NI LabVIEW SignalExpress是一款基于LabVIEW圖形化設(shè)計(jì)平臺的交互式環(huán)境，它可以讓學(xué)生通過多種方式獲得動手實(shí)踐的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從生物醫(yī)學(xué)工程到航空工程，從低年級到高年級的各類學(xué)生都可以受益于這種強(qiáng)大的、步驟清晰的交互式學(xué)習(xí)方法。 由于NI LabVIEW SignalExpress可與幾千種設(shè)備進(jìn)行連接，并使用USB、GPIB或串口等總線作為接口，學(xué)生和研究人員可以在實(shí)驗(yàn)室中使用LabVIEW SignalExpress進(jìn)行各類工作。他們可以在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，借助LabVIEW SignalExpress進(jìn)行交互式分析并快速而容易地定制他們的算法。本文將通過課程當(dāng)中的各類示例向您說明LabVIEW SignalExpress所帶來的優(yōu)勢。 交互式地比較仿真和實(shí)際結(jié)果 電路設(shè)計(jì)是工程上的一個(gè)基本概念。通常來說，學(xué)生們使用SPICE仿真軟件，如NI Multisim，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，但是他們無法比較實(shí)際數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果，因?yàn)檫@個(gè)過程非常繁瑣，需要書面記錄實(shí)際信號或?qū)?shí)際信號存儲在軟盤當(dāng)中等手動操作。但是，這些工具并不是無縫整合在一起的。使用LabVIEW SignalExpress,、NI教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件（NI ELVIS）和業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的NI Multisim SPICE仿真軟件，學(xué)生們可以通過一個(gè)無縫的平臺，在仿真和實(shí)際信號環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模和結(jié)果比較等一系列工作。圖1展示了如何使用LabVIEW SignalExprss為電路和電子教學(xué)提供無縫集成的完整平臺。 [align=center] Figure 1. LabVIEW SignalExpress用于無縫集成[/align] 為了進(jìn)一步了解整個(gè)平臺的細(xì)節(jié)，我們將RLC電路作為一個(gè)例子，從中了解NI電子教學(xué)平臺（Multisim、NI ELVIS和LabVIEW SignalExpress）的強(qiáng)大功能。每個(gè)工科學(xué)生都必須學(xué)習(xí) RLC電路，一般來說，學(xué)生們首先從課本中學(xué)習(xí)基本概念，然后使用Multisim等SPICE仿真和繪圖軟件，對RLC電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，以了解電路的特性。Multisim所提供的虛擬元件和一些分析功能使之成為電路仿真的理想選擇。 在進(jìn)行電路仿真之后，學(xué)生可以在NI ELVIS等建模平臺上對RLC電路進(jìn)行建模。NI ELVIS能夠提供包括示波器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字萬用表等12種整合儀器，從而組成一個(gè)精簡但功能豐富的建模平臺。最后學(xué)生會比較仿真結(jié)果和現(xiàn)實(shí)信號。在使用傳統(tǒng)方法時(shí)，這可能是一個(gè)非常繁瑣的步驟，但是LabVIEW SignalExpress讓學(xué)生們可以便捷地導(dǎo)入SPICE的仿真結(jié)果和建模時(shí)的現(xiàn)實(shí)信號，并交互式地對兩組信號進(jìn)行比較，從而理解現(xiàn)實(shí)信號中噪聲等現(xiàn)象所產(chǎn)生的影響。由此，LabVIEW SignalExpress提供了一個(gè)簡單直觀的接口，幫助學(xué)生從理論概念出發(fā)，深入了解實(shí)際信號。 與幾百種儀器和傳感器的連接性 現(xiàn)在教學(xué)中會應(yīng)用到種類繁多的儀器設(shè)備，如新一代的模塊化儀器（如圖2所示），示波器、數(shù)字萬用表和函數(shù)發(fā)生器等傳統(tǒng)儀器，以及在生物醫(yī)學(xué)工程和納米技術(shù)等新興領(lǐng)域中的成百上千種定制化儀器。各種不同的儀器會通過不同的總線進(jìn)行通信，每種儀器都會使用不同的軟件，要在一個(gè)獨(dú)立的環(huán)境中連接到多個(gè)儀器并協(xié)同工作變得越來越困難。 [align=center] Figure 2. 模塊化儀器[/align] 借助LabVIEW SignalExpress，學(xué)生和研究人員可以使用單一的接口與幾千種儀器通過不同的總線進(jìn)行連接，并獲取測量數(shù)據(jù)。無論在教室或是實(shí)驗(yàn)室，他們都能夠交互式地對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并生成報(bào)告，而不必手動將數(shù)據(jù)保存到軟盤或USB驅(qū)動器，再使用Microsoft Excel等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于LabVIEW SignalExpress是一個(gè)完全交互式的平臺，學(xué)生和研究人員可以在應(yīng)用程序還在運(yùn)行的情況下分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行修改。另外，他們能夠更快地對系統(tǒng)進(jìn)行分析，并實(shí)時(shí)做出調(diào)整。 交互式地對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 借助LabVIEW SignalExpress，學(xué)生和研究人員不必等到整個(gè)系統(tǒng)完成之后再對其進(jìn)行調(diào)整。例如，如果要對信號進(jìn)行采集并進(jìn)行快速傅立葉變換，傳統(tǒng)方法需要先編寫執(zhí)行整個(gè)流程的程序（采集信號、對信號進(jìn)行濾波并執(zhí)行快速傅立葉變換），然后運(yùn)行程序，評估運(yùn)行結(jié)果，根據(jù)評估結(jié)果通過各種方式對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，如確定快速傅立葉變換各種參數(shù)、改變?yōu)V波器類型等等。