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labview在大学物理实验中的应用

1.引言

在大学物理学习过程中,尤其在校理工科教学中,实验是教学手段内必不可少的重要一环。由于实验技术及仪器的不断更新与发展,以及随着在校学生的增加,导致许多院校实验室的设备与规模不能满足正常教学。虚拟仪器的出现很好地解决了这些问题。所谓虚拟仪器(virtual instrumention),是以通用计算机为核心,根据用户对仪器的设计定义,用软件实现虚拟控制面板设计和测试功能的一种计算机仪器系统。用户可通过鼠标`键盘或触摸屏来操作虚拟面板,就如同使用一台专用测量仪器一样,实现需要的测量目的。[1] LabVIEW作为虚拟仪器的常用设计软件之一,由于其强大的功能及适应性,被广泛应用于各种行业中,包括汽车、半导体、交通运输、航空航天、电子、高效实验室等。在大学物理学习过程中,LabVIEW也可以得到很好的应用,如对物理实验的仿真、实验数据的处理、实验教学等。当前,在国外院校中LabVIEW的应用较为广泛,在国内一些院校中也开设有LabVIEW的相关课程。

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本论文分为五个部分:(1)LabVIEW简介;(2) 运用LabVIEW完成对实验仪器的实现;(3)运用LabVIEW对实验进行仿真;(4)运用LabVIEW进行数据处理;(5)结束语。 copyright paper51.com

2.LabVIEW简介

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2.1.LabVIEW copyright paper51.com

LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench)的简称,是美国国家仪器公司(NATIONAL INSTRUMERNTS,简称NI)的软件产品,也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境,又称为G语言。[1]LabVIEW,类似于C和BASIC开发环境,但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式。与C和BASIC一样,LabVIEW也是通用的编程系统,有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储,等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具,如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序(子VI)的结果、单步执行等等,便于程序的调试。 copyright paper51.com

2.2.LabVIEW的特点 http://www.paper51.com

LabVIEW的最大特点是采用全图形化编程,在计算机屏幕上利用其内含的功能库和开发工具库产生前面板,用来为测试系统提供输入值并接受其输出值。LabVIEW内部集成了大量的生成图形界面的模板,如各种开关、表头、刻度杆、指示灯等,包含了组成一个仪器所需要的主要部件,而且用户也可方便地设计库中没有的仪器。测量具备其它语言所提供的函数功能上述的生成图形化界面的大量模板外,内部还包括有许多特殊的功能库和开发工具库,以及多种硬件设备驱动功能。[8]

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LabVIEW是以一个工业标准的图形化开发环境,它结合了图形化编程方式的高性能与灵活性,以及专为测试、测量与自动化控制应用设计的高端性能与配置功能,能为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示等各种应用提供必要的开发工具,因此基于LabVIEW通过降低应用系统开发时间与项目筹建成本帮助科学家与工程师们提高工作效率。[2]

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LabVIEW基于G语言的基本特征—用图标和框图产生块状程序,这对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说,编程就像设计电路图一样;因此硬件工程师、现场技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW可以驾轻就熟,在很短的时间内就能学会并应用基LabVIEW。(2)基于以上种种特点,LabVIEW被广泛应用于各种行业中,如半导体、高效实验室、汽车工业等。[2]

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