李夢軍

常州市廣播電視大學(xué) 江蘇 常州 213001

0 引言

目前我國的工程教育在規(guī)模上已居世界首位，但質(zhì)量不高、應(yīng)用性不強［1］。工程教育中，實踐是非常重要的環(huán)節(jié)［2］，然工程教學(xué)上依然存在著理論與實際應(yīng)用脫節(jié)、學(xué)生缺乏動手實踐能力等問題。值得注意的是，近年來我國工程教育理念已由之前注重培養(yǎng)學(xué)生的理論知識轉(zhuǎn)到對學(xué)生動手實踐的能力即工程實踐教育的培養(yǎng)上。此外，工程實踐教育還面臨著如何盡快地從書本理論過渡到工程實踐的困難。實驗是進行工程實踐教育的有效途徑，然而傳統(tǒng)實驗室與課堂教學(xué)限制了學(xué)生工程實踐的機會。電子電路相關(guān)課程的工程實踐教育同樣面臨著上述困難。

NI myDAQ專為實驗室外的實驗而設(shè)計，其完全由USB供電的便攜性和一體化設(shè)計的緊湊性，幫助學(xué)生可以隨時隨地進行工程實踐，只要能使用電腦的地方就可使用它，是開展工程實踐的理想工具。

1 NI myDAQ簡介

NI myDAQ是美國國家儀器有限公司（National Instruments，簡稱NI）新近推出的一個便攜式教學(xué)設(shè)備，如圖1所示。該設(shè)備采用德州儀器提供的模擬電路芯片，具有2差分模擬輸入與2通道模擬輸出、8個數(shù)字輸入與數(shù)字輸出接口、3.5mm音頻輸入與輸出接口以及+5/+15/-15V電源輸出等功能，且內(nèi)置的數(shù)字萬用表可用于電壓、電流以及電阻的測量，其USB供電特性最大程度地提升了便攜性。NI myDAQ通過提供基于電腦使用的8種軟件儀器幫助學(xué)生擴大自己進行動手實踐工程創(chuàng)新的范圍，這些儀器包括示波器、數(shù)字萬用表、任意波形發(fā)生器、波特圖儀、動態(tài)信號分析儀、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字讀和數(shù)字寫。

與LabVIEW以及Multisim的結(jié)合應(yīng)用，可以拓展NI myDAQ的功能與特性。該教學(xué)設(shè)備鼓勵學(xué)生利用自己的時間獨立探究電路，讓學(xué)生可以自由地在任何時間、任何場合嘗試工程實驗，并且可以很好地融入到現(xiàn)有的課程體系中，通過不斷地實踐與鞏固提升學(xué)生對于工程概念的理解。

圖1 NI myDAQ

2 應(yīng)用實例

NI myDAQ專為學(xué)生量身定制，學(xué)生無需跑到實驗室使用設(shè)備，便可在家里、在宿舍、在任何地方與自己的電腦連接開展工程實踐，為學(xué)生工程創(chuàng)新帶來了前所未有的便利和實時。下面以跑馬燈控制為例介紹其在學(xué)生工程實驗中的應(yīng)用。

由電子學(xué)的基本理論，我們知道二極管具有電流的單向?qū)щ娦?，即電流朝一個方向上導(dǎo)通，反方向時二極管阻斷。二極管的這個簡單的開關(guān)特性可產(chǎn)生許多有趣的電路?，F(xiàn)在用8個LED來模擬霓虹燈實現(xiàn)跑馬燈的控制效果：8個LED從上往下依次點亮，并循環(huán)。實驗所需的元器件有8只5mm LED、8個330Ω 電阻和導(dǎo)線。

1）測試二極管并驗證極性

二極管是一種極性元器件，在使用前可以用NI myDAQ的軟件儀器數(shù)字萬用表來測試極性。選擇DMM啟動數(shù)字萬用表軟面板，單擊選擇二極管。將待檢測的LED兩只管腳分別接到NI myDAQ內(nèi)置萬用表的HI端和COM端。當LED發(fā)光時，說明二極管有電流通過，而且可以讀出電壓值，如圖2所示。此時數(shù)字萬用表HI端的探針接的為LED的正極，COM端則接的為LED的負極。如果LED不發(fā)光，說明二極管不導(dǎo)通，此時數(shù)字萬用表HI端的探針接的為LED的負極，COM端則接的為LED正負極。

圖2 二極管測試

2）使用軟件儀器的手動控制

即插即用的軟件儀器是用LabVIEW編制的應(yīng)用軟件［3］。在面包板上連接好8個LED構(gòu)成的跑馬燈電路，接線如圖3所示。8個LED分別由8位數(shù)字I/O（DIO）控制。 NI myDAQ的DIO＜0～7＞分別連接到8只LED的正極，面包板上LED的負極串聯(lián)上限流電阻，接到NI myDAQ的數(shù)字地（DGND）。

圖3 跑馬燈電路

打開軟件儀器數(shù)字寫（Digital Writer），當開關(guān)位設(shè)置為為高電平HI時，對應(yīng)的LED應(yīng)該是亮的。那么就可以使用這些開關(guān)手動控制8個LED來實現(xiàn)跑馬燈的效果，如圖4所示。

圖4 數(shù)字寫界面

3）結(jié)合LabVIEW軟件的自動控制

LabVIEW程序通常由前面板和背面板組成：前面板為程序界面放置控制控件和顯示控件，背面板用來編寫程序框圖［4］。在LabVIEW軟件前面板上，創(chuàng)建一個控件來對應(yīng)顯示8個LED燈的亮和滅，如圖5所示。除此之外，還添加了滑條控件來控制LED閃爍移動的快慢、方向切換開關(guān)進行移位方向的轉(zhuǎn)換控制。

圖5 跑馬燈設(shè)計前面板

LabVIEW程序框圖如圖6、圖7所示。

圖6 條件結(jié)構(gòu)的框圖標識符為真時程序框圖

圖7 條件結(jié)構(gòu)的框圖標識符為假時程序框圖

3 結(jié)語

NI myDAQ將工程實踐教育拓展到課堂和實驗室之外，讓學(xué)生有更多的機會實踐并體驗真實的電路和硬件，使每個學(xué)生都能隨時隨地實踐工程創(chuàng)新。該動手實踐平臺，不僅能幫助學(xué)生掌握理論知識，更好地將理論聯(lián)系實際，而且有利于學(xué)生電路設(shè)計、工程概念興趣的培養(yǎng)。

該實踐創(chuàng)新平臺與實驗室硬件平臺的結(jié)合，有助于實踐電路工程思想和創(chuàng)新動手能力的全面提升。再配以豐富的外圍擴展支持，NI myDAQ能夠讓學(xué)生將多個學(xué)科的工程知識相互綜合，并付諸實踐。

［1］陽榮威.我國高等工程教育存在的問題及改革的戰(zhàn)略選擇［J］.教育與職業(yè)，2010，（21）：5-8.

［2］李培根.未來工程教育中的實踐意識［J］.高等工程教育研究，2010，（6）.

［3］楊智，袁媛，賈延江.虛擬儀器教學(xué)實驗簡明教程：基于LabVIEW的NI ELVIS［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［4］江建軍，劉繼光.LabVIEW程序設(shè)計教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.