現(xiàn)在，學(xué)生和研究人員可以在從傳感器采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，使用LabVIEW SignalExpress添加并修改分析函數(shù)。圖3表示了在系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的同時(shí)向系統(tǒng)中添加一個(gè)快速傅立葉變換（FFT）函數(shù)。 [align=center] Figure 3. 帶FFT功能的數(shù)據(jù)采集[/align] 由于學(xué)生現(xiàn)在可以交互式地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，因此他們能夠更便捷地深入了解各種理論概念的細(xì)節(jié)。例如，現(xiàn)在他們可以完全掌握IIR濾波器和FIR濾波器的區(qū)別，濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇對于輸出的影響，采樣率對于快速傅立葉變換結(jié)果的影響等等。使用傳統(tǒng)的方法，他們需要很長的時(shí)間去構(gòu)建整個(gè)程序，運(yùn)行并修改函數(shù)，重新編譯，再次執(zhí)行之后才能了解不同函數(shù)之間的差異。能夠快速應(yīng)用并修改分析函數(shù)對于研究來說也是非常有益的。學(xué)生們現(xiàn)在只需要很少的調(diào)整就能夠體驗(yàn)到他們算法的各種設(shè)計(jì)，并即時(shí)地得到計(jì)算結(jié)果，從而能夠快速地針對研究課題開發(fā)解決方案并報(bào)告。 生成交互式報(bào)告 無論對于家庭作業(yè)還是研究項(xiàng)目而言，一份研究報(bào)告都是至關(guān)重要的。之前學(xué)生們都依賴于文字處理或是圖像處理系統(tǒng)等第三方的軟件來完成報(bào)告，另外還有一些軟件可以生成圖表并輸出。LabVIEW SignalExpress第一次提供了用于創(chuàng)建交互式報(bào)告的簡單接口。除了文本和表格以外，交互式報(bào)告還包括了動態(tài)圖表，用于顯示所采集和分析的數(shù)據(jù)。圖4是一份由LabVIEW SignalExpress所創(chuàng)建的交互式報(bào)告。 [align=center] Figure 4. 在LabVIEW SignalExpress中交互式創(chuàng)建的報(bào)告[/align] 學(xué)生和研究人員可以借助LabVIEW SignalExpress便捷地將圖表導(dǎo)入他們的報(bào)告當(dāng)中，并以多種格式導(dǎo)出，以便于在LabVIEW SignalExpress或其他第三方軟件中創(chuàng)建報(bào)告。另外，他們可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel等分析工具包中，也可以輕點(diǎn)鼠標(biāo)將數(shù)據(jù)直接從LabVIEW SignalExpress拖放到Excel中或者導(dǎo)出數(shù)據(jù)。學(xué)生和研究人員也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Microsoft Word或PowerPoint等其他常見工具包中。另外，如果他們選擇使用LabVIEW SignalExpress中的文檔工具創(chuàng)建報(bào)告，就可以在報(bào)告中交互式地查看數(shù)據(jù)。如果他們的數(shù)據(jù)超過了表格的長度，他們可以將表格導(dǎo)入報(bào)告中，按下“運(yùn)行”鍵就能夠看到所有的數(shù)據(jù)。 借助LabVIEW中的自動代碼生成功能對項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)展 研究是創(chuàng)新的源動力，它是建立在教室中傳授的眾多基礎(chǔ)概念之上的。由于研究人員能夠使用LabVIEW等圖形化編程語言，直接將FPGA、數(shù)字信號處理器以及嵌入式板卡等硬件平臺作為目標(biāo)對象，這些語言將迅速成為學(xué)術(shù)屆的研究工具。研究人員現(xiàn)在可以應(yīng)用一種完全圖形化的編程語言，對他們的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模和部署。 因?yàn)長abVIEW SignalExpress是基于LabVIEW的，學(xué)生們現(xiàn)在可以使用更多的功能了。借助LabVIEW自動代碼生成功可以將他們的工作從高級設(shè)計(jì)等領(lǐng)域擴(kuò)展到研究項(xiàng)目當(dāng)中，如圖5所示。 [align=center] Figure 5. LabVIEW自動代碼生成[/align] 例如一些學(xué)生可能已經(jīng)使用LabVIEW SignalExpress對一個(gè)濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)、仿真和測試，希望使用這個(gè)濾波器并將其部署到FPGA上。他們可以使用LabVIEW SignalExpress的自動代碼生成功能，通過LabVIEW FPGA模塊添加所需的I/O節(jié)點(diǎn)，并在一塊FPGA上實(shí)現(xiàn)全新的系統(tǒng)。這可以幫助學(xué)生節(jié)省大量的時(shí)間，不必重新創(chuàng)建濾波器，避免在此過程中可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤。由于能夠與幾千種儀器相連接，因此LabVIEW SignalExpress針對研究中的快速系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可行的平臺。 總結(jié) LabVIEW SignalExpress提供了交互式、即時(shí)采集和分析、對幾千種儀器的連接性以及生成交互式報(bào)告等多種功能，對提升教學(xué)和研究效率有著顯著的作用。另外，由于它基于LabVIEW，LabVIEW SignalExpress借助LabVIEW自動代碼生成功能，將應(yīng)用范圍從教學(xué)擴(kuò)展到了研究型實(shí)驗(yàn)室，節(jié)省了大量設(shè)計(jì)時(shí)間。LabVIEW SignalExpress在大幅提升性能的同時(shí)，提供了一個(gè)簡單直觀的交互式接口，與其他教學(xué)工具相比，更便于學(xué)習(xí)和使用。