《虚拟仪器技术》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070001332 课程中文名称 虚拟仪器技术 课程英文名称 Virtual Instrument Technology 课程类别 七业上与老业方向课 适用专业 测控技术与仪器 开课学期 第六学期 总学时 32学时，其中课内讲授28学时、实验4学时 总学分 开课模式 以修 先修课程 信号与系统，数字信号处理，传感器原理 本课程是测控技术与仪器专业的专业方向课，从虚拟仪器基本概念入手，结合编 程语言LabVIEW,从数据采集和信号分析两个方向对虚拟仪器的设计和实现进 课程简介 行阐述。主要内容包括：虚拟仪器及LabVIEW基础，VI编辑与调试技术，程序 结构，数组、簇和波形，图形显示，字符串和文件0，数据采集，信号分析 建议教材 何玉钩等LabVIEW虚拟仪器设计教程.北京：人民邮电出版社，2012 参考资料 二、课程教学目标 L.知道虚拟仪器的概念、特点、构成与设计步骤。 2.知道LabVIEWi程序的基本构成，能够利用LabVIEW3环境进行程序开发， 3.知道顺序、循环、分支和事件结构的概念，能够利用LabVIEW的程序结构进行软件设计」 4.知道变量、数组和簇的概念，能够利用LabVIEW的数据类型进行软件设计。 5.知道波形数据的概念，能够利用LabVIEW中的波形控件实现对数据的显示。 6.能够利用LabVIEW中的文件操作实现对数据的存储和读取。 7.知道数据采集的相关知识，能够利用数据采集卡实现模拟信号的输入和输出 8.能够在LabVIEW中实现对数据的时域分析、频域分析、数字滤波以及曲线拟合。 9.能够在LabVIEW中实现TCP通信和串行通信。 10.能够利用LabVIEW:进行虚拟仪器的开发，并能够利用所设计的虚拟仪器解决工程问题。 1L.能够通过数据采集卡，实验板和LabVIEW编程建立简单的测试系统，从而完成虚拟仪器的原理研 究与设计思路的验证
《虚拟仪器技术》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070001332 课程中文名称 虚拟仪器技术 课程英文名称 Virtual Instrument Technology 课程类别 专业与专业方向课 适用专业 测控技术与仪器 开课学期 第六学期 总 学 时 32学时，其中课内讲授28学时、实验4学时 总 学 分 2 开课模式 必修 先修课程 信号与系统，数字信号处理，传感器原理 课程简介 本课程是测控技术与仪器专业的专业方向课，从虚拟仪器基本概念入手，结合编 程语言 LabVIEW，从数据采集和信号分析两个方向对虚拟仪器的设计和实现进 行阐述。主要内容包括：虚拟仪器及 LabVIEW 基础，VI 编辑与调试技术，程序 结构，数组、簇和波形，图形显示，字符串和文件 I/O，数据采集，信号分析。 建议教材 何玉钧等. LabVIEW虚拟仪器设计教程. 北京: 人民邮电出版社, 2012 参考资料 [1] 侯国屏等. LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计. 北京: 清华大学出版社, 2005 [2] 余成波等. 虚拟仪器技术与设计. 重庆: 重庆大学出版, 2006 二、课程教学目标 1. 知道虚拟仪器的概念、特点、构成与设计步骤。 2. 知道LabVIEW程序的基本构成，能够利用LabVIEW环境进行程序开发。 3. 知道顺序、循环、分支和事件结构的概念，能够利用LabVIEW的程序结构进行软件设计。 4. 知道变量、数组和簇的概念，能够利用LabVIEW的数据类型进行软件设计。 5. 知道波形数据的概念，能够利用LabVIEW中的波形控件实现对数据的显示。 6. 能够利用LabVIEW中的文件操作实现对数据的存储和读取。 7. 知道数据采集的相关知识，能够利用数据采集卡实现模拟信号的输入和输出。 8. 能够在LabVIEW中实现对数据的时域分析、频域分析、数字滤波以及曲线拟合。 9. 能够在LabVIEW中实现TCP通信和串行通信。 10.能够利用LabVIEW进行虚拟仪器的开发，并能够利用所设计的虚拟仪器解决工程问题。 11. 能够通过数据采集卡，实验板和LabVIEW编程建立简单的测试系统，从而完成虚拟仪器的原理研 究与设计思路的验证
