labview的在线通信原理教辅平台设计
对于目前"通信原理"课程实验教学不充分、实践资源不丰富等问题，为了解决传统实验教学必须依赖于实验箱的缺点，让实验效率得到提高，所以设计基于LabVIEW的在线通信原理实验平台。本文在简要介绍了LabVIEW软件的相关背景和原理之后，采用模块化编程，通过纯软件设计对模拟通信和数字通信中的主要调制解调功能进行了设计仿真，其中包括了模拟通信模块中的两个主要模块AM调制解调模块和FM调制解调模块，数字模块中的三个主要模块ASK调制解调模块，FSK调制解调模块和PSK调制解调模块。文中详细介绍了各模块的设计过程，最后将各模块整合为模拟调制解调和数字调制解调两大模块，并通过web发布到网络，实验人员可通过浏览器访问此实验平台，做相关仿真实验。设计这个实验平台不仅可以使教学互动性得到增强，而且更有助于帮助学生理解理论知识，帮助学生提高实验能力，激发他们的学习兴趣。另外，开发该实验平台也有利于完善当前的远程教学模式。关键词 LabVIEW，通信原理，教学平台，模拟调制解调，数字调制解调
目 录
1 绪论 1
1.1课题的研究背景与意义 1
1.2 国内外研究与发展现状 2
1.3 系统概述 2
1.4 论文的主要内容与章节安排 4
2 LabVIEW简介 5
3 模拟通信实验模块的设计与实现 5
3.1 概述 5
3.2 模拟通信相关原理 6
3.3 模拟调制解调模块的设计 9
3.4 仿真实验结果测试 12
3.5 本章小结 14
4 数字通信实验模块的设计与实现 14
4.1 概述 14
4.2 数字通信相关原理 14
4.3 数字调制解调模块的设计 18
4.4 仿实验结果测试 25
4.5 本章小结 30
5 系统整合与web发布 30
5.1 概述 30
5.2 系统整合 30
5.3 web发布 34
5.4 本章小结 37
总 结 38
致 谢 39
参考文献 40
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
/> 1 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
目前随着虚拟实验平台的快速发展，现在越来越多的高校逐渐开始将传统的实验箱实验转变为通过虚拟实验平台进行相关的实验，尤其是通信原理相关的实验，实验内容多而抽象，以前学生做实验的时候必须在实验箱上按照书上的实验步骤一步一步的设置并调节实验板的各种参数，然后通过示波器、信号测试仪等测量仪器观察最终的实验结果。但这种实验箱存在一些缺点，实验的内容是由实验箱的硬件电路板决定的，每个实验箱所能做的实验内容都是固定而无法改变的，灵活性较差，而且学生只能在实验室完成实验，受环境和课时限制，学生很难将实验现象理解的很透彻。而通过LabVIEW构建的实验平台，不仅可以灵活的设计实验内容，让学生做实验变得更方便，而且可以使得实验结果与理论更加接近，解决以前传统实验箱所存在的一些问题，在实验教学中体现出更加重要的作用。
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台)是美国NI公司推出的一种面向对象的图形化编程语言工具，这款软件能为设计人员提供非常直观的图形化编程语言，它的用途是多样的，可用于开发测试、测量还有控制系统等[1]。这种图形化编程语言，有时也被称之为G语言。G语言编程的特点就是用框图的形式代替了传统的程序代码编程方式，而且它有着易掌握，易编程，易理解的优点[2]。而且，除了被经常使用的强大用户界面设计和数据处理能力外，LabVIEW 还可以通过软件内置的Web Server实现网页发布，使得用户在客户端通过浏览器登录就可以访问发布的VI，并进行操作和控制[3]。基于LabVIEW 的仿真实验系统的实现，不仅可以使研究人员的工作效率得到大大提高，而且学生的实验学习方式也可以得到很大的改进，更方便更省时。我相信在未来，LabVIEW在虚拟实验室的建设上还将发挥出更大的作用。
1.2 国内外研究与发展现状
