过20种用于实现基本电路功能的电路模块，可以与ELVIS I／0连接。学生还可在LabVIEW及ELVIS平台上输出信号和测量结果，从而了解电路系统特征。DATEx套装包含预制教程，让学生通过亲手实践的方式学习模拟、数字通信概念．包括AM，FM，DSb，SSb，PAM，PCM，TDM，ASK，FSK，QPSK，QAM及噪声生成等。3．6 MCU／嵌入式教学应用    教师能够利用ELVIS内的Freescale MCU插件板来进行MCU系统设计及测试教学。插件板包括HCS08系列MCU，HCSl2／HCSl2x／DSP，Coldfire处理器及RF收发器等。套件还包括Freescale Codewarrior软件，用于MCU编程。由于插件板适用于ELVIS，教师可通过12款集成仪器测试诸如工作电压等参数，并测量各个变量，从而体验行业中完整的设计、建模及部署流程。4 ELVIS平台在高校教学中的应用前景    由于ELVIS是一个基于LabVIEW的设备，它能提供完整的数据采集与原型设计功能。因此无论是基础教育课程，还是专业性强的高级课程，都能成为将虚拟仪器融于高校教育中的理想选择，不仅可以帮助学生轻松地自制电路与接口，而且因为使用了可拆卸的原型实验面板，可让学生根据需要设计自己的检测系统、电子电路、信号调理及小型的电子机械设备控制等。    由于ELVIS平台集合了12种不同的集成仪器，所以在降低实验室设备成本的同时，还可帮助学生在上机操作过程中巩固理论知识，不仅能完成绝大多数弱电方面的实验，在强电实验的弱电方面也能起到一定的作用。在ELVIS平台上完成实验，能使学生全面了解整个实验过程，而且可根据学生的兴趣创造性地添加更多新的功能，灵活应用所学的知识。目前，NI公司提供的套件包括测量、电路、MCU概念等。高校教师可根据课程要求，选择最适合的套件，实现对ELVIS的定制。由此可见，ELVIS平台以其强大的功能必将广泛用于高校的教学领域。