三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程教学目标 内容 1.工程知识：能够将数学、 13握控技术与仪器去业技术知识。能 自然科学、工程基础和专业 够综合运用专业知识和技术，解决测控领域 教学目标 识用干解决复杂工积间题。 的复杂工程问题。 1、10 3.设计开发解决方案：能够 设计针对测控领域复杂工程 3.2能够综合运用专业理论和技术手段设计 问题的解决方案，设计满足特 定需求的测控系统，并能够在 针对测控领域复杂工程问题的解决方案，进 教学目标 行工程技术可行性分析，并在设计中体现创 设计环节中体现创新意识，考 1、10 新意识。 虑社会、健康、安全、法律 文化及环境等因素 4.研究：能够基于专业理论 知识，采用科学方法对测控领 4.1能够运用测控技术与仪器专业理论，采 城的复杂工程间题讲行研究 用科学方法对测控领域复杂工程问题进行 教学日标 能够根据问题设计实验，并对 11 验结果进行综合分析，通过 模拟仿真和实验方案设计。 信息综合得到有效结论。 5.使用现代工具：堂握文献 检索、资料查询及运用现代信 5.2能够正确选择和使用恰当的技术、资源 息技术获取相关信息的基术 和工具，理解各自的特点及局限性，以及仿0.2 教学目标 2-9 方法，能够针对测控领域复杂 真模拟结果与工程实践的差异。 工得问微。开发、洗与使用 恰当的技术、资源、现代工程 53能够使用恰当的技术，洗择合话的现代 工具和信息技术工具，包括对 工程工具软件 针对测控领域复杂工程问 教学目标 测控领域复杂工程问题的计 完成测量和控制系统的设计、仿真和模 0.2 算、仿真和模拟，并能够理解 10 拟分析。 解决方法的局限性。 四、理论教学内容与要求 知识 知识点 教学要求 计划 支撩载 模块 学时 学目标 1虚拟 ①知道虚拟仪器的概念、特点、构成与设计步 仪器 ()虚拟仪器技术概述 ②知道虚拟仪器的硬件平台组成。 教学目 基础 ①知道G语言的概念： 标1、2 (2学 (2)LabVIEW概述 ②知道LabVIEWi程序的基本构成： 时) ③能够利用LabVIEW环境进行程序开发。 知道空白VI的创建过程： 2V(a)VI的创建与编辑 0.5 教学目
三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程教学目标 内容 H/L 1. 工程知识：能够将数学、 自然科学、工程基础和专业知 识用于解决复杂工程问题。 1.3 掌握测控技术与仪器专业技术知识，能 够综合运用专业知识和技术，解决测控领域 的复杂工程问题。 L 教学目标 1、10 3. 设计/开发解决方案：能够 设计针对测控领域复杂工程 问题的解决方案，设计满足特 定需求的测控系统，并能够在 设计环节中体现创新意识，考 虑社会、健康、安全、法律、 文化及环境等因素。 3.2 能够综合运用专业理论和技术手段设计 针对测控领域复杂工程问题的解决方案，进 行工程技术可行性分析，并在设计中体现创 新意识。 L 教学目标 1、10 4. 研究：能够基于专业理论 知识，采用科学方法对测控领 域的复杂工程问题进行研究， 能够根据问题设计实验，并对 实验结果进行综合分析，通过 信息综合得到有效结论。 4.1 能够运用测控技术与仪器专业理论，采 用科学方法对测控领域复杂工程问题进行 模拟仿真和实验方案设计。 L 教学目标 11 5. 使用现代工具：掌握文献 检索、资料查询及运用现代信 息技术获取相关信息的基本 方法，能够针对测控领域复杂 工程问题，开发、选择与使用 恰当的技术、资源、现代工程 工具和信息技术工具，包括对 测控领域复杂工程问题的计 算、仿真和模拟，并能够理解 解决方法的局限性。 