虚拟实验室的概念是由20世纪80年代末的廉沃尔夫教授最早提出来的，而且他还对计算机网络化的虚拟实验环境进行了大胆的设想和描述[4]。在20世纪90年代末的国际会议上明确了关于“虚拟研究实验室”和“虚拟科学研究中心”的教学模式的构想，并将“虚拟实验室”定义为:在科研活动或者其它具有创造性的活动中，各个小组或团队成员在相聚遥远的情况下，基于通信技术，利用分散的信息，实现相互合作和完成实验[5]。国外将虚拟仪器技术已经纳入信息技术领域重点发展的高新技术之一，我国也开始将“在高校系统设大型贵重仪器设备的网络化共享系统”列为重点科研发展计划。近几年来越来越多大学开始关注通信相关的虚拟实验。新加波的国立大学近年来非常关注通信类虚拟实验室的发展，并且建立了示波器实验室，将LabVIEW作为Internet工具之一，充当仪器设备控制器级图形化用户操作平台，进行信号处理、数据分析、存储和显示工作[6]。云南大学近年来也创办了无线创新实验室，学生们可以登录此无线创新实验平台网站，下载LabVIEW运行引擎，注册然后进入在线实验界面，选择“虚拟通信原理实验平台”便可进行相应的仿真实验。总体来看，虚拟实验系统平台的研究和建设工作陆续在国内外开始发展。国外很多的知名大学已经建立了覆盖很多学科的虚拟实验平台。对于国内而言，目前，清华，北大，中国科学技术大学，上海交通大学等知名高校的实验室也建立了通信相关的虚拟实验平台，而且开设了一些相关的虚拟实验教学课程。
1.3 系统概述
LabVIEW程序用的不是C语言编程，取而代之的是框图化语言，用户通过前面板的输入控件设置参数，通过前面板的显示控件查看最终的实验输出结果，通过后面板的程序框图可以实现对程序的调试，并且可以通过分步运行观察到前面板显示实验结果的具体实现过程。所以本系统最终将实现学生在后面板上设计程序，在前面板上观察结果，并做仿真实验。用户登录平台的用户主界面后，可以选择要做的实验类别，进入系统做仿真实验，实验完成后进行数据保存，最后退出登录。通信原理实验流程图如图1所示。
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图1通信原理实验流程图
对于该系统的设计我采用了模块化的方式，每个部分将分别作为一个子模块单独进行设计，在节省系统运行所需内存的同时，使得调用方便，而且系统的运行效率也得到提高。系统组成主要包括模拟调制解调和数字调制解调两大模块，模拟调制解调模块主要包括:幅度调制解调模块、频率调制解调模块，数字调制解调模块主要包括:幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）调制解调模块、频移键控FSK（Frequence Shift Keying）调制解调模块，和相移键控PSK（Phase Shift Keying）调制解调模块。用户点击教学平台主界面的对应按键就可以进入相应的实验模块，实现参数设置并且进行仿真实验。系统功能框图如图2所示。
目 录
1 绪论 1
1.1课题的研究背景与意义 1
1.2 国内外研究与发展现状 2
1.3 系统概述 2
1.4 论文的主要内容与章节安排 4
2 LabVIEW简介 5
3 模拟通信实验模块的设计与实现 5
3.1 概述 5
3.2 模拟通信相关原理 6
3.3 模拟调制解调模块的设计 9
3.4 仿真实验结果测试 12
3.5 本章小结 14
4 数字通信实验模块的设计与实现 14
4.1 概述 14
4.2 数字通信相关原理 14
4.3 数字调制解调模块的设计 18
4.4 仿实验结果测试 25
4.5 本章小结 30
5 系统整合与web发布 30
5.1 概述 30
5.2 系统整合 30
5.3 web发布 34
5.4 本章小结 37
总 结 38
致 谢 39
参考文献 40
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
/> 1 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
目前随着虚拟实验平台的快速发展，现在越来越多的高校逐渐开始将传统的实验箱实验转变为通过虚拟实验平台进行相关的实验，尤其是通信原理相关的实验，实验内容多而抽象，以前学生做实验的时候必须在实验箱上按照书上的实验步骤一步一步的设置并调节实验板的各种参数，然后通过示波器、信号测试仪等测量仪器观察最终的实验结果。但这种实验箱存在一些缺点，实验的内容是由实验箱的硬件电路板决定的，每个实验箱所能做的实验内容都是固定而无法改变的，灵活性较差，而且学生只能在实验室完成实验，受环境和课时限制，学生很难将实验现象理解的很透彻。而通过LabVIEW构建的实验平台，不仅可以灵活的设计实验内容，让学生做实验变得更方便，而且可以使得实验结果与理论更加接近，解决以前传统实验箱所存在的一些问题，在实验教学中体现出更加重要的作用。
