可重构虚拟仪器测试技术教学平台

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 用浏览器/虚拟仪器双屏结构实现操作联动

　　利用浏览器/虚拟仪器双屏显示结构，实验时教师、学生可以在平台内嵌的浏览器中阅读实验目录、实验内容等信息，点击网页中的链接，则可以直接调出相关虚拟仪器实验进行操作，使用十分方便。

2.3 复合虚拟仪器文档

　　在测试技术教学实验设计中，一个知识点可能会分解为几个关联的虚拟仪器实验。例如，在讲解信号调制解调知识点时，主要内容有信号的同步调制与解调，信号的偏置调制与解调，以及载波频率的影响等。这些内容若放在一个虚拟仪器界面中往往显示不下，若作为不同的虚拟仪器实验处理，使用时又要来回加载虚拟仪器脚本。

　　为此，我们利用了Windows复合文档可以存储多个文件的技术，将同一知识点中的若干个虚拟仪器脚本组合在一起，形成一个复合虚拟仪器文档。加载虚拟仪器复合文档时，将相关的虚拟仪器实验同时加载，并以页帧方式层叠显示在虚拟仪器窗口中。点击虚拟仪器界面右侧的页帧选择按钮，就可以在组内的虚拟仪器实验中进行快速切换。
图4是信号调制解调知识点的虚拟仪器复合文档的显示情况。实验时可以用页帧在信号同步调制与解调实验、偏置电压的影响实验和载波频率的影响实验中进行快速跳转。

　　　　　　　　　　　　　　　　　图4 信号调制解调知识点虚拟仪器复合文档显示界面

2.4 Signal Basic脚本语言

　　教学用虚拟仪器平台的另一个特点是必须具有更强的开放性，学生除了直接使用波形信号发生器、频谱分析等集成在平台中的虚拟仪器功能模块外，还要能够了解它们在虚拟仪器中是如何实现的；也就是说学生能够根据所学的有效值计算、相关函数计算等数学公式，自己设计出虚拟仪器分析功能。
为实现这一目的，我们利用了Windows平台提供的VBScript脚本语言，将其集成到虚拟仪器平台中，并添加FFT、FIR等常用信号分析函数、声卡、摄像头等硬件操作函数，以及画线、画圆等图形功能函数，形成一个满足测试技术课程教学需要的专用脚本语言，称之为Signal Basic。

　　　　　　　　　　　　　　图5 正弦波信号发生器Signal Basic代码和界面

　　例如，正弦波信号的数学公式为：

　　其中A为正弦波信号幅值、f为频率、为初相位。这个公式对学生来说丝毫不陌生，但通过学生自己动手编程设计成一个正弦波信号发生器后，他们对知识的理解深度就会完全不同。图5是用Signal Basic脚本语言设计的正弦波信号发生器的例子，只需简单的几行代码就可以完成。图中Document.xxx部分函数就是我们在VBScript中扩展的专用函数，Sin函数、For语句等常规语言元素是VBScript的自有功能。

2.5 实验过程AVI抓屏和曲线加粗演示模式

　　在教学中，常常需要借助虚拟仪器实验来对一些较难理解的理论内容进行演示。现场虚拟仪器实验操作和演示一是费时间，二是容易出错。为此，我们利用了Windows DirectX多媒体开发库中提供的视频文件读写技术，在虚拟仪器实验教学平台中集成了AVI抓屏功能，可以将虚拟仪器实验过程直接保存为AVI视频文件。

　　在用虚拟仪器进行演示实验时还有一个问题，就是波形、频谱等曲线的线条较细，投影后教室后排的同学很难看清楚。为此，我们设置了曲线加粗演示模式。在该模式下，将实验中的波形、频谱等曲线用加粗的线条显示。这点很象PPT文件和Word文件投影后的显示区别，虽然这只是一个不起眼的技术改进，但却可以使教学演示效果提高许多。

3 测试技术教学中的应用情况

3.1 信号分析理论的可视化实验教学

　　波形分析、频谱分析、相关分析等信号分析理论是测试技术课程教学中的难点，傅立叶变换公式、卷积分定理等常常让学生很头疼。为提高教学效果，我们借助虚拟仪器实验将这些理论知识进行可视化表达。下面是我们在教学中设计的部分复合文档结构的虚拟仪器实验目录，每个实验中又含若干个小实验：

1）典型信号时域波形分析实验
2）典型信号的频谱分析与应用实验
3）典型信号的相关分析与应用实验
4）典型信号的概率密度分析与应用实验
5）FFT谱分析中的误差和改进方法实验
6）数字滤波器设计与应用实验
………

　　例如，图6是我们设计的虚拟仪器形式的信号合成与分解实验。学生通过直观的感受，可以更深刻的理解傅立叶变换的工程意义，激发他们的学习兴趣。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6 波形合成与分解实验

3.2 基于PC机测试资源的实物教学

　　与实验室中开出的测试实验相比，虚拟仪器实验有一个不足，就是缺乏实物实验。其实，运行虚拟仪器软件的PC机自身就是一个含有丰富测试资源的装置。例如，计算机上的光电鼠标是一个光电传感器、麦克风是一个电容传感器、摄象头是一个CCD传感器，计算机声卡是一个双通道的A/D卡+ D/A卡。

　　在测试技术虚拟仪器实验教学平台设计上我们充分利用了这一有利条件，将声卡、摄象头驱动集成在平台中，形成一个基于PC的测试实验室。学生可以PC机鼠标做光电传感器原理实验，用麦克风做电容传感器原理实验，用摄象头做CCD原理实验，用声卡做A/D、D/A卡工作原理实验。从而解决了课堂上传感器和测试系统部分教学中因缺乏实物而枯燥、乏味的问题。