5.2 能够正确选择和使用恰当的技术、资源 和工具，理解各自的特点及局限性，以及仿 真模拟结果与工程实践的差异。 0.2 教学目标 2-9 5.3 能够使用恰当的技术，选择合适的现代 工程工具软件，针对测控领域复杂工程问 题，完成测量和控制系统的设计、仿真和模 拟分析。 0.2 教学目标 10 四、理论教学内容与要求 知识 模块 知识点 教学要求 计划 学时 支撑教 学目标 1虚拟 仪器 基础 （2学 时） (1) 虚拟仪器技术概述 ①知道虚拟仪器的概念、特点、构成与设计步 骤； ②知道虚拟仪器的硬件平台组成。 1 教学目 标1、2 (2) LabVIEW概述 ①知道G语言的概念； ②知道LabVIEW程序的基本构成； ③能够利用LabVIEW环境进行程序开发。 1 2 V (1)VI的创建与编辑 ①知道空白 VI 的创建过程； ②能够正确使用编辑工具。 0.5 教学目
I编 (2)VI的运行与调试 ①能够正确使用调试工具！ 0.5 标2 辑和 ①能够创建和调用子V1。 调试 (3)子V1的创建与调用 0.5 技术 (4)可执行文件的生成 ①知道可执行文件的生成过程。 0.5 学时) ①知道数据流编程的思粗 (1)顺序结构 ②知道顺序结构的组成 ③知道顺序结构中的数据传递： 1 ④)能够利用顺序结构进行软件设计。 ①知道For循环和While循环结构的组成； 3程(2)循环结构 ②知道For活环和Whe插环的异同. 序结 ③能够正确使用移位寄存器 反馈节点 2 教学目 ④)能够利用循环结构进行软件设计。 构(5 ①知道分支结构的组成： 标3 学时) (3)分支结构 ②知道分支结构中的数据传递： ③能够利用分支结构进行软件设计 ①知道事件驱动的概念 (4)事件结构 ②知道事件结构的组成 ③知道事件结构的配置与操作： ④能够利用事件结构进行软件设计。 4变()变量 ①能够正确使用局部变量和全局变量。 量、数 (2)数组 ①知道数组的特点、创建过程及操作函数： 组和 ②能够利用数组与循环结构进行软件设计 教学目 (3 ①知道簇的特点、创建过程及操作函数： 3)族 ②能够利用族进行软件设计。 学时) 5图 ①知道波形数据的组成及操作函数： 形控 ②知道波形Ganh控件接收的数据类型 件和 (I)波形Graph ③能够利用波形Graph控件实现数据的图形显 图形 ④能够正确设置波形Graph控件的属性。 教学目 数据 ①知道波形Chart控件接收的数据类型： 标5 显示 ②能够利用波形Cha控件实现数据的图形品 (2学 (2)波形Chart 时) ③能够正确设置波形Chart控件的属性 ①知道ASCI巴的今. 6字符 (1)字符串及其操作函数 ②能够正确使用字符串控件 串和 ③能够利用字符串函数进行软件设计。 教学目 文件 V0(2 标6 (2)文件I/0 现对数据的存储和读 学时) 取
I 编 辑和 调试 技术 （2 学时） (2)VI的运行与调试 ①能够正确使用调试工具。 0.5 标2 (3)子VI的创建与调用 ①能够创建和调用子VI。 0.5 (4)可执行文件的生成 ①知道可执行文件的生成过程。 0.5 3 程 序结 构（5 学时） (1)顺序结构 ①知道数据流编程的思想； ②知道顺序结构的组成； ③知道顺序结构中的数据传递； ④能够利用顺序结构进行软件设计。 1 教学目 标3 (2)循环结构 ①知道For循环和While循环结构的组成； ②知道For循环和While循环的异同； ③能够正确使用移位寄存器与反馈节点； ④能够利用循环结构进行软件设计。 2 (3)分支结构 ①知道分支结构的组成； ②知道分支结构中的数据传递； ③能够利用分支结构进行软件设计。 1 (4)事件结构 ①知道事件驱动的概念； ②知道事件结构的组成； ③知道事件结构的配置与操作； ④能够利用事件结构进行软件设计。 1 4 变 量、数 组和 簇（3 学时） (1)变量 ①能够正确使用局部变量和全局变量。 