摘 要

传统的实验室模式单一，设备的更新依旧难以跟上技术发展的需求，无法灵活有效地完成教学、研发和测试任务。而虚拟电子实验室系统的出现，可以弥补传统实验教学的不足，既能缓解实验设备更新过慢的问题，又能增强实验教学的灵活性。因此，对虚拟实验室的研究要不遗余力。

本文从基本理论、系统应用两个方面研究了虚拟电子实验室的构建，具体讨论了如何实现虚拟实验室的架构以及综合运用哪些关键技术来实现。主要研究内容如下：

1．介绍了虚拟实验室的研究背景、研究目的及意义，探讨国内外关于虚拟电子实验室的研究现状以及未来发展情况，同时，给出本文要完成的工作。

2．虚拟电子实验室的建立：利用LabVIEW和Multisim搭建了虚拟实验室平台。 LabVIEW具备强大的图形编码能力，丰富的外部接口以及网络发布功能，Multisim则仿真功能强大能够实现模拟电路和数字电路的仿真。

3．实验系统的远程控制：综合比较选用B/S结构架构，结合LabVIEW和Multisim两大软件的优势共同开发，利用WEB发布功能实现实验室的远程控制管理。

总的来说，系统开发的虚拟电子实验室在实践教学方面有一定的应用价值，能够实现网上交互和自主学习的简单应用，但是距离完美取代传统实验还有所差距，需要进一步优化完善。

关键字：虚拟；电子实验室系统；实验教学

Abstract

  The traditional laboratory model is single, the equipment update is still difficult to keep up with the needs of technological development, can not be flexible and effective completion of teaching, research and development and testing tasks. The emergence of virtual laboratory system can make up for the deficiency of traditional experimental teaching, which can alleviate the problem of slow updating of experimental equipment and enhance the flexibility of experimental teaching. Therefore, the study of virtual laboratories to spare no effort.

This paper studies the construction of virtual lab from two aspects: basic theory and system application, and discusses how to realize the architecture of virtual laboratory and the key technology to realize it. The main research contents are as follows:

1. This paper introduces the research background, research purpose and significance of virtual laboratory, discusses the research status and future development of virtual laboratory both at home and abroad, and gives the work to be done in this paper.
2. Virtual laboratory building: the use of LabVIEW and Multisim built a virtual laboratory platform. LabVIEW has powerful graphics coding capabilities, rich external interface and network publishing capabilities, Multisim is a powerful simulation software to achieve analog and digital circuit simulation.
3. Laboratory remote control: comprehensive comparison of the use of B / S structure, combined with LabVIEW and Multisim two software advantages of common development, the use of WEB publishing function to achieve laboratory remote control management.

In general, the virtual laboratory developed by the system has certain application value in practical teaching, and can realize the simple application of online interaction and autonomous learning. However, there is still a gap between the traditional experiment and the need of further optimization and improvement.

Key Words：Virtual; electronic laboratory system; experimental teaching

目 录

第一章 绪 论 1

1.1 虚拟电子实验室研究背景 1

1.2 虚拟电子实验室系统研究意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.3.1 国外研究现状 1

1.3.2 国内研究现状 2

1.3.3 虚拟实验发展趋势 3

第二章 系统开发环境介绍 4

2.1 LabVIEW介绍 4

2.2 Multisim介绍 4

第三章 本课题研究目的以及主要研究内容 5

3.1 研究目的 5

3.2 主要研究内容 5

第四章 系统分析与设计 6

4.1 系统设计目标 6

4.2 系统设计方案 6

4.2.1 软件体系架构 6

4.2.2 详细设计方案 7

4.3 功能模块设计 7

4.3.1 LabVIEW和Multisim的协同仿真 7

4.3.2 LabVIEW与数据库之间的数据连接 12

4.4 WEB发布 13

4.5 实验编程 16

4.5.1 编码器、译码器的编程 16

4.5.2 D触发器的编程 17

4.5.2 RCL电路的编程 17

第五章 虚拟电子实验室的运行测试 19

5.1 3位编码器 19

5.2 3位译码器 20

5.3 D触发器 21

5.1.1 结构 21

5.1.2 工作原理 21

5.4 RS触发器 23

5.5 JK触发器 24

5.6 半波整流电路 25

5.7 RCL电路电压响应 25

第六章 总结与展望 27

参考文献 28

致 谢 29

第一章 绪 论

1.1 虚拟电子实验室研究背景

当前，随着科学的发展，新的实验设备出现速度越来越快，一般的传统实验室很难迅速地更新设备，跟不上教育发展的需求。学生需要更充分的实验时间、更好的实验环境、齐备和性能优良的实验设备、仪器来帮助他们更快的在实践中掌握所学知识，教师则希望有更全面的教学方式以及与学生有更加方便灵活的交互来让学生能够更加容易地通过自身教学有所收获。虚拟实验室的出现则可以改善传统实验室存在的一些问题，让高校实验教学脱离物质条件的限制，改进高校实验教学模式，让教师和学生双方都能享受到更好的教学体验。

面对目前传统高校实验教学存在许多需要改进的地方，而国内外虚拟实验技术发展迅速并对高校实践教学有较大的丰富和改进，虚拟实验室系统的开发肯定将对高校教学的发展有较大推动作用。

1.2 虚拟电子实验室系统研究意义

虚拟实验室电子系统是一种具有开放式网络化特征的教学系统，可以视作是现在各种传统实验室的虚拟化、数字化教学平台。相比于普通的实验室，虚拟实验室在提供实验仪器以及构建实验方式等方面会毫不逊色，解决了实验设备滞后、实验模式死板的问题，突破了实物实验模式的局限。教师可以根据自己的教学经验以及课程需要在虚拟器材库中灵活选用器件组建实验进行教学，选择实验系统及测试仪器的灵活性大，并且不用担心器材损耗或者由于实验方法不当造成的器件损坏，节约了维修更换设备的费用，变相延长了现有实验设备使用寿命。同时，联网的方式可以实现与其他设备的互联，打破固定的教学时间安排以及地点限制，师生都可以在需要的时候打开网络进入虚拟实验室，进行各种类型的虚拟实验，完成实验报告的提交与审核，让师生联动更加灵活。