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摘要：本文利用虚拟仪器平台对实际数字电路进行测试、分析、图形化编程，介绍了这种混合式实验课程教学的具体实施方法。这种虚、实混合教学方式可以带给学生全新的学习体验，同时激发学生对新技术的学习兴趣。
关键词：虚拟仪器；数电实验；混合实验教学模式
本文引用格式：朱利香，等.数电实验课程虚、实混合教学模式研究[J].教育现代化,2020,7(55):39-41.
一 引言
目前传统的数电实验课程教学多采用实验箱、实验仪器等进行实验教学，实验内容大多使用74系列的元器件。也有一部分实验室使用可编程器件进行数电实验，这种实验方法，学生在实验过程中没有见到实际器件，对基本理论的理解存在一定的偏差。
以555定时器构建救护车音响电路为例，NI ELVIS实验平台为载体，将新方法、新测试技术与传统教学有机融合，构建新型的数电实验课堂。提出基于NI ELVIS混合式数电实验教学的具体实施方案。研究建立传统元件搭接与基于新技术有机联系，取长补短，顺应实验教学的改革要求，将传统数电实验与基于NI-ELVIS平台的LabVIEW图形化编程环境、数据采集设备DAQ等新技术结合，促进学生的个性化学习和新技术学习，为学生后续课程学习打好基础。
二救护车音响实验电路的搭建
虚拟仪器技术的核心思想是利计算机对现实世界中的各种物理量进行测量，其中最基本的一步工作，就是将被测物理量通过数据采集环节采到计算机里。要实现数据采集，必须利用硬件设备数据采集卡，且计算机还要能操控数据采集卡实现数据采集。为此，我们利用NI公司的NI-ELVIS做数据采集设备，以LabVIEW作为软件开发环境，实现数据的采集、分析及处理。仅需一个硬件的条件下利用LabVIEW就能够完成电子电路的设计、仿真、测试等过程。
首先利用NI-ELVIS原型板上面包板，使用两片555定时器搭接救护车音响警示电路，实际实验电路如图1所示，在搭建实际电路的过程中，学生对555构建多谐振荡器电路有了进一步的了解，学生接触到实际电路，理论联系实际，形象直观地了解到实验电路，对电路原理的理解很有好处。
三虚拟示波器测试数字电路波形
在计算机屏幕上点击NI ELVISmx仪器启动图标，或点击快捷方式。NI ELVIS II仪器将在屏幕上显示。平台集成了示波器、数字万用表、函数信号发生器、直流电源、动态信号分析器、波特仪等12种常用仪器。NI ELVIS自带的12种仪器均提供直观易用的软面板,无需编程即可使用。在数电实验课程中，只需向学生做简单介绍，学生便可掌握平台及软件的基本使用方法；学会应用NI平台提供的12种测量仪器测试电路。利用这些虚拟仪器观察、分析、测量实际电路的运行情况，同时克服传统实验测试仪器体积大、便携差的缺点。
将555定时器芯片的输出端口3和地线连接至NI ELVIS II平台前端面板BNC的输入端。打开NI ELVISmx Instrument Launcher，启动Oscilloscope(Scope)图标，选择示波器及通道，点击运行，调节“555定时器”救护车音响电路第一级电位器，即可在虚拟示波器上观测到适当频率的矩形波。观察“555”多谐振荡器第二级输出波形，调试电路。“555”救护车电路第二级输出波形如图2所示，单击并拖拽光标，测量周期、持续时间以及占空比。根据周期计算频率，与理论值相比较。
四虚拟仪器测试数字逻辑状态
NI ELVIS开发板上有8个一组的LED灯，可用于指示数字逻辑状态，如图1。实验中也可以利用虚拟仪器数字读取器读取555输出电平状态。启动NI ELVISmx Instrument Launcher，选择数字读取器(DigIn)图标，如图3。新的数字逻辑诊断窗口打开，Digital Reader允许按需(单点)或者连续读取并行输入端口的当前状态。可将“555”的输出引脚3与端口引脚DIO<0>连接。实验中观察到线0的状态应当为一直闪烁。如果不是这样的话，单击Stop按钮，使用虚拟仪器数字万有表DMM[V]检查555端口的电平(先停止Digital Reader)。
五利用计算机声卡采集波形、播放声音
利用LabVIEW作软件开发环境，可以实现数据的采集、分析，学生根据设计要求自行设计各种软面板，定义仪器的功能，开发新的个性化产品；学生将传统器件搭接与NI平台图形编程LabVIEW、DAQ设备相结合完成数电实验。其中NI LabVIEW不同于其他编程软件，是一种通过图形等模式来进行编程，并且LabVIEW的函数库非常丰富，可以进行数据采集、仪器控制，也可设计、发布虚拟仪器软件，大大节约实际仪器开发时间。计算机自带声卡也是一款数据采集卡，在LabVIEW中，提供了专门针对声卡的数据采集函数如图4，点开后有丰富的输入、输出、文件子选板，可以快速实现555救护车音响电路的采集和播放，也可快速采集电路输出波形。
六 结论
针对传统仪器在数电实验教学中所存在的缺陷和不足，本文介绍虚拟仪器引入数电实验，利用在NI ELVIS平台基础之上结合虚拟仪器的应用优势和特点，设计一套基于图形编程、虚拟仪器技术的数电实验。通过该实验的学习，学生完成电路原理设计、原型板上搭建电路、虚拟仪器测试分析电路、虚拟仪器图形编程的全过程。相较于传统的实验箱实验，该实验系统将通过充分利用虚拟仪器的灵活与开放性，以及NI ELVIS模块化实验平台的多功能性、高度可操作性，极大提高了实验效率。在帮助学生更好地理解数字电路理论原理的同时，提高学生的实际工程能力。整个实验过程每个步骤直观又清晰，能很好地激发学生的学习兴趣。将虚拟仪器技术与实际数字电路相结合，设计并实现数字电子技术实验电路测试、电路分析。这种混合模式的实验包括虚拟仪器、实际电路、图形化编程语言入门。学生可通过虚拟实验平台控制实验电路设备，进行实验数据测量，分析来完成数电实验，同时对LabVIEW编程有一些初步了解，这种混合数电实验教学模式更能增加学生学习兴趣，活跃学生的思维。
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