1 教学目 标4 (2)数组 ①知道数组的特点、创建过程及操作函数； ②能够利用数组与循环结构进行软件设计。 1 (3)簇 ①知道簇的特点、创建过程及操作函数； ②能够利用簇进行软件设计。 1 5 图 形控 件和 图形 数据 显示 （2 学 时） (1)波形Graph ①知道波形数据的组成及操作函数； ②知道波形Graph控件接收的数据类型； ③能够利用波形Graph控件实现数据的图形显 示； ④能够正确设置波形Graph控件的属性。 1 教学目 标5 (2)波形Chart ①知道波形Chart控件接收的数据类型； ②能够利用波形Chart控件实现数据的图形显 示； ③能够正确设置波形Chart控件的属性。 1 6 字符 串和 文件 I/O（2 学时） (1)字符串及其操作函数 ①知道ASCII码的概念； ②能够正确使用字符串控件； ③能够利用字符串函数进行软件设计。 1 教学目 标6 (2)文件 I/O ①知道文件的读写过程； ②能够利用文本文件实现对数据的存储和读 取。 1
1)数据采生的基础知①知道数据采集的相关知识： 7 数 ②知道数据采集卡的安装与配置过程 据采 (2)模拟输入 ①能够利用数据采集卡实现模拟信号的输入。 2 集与 (3)模拟输出 ①能够利用数据采集卡实现模拟信号的输出。 教学目 标7、10 存储 ①能铭利用数据采集卡对数据采系统讲行软 (6学 (4)基于采集卡的数据采集 系统设计实例 硬件设计 2 时) ②能够对采集的数据进行存储和回放 (1)信号发生 ①能够正确使用虚拟信号发生器。 8信 2)频域分析与时域分 ①能够在LabVIEW中村数据进行频域分折 号分 ②能够在LabVIEW中对数据进行时域分析 析与 ①能够在LabVIEW中进行数字滤波的程序设 教学目 处理 3) 数字滤波与曲线拟 标8、10 (4学 ②能够在LabVIEW中进行曲线拟合的程序设 计。 时) (4)虚拟频率计设计实 ①知道频率测量的方法 ②能够利用LabVIEw进行虚拟频率计的设计。 9网)TCP通信 ①知道TCP通信的程序设计。 络与 通信 知道串行通信的原理 教学目 编程 (2)基于串口的数据采 集系统设计实例 ②知道串行通信函数节点的配置： 标9、10 (2￥ ③能够利用串口通信进行虚拟仪器设计。 五、实验教学内容与要求 实验设备及材 实验 计划 支撑 实验项目 必做 实验原理 教学要求 类型 学时 教学 目标 选做 自然对数中底 能够利用循环结构和 数e的近似值 安装有 教学 1.程序结 分支结构进行程序设 验 计算：镍铬一德 铝热电偶虚邦 计：能够正确使用移位 LabVIEW的 目标 必做 寄存器。 计算机 3、11 非线性校正仪 数组元系的分 能够正确使用数组，并 安转有 离：基于目泡 验证 牧学 2.数组 利用数组操作函数进 LabVIEW的 序法的数组 目标 必做 行程序设计。 计算机： 4、11
7 数 据采 集与 存储 （6 学 时） (1) 数据采集的基础知 识 ①知道数据采集的相关知识； ②知道数据采集卡的安装与配置过程。 1 教学目 标7、10 (2)模拟输入 ①能够利用数据采集卡实现模拟信号的输入。 2 (3)模拟输出 ①能够利用数据采集卡实现模拟信号的输出。 1 (4)基于采集卡的数据采集 系统设计实例 ①能够利用数据采集卡对数据采集系统进行软 硬件设计； ②能够对采集的数据进行存储和回放。 2 8 信 号分 析与 处理 （4 学 时） (1) 信号发生 ①能够正确使用虚拟信号发生器。 1 教学目 标8、10 (2) 频域分析与时域分 析 ①能够在LabVIEW中对数据进行频域分析； ②能够在LabVIEW中对数据进行时域分析。 1 (3) 数字滤波与曲线拟 合 ①能够在LabVIEW中进行数字滤波的程序设 计； ②能够在LabVIEW中进行曲线拟合的程序设 计。 1 (4) 虚拟频率计设计实 例 ①知道频率测量的方法； ②能够利用 LabVIEW 进行虚拟频率计的设计。 1 9 网 络 与 通 信 编 程 （2 学 时） (1) TCP通信 ①知道 TCP 通信的程序设计。 