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台)是美国NI公司推出的一种面向对象的图形化编程语言工具，这款软件能为设计人员提供非常直观的图形化编程语言，它的用途是多样的，可用于开发测试、测量还有控制系统等[1]。这种图形化编程语言，有时也被称之为G语言。G语言编程的特点就是用框图的形式代替了传统的程序代码编程方式，而且它有着易掌握，易编程，易理解的优点[2]。而且，除了被经常使用的强大用户界面设计和数据处理能力外，LabVIEW 还可以通过软件内置的Web Server实现网页发布，使得用户在客户端通过浏览器登录就可以访问发布的VI，并进行操作和控制[3]。基于LabVIEW 的仿真实验系统的实现，不仅可以使研究人员的工作效率得到大大提高，而且学生的实验学习方式也可以得到很大的改进，更方便更省时。我相信在未来，LabVIEW在虚拟实验室的建设上还将发挥出更大的作用。
1.2 国内外研究与发展现状
虚拟实验室的概念是由20世纪80年代末的廉沃尔夫教授最早提出来的，而且他还对计算机网络化的虚拟实验环境进行了大胆的设想和描述[4]。在20世纪90年代末的国际会议上明确了关于“虚拟研究实验室”和“虚拟科学研究中心”的教学模式的构想，并将“虚拟实验室”定义为:在科研活动或者其它具有创造性的活动中，各个小组或团队成员在相聚遥远的情况下，基于通信技术，利用分散的信息，实现相互合作和完成实验[5]。国外将虚拟仪器技术已经纳入信息技术领域重点发展的高新技术之一，我国也开始将“在高校系统设大型贵重仪器设备的网络化共享系统”列为重点科研发展计划。近几年来越来越多大学开始关注通信相关的虚拟实验。新加波的国立大学近年来非常关注通信类虚拟实验室的发展，并且建立了示波器实验室，将LabVIEW作为Internet工具之一，充当仪器设备控制器级图形化用户操作平台，进行信号处理、数据分析、存储和显示工作[6]。云南大学近年来也创办了无线创新实验室，学生们可以登录此无线创新实验平台网站，下载LabVIEW运行引擎，注册然后进入在线实验界面，选择“虚拟通信原理实验平台”便可进行相应的仿真实验。总体来看，虚拟实验系统平台的研究和建设工作陆续在国内外开始发展。国外很多的知名大学已经建立了覆盖很多学科的虚拟实验平台。对于国内而言，目前，清华，北大，中国科学技术大学，上海交通大学等知名高校的实验室也建立了通信相关的虚拟实验平台，而且开设了一些相关的虚拟实验教学课程。
1.3 系统概述
LabVIEW程序用的不是C语言编程，取而代之的是框图化语言，用户通过前面板的输入控件设置参数，通过前面板的显示控件查看最终的实验输出结果，通过后面板的程序框图可以实现对程序的调试，并且可以通过分步运行观察到前面板显示实验结果的具体实现过程。所以本系统最终将实现学生在后面板上设计程序，在前面板上观察结果，并做仿真实验。用户登录平台的用户主界面后，可以选择要做的实验类别，进入系统做仿真实验，实验完成后进行数据保存，最后退出登录。通信原理实验流程图如图1所示。
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图1通信原理实验流程图
对于该系统的设计我采用了模块化的方式，每个部分将分别作为一个子模块单独进行设计，在节省系统运行所需内存的同时，使得调用方便，而且系统的运行效率也得到提高。系统组成主要包括模拟调制解调和数字调制解调两大模块，模拟调制解调模块主要包括:幅度调制解调模块、频率调制解调模块，数字调制解调模块主要包括:幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）调制解调模块、频移键控FSK（Frequence Shift Keying）调制解调模块，和相移键控PSK（Phase Shift Keying）调制解调模块。用户点击教学平台主界面的对应按键就可以进入相应的实验模块，实现参数设置并且进行仿真实验。系统功能框图如图2所示。
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