1 教学目 标9、10 (2) 基于串口的数据采 集系统设计实例 ①知道串行通信的原理； ②知道串行通信函数节点的配置； ③能够利用串口通信进行虚拟仪器设计。 1 五、实验教学内容与要求 实验项目 实验原理 教学要求 实验设备及材 料 实验 类型 计划 学时 支撑 教学 目标 必做/ 选做 1.程序结 构 自然对数中底 数 e 的近似值 计算；镍铬-镍 铝热电偶虚拟 非线性校正仪 能够利用循环结构和 分支结构进行程序设 计；能够正确使用移位 寄存器。 安装有 LabVIEW的 计算机 验证 型 1 教学 目标 3、11 必做 2.数组 数组元素的分 离；基于冒泡排 序法的数组排 序 能够正确使用数组，并 利用数组操作函数进 行程序设计。 安装有 LabVIEW的 计算机； 验证 型 1 教学 目标 4、11 必做
安装有 LabVIEW的 3.数据采 知道信号的采集过程 计算机： 教学 采集：采集数据 能够正确设置采样参 N-6024E数 验证 1 集实验 目标 必做 的读取和显示 数。 据采集卡：泛 型 7、11 华BNC163型 多功能接口盒 4.虚拟仪 典型信号频谱 能够正确使用频谱分 器的信 分析：周期信号 安装有 教学 析函数：加深理解波 分析与处被形的合成：信 器在信号调制解调中 LabVIEW的 设计 1 目标 必做 计算机 理实验 号调制与解调。的作用。 8、11 能铭正确使用接的慢 教学 5.簇与图 Chart和Graph 作函数 能够利用 安装有 LabVIEW的 验证 目标 的比较：Graph Graph和Chart控 修 1 选做 形显示 波形显示 实现对数据的图形显 计算机 4、5 示 11 知道字符串的相关知 字符串 左转右 和 文件 文件的存储：文识：能够利用文件读气 验证 件的读取 函数对数据进行存储 LabVIEW的 目标 选做 1/ 计算机 和读取。 6、11 六、考核要求及考核方式 1.考核要求 (1)课程考核应能够切实考核是否达成各项课程目标 (2)考核内容至少覆盖本课程知识点的60%： 2.考核方式 考核环节 权重(% 备注 期末考试 40 上机考试，随机抽取题签，现场编程 平时考核 0 大作业、出勒、课堂小测验 实验操作 20 实验态度、操作技能和报告成绩 执笔者：李元龙 审核人：徐涛 修订日期： 2016年6月22日
3.数据采 集实验 中级 VI 的连续 采集；采集数据 的读取和显示 知道信号的采集过程； 能够正确设置采样参 数。 安装有 LabVIEW的 计算机； NI-6024E 数 据采集卡；泛 华BNC163 型 多功能接口盒 验证 型 1 教学 目标 7、11 必做 4.虚拟仪 器的信号 分析与处 理实验 典型信号频谱 分析；周期信号 波形的合成；信 号调制与解调。 能够正确使用频谱分 析函数；加深理解滤波 器在信号调制解调中 的作用。 安装有 LabVIEW的 计算机 设计 型 1 教学 目标 8、11 必做 5.簇与图 形显示 Chart 和 Graph 的比较；Graph 波形显示 能够正确使用簇的操 作 函 数 ； 能 够 利 用 Graph 和 Chart 控件 实现对数据的图形显 示。 安装有 LabVIEW的 计算机 验证 型 1 教学 目标 4、5、 11 选做 6.字符串 和 文 件 I/O 文件的存储；文 件的读取 知道字符串的相关知 识；能够利用文件读写 函数对数据进行存储 和读取。 安装有 LabVIEW的 计算机 验证 型 1 教学 目标 6、11 选做 六、考核要求及考核方式 1. 考核要求 （1）课程考核应能够切实考核是否达成各项课程目标； （2）考核内容至少覆盖本课程知识点的60%； 2. 考核方式 考核环节 权重（%） 备注 期末考试 40 上机考试，随机抽取题签，现场编程 平时考核 40 大作业、出勤、课堂小测验 实验操作 20 实验态度、操作技能和报告成绩 执笔者： 李元龙 审核人： 徐涛 修订日期： 2016年 6月 22日