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基于LabVIEW 与Access 的虚拟实验教学系统论文
1 虚拟实验教学系统总体框架
虚拟实验教学系统的研发采用模块化设计思想，根据系统的功能实现划分为登录模块和实验模块。
系统应用教育电子身份号( e2 ID) 实现系统用户的实名制。e2 ID 是教育管理部门根据个人基础信息和随机数生成的标识码，可以在设定用户实名制的同时保障用户的隐私。e2 ID 用户在通过身份验证后才能够使用系统各项功能，这样不仅保护了系统的私有数据，也给整个实验教学系统程序提供了安全屏障作用。用户登录后，可以查看以往实验的成绩、并选择实验自行开启操作演练，实验完成后还可将实验结果的分析报告进行保存和提交。此外，还可以对系统提出建议，管理员会实施可行性改进处理。管理员还能适时增加实验操作的例程设置，使实验选择不至于局限，从而开拓加强系统学习应用领域中学生才能的广泛发挥和展现空间。特别指出的是，LabVIEW 内部有大量的用于信号处理的分析函数，因此尤其适合《信号与系统》、《数字信号处理》和《通信原理》等课程的虚拟实验项目开发，本系统的实验模块采用可扩展设计，并以信号调制解调实验为例介绍实验模块的设计与实现。
2 用户登录与管理模块的设计与实现
2.1 LabVIEW 与数据库
系统可以访问数据库来实现用户登录及管理，但是LabVIEW 本身并不具备数据库访问功能，通常利用其扩展工具包来解决这一问题。研究可知，常规情况下可使用以下5种方式实现LabVIEW 与数据库的连接。具体论述如下。
1) 利用NI 公司的附加工具包LabVIEW SQL Toolkit 进行数据库的访问; 该工具包集成了一系列的高级功能模块，这些模块封装了大多数的数据库操作和一些高级的数据库访问功能。不仅功能强大，操作简单，而且也不需要学习SQL 语法，但却需要额外购买，价格昂贵，将会增加系统成本。
2) 利用LabVIEW 的ActiveX 功能，调用Microsoft ADO 控件，选用SQL 语言实现数据库的访问; 使用这种方法需要用户对Microsoft ADO 控件以及SQL 语言有颇深的了解，并且需要从底层经由复杂的编程才能获得实现，这对于大多数用户来说也是不现实的。
3) 通过调用动态链接库( dynamic link library ，DLL) 实现数据库访问，先编写DLL，再利用LabVIEW 的调用库函数节点( calling function node ，CLFN) 调用此DLL 访问数据库。该方法的执行过程需要配合以复杂繁琐的编程，因而不利于非专业编程人员设定功能的预期达成。
4) 利用中间文件存取数据。先将数据暂时存放在开发平台中的文件夹，待仿真结束后再用专门的软件工具将数据导入到数据库中。这种方法操作过程繁复，并不利于使用。
5) 利用第三方开发的免费工具包LabSQL 来进行数据库的访问。LabSQL 进行数据库访问实际是利用Microsoft ADO和SQL 语言将繁杂的低层操作通过封装来生成实现的。也就是，将其转换为许多对应的LabSQL Vis，简单易用。综上分析比较可得，本文设计的数据库访问是采用免费的工具包LabSQL 来支持实现的。因其不仅能免费获取，应用简单便捷，同时，几乎还可以对任何类型数据库设计配备查询或操作，实用性强，为教学系统研发提供理想工具便利。
本文采用的是Access 数据库。在使用LabSQL 之前. 首先需要在Windows 操作系统的控制面板中，调用“ODBC 数据源管理器”创建的Access 类型的MDB 数据库。
在登录系统中很多时候都要用到数据库连接，因此将其作为一个独立的VI，首先创建connection 对象，然后利用ADOConnection Open.vi 建立与数据库的有效连接，“DSN=mydb”，并调用SQL 获取数据库中的全部信息，最后引用ADOConnection Close.vi 关闭与数据库之间的连接。
2.2 用户权限
用户登录系统中设置有用户权限，分别为管理员用户和普通用户。进一步地，管理员用户登录后的主界面包括“实验操作”、“用户管理”、“修改密码”、“退出管理”等功能项目，而登录账号的权限是普通用户时，“用户管理”这个事件结构属性将设置为不可见，从而将不会具有“用户管理”这一项功能操作。
2.3 用户登录
用户登录与管理系统的主程序利用事件结构，分别建立“用户登录”、“用户名”、“用户密码”、“进入系统”、“用户管理”、“修改密码”、“退出系统”等7 个子事件。
利用用户名和用户密码进行用户登录。如果用户名、密码和数据库的数据匹配，则进入登陆后主界面; 反之如果用户名、密码和数据库的数据并不匹配，系统将出现“您输入的用户名或密码错误，请重新输入”的错误提示。
用户登录后主界面除了基本的功能按键，主界面的左边显示有用户的基本信息，包括“用户名”、“用户权限”、“登录次数”以及上次登录的时间。
2.4 用户管理
管理员用户点击用户管理，程序会打开“用户管理”主界面，界面内容如图4 所示。能够对数据库建立相关操作，其功能实现分别有“增加用户”、“删除用户”、“退出管理”进行用户增减。同时，双击用户就能转入编辑，不仅能对用户名密码进行编辑，还能对其用户权限开展监控修改。当点击“退出管理”时，能直接跳到图2 主界面。用户管理的功能实现也是通过事件结果，和用户登录系统的编程方式类似。至此，已经实现了一个基本的用户登录管理系统。本程序采用了LabVIEW 程序开发中常用的模块化结构，将程序分为主程序和子程序，两者之间相互嵌入并连接，形成一个完整的用户登录管理系统。
还需提及，在程序的主界面有“修改密码”这一类项，单击“修改密码”，程序将调用“输新密码”子VI，在此程序设定中，采用了条件结构，具体就是利用SQL 命令“请输入你的新密码=‘’”修改密码，只有当输入2 次的密码完全一致时，才能符合条件“真”更新数据库。而后延时100 ms，将会弹出程序框图中的字样“密码修改成功，请记住新密码”。普通用户若要修改密码时，可直接在此处执行修改; 而当普通用户忘记了密码，则需联系管理员来协商修改密码。
3 实验模块的设计与实现
本文将实验进行模块化设计，利用事件结构实现子程序的调用，使实验模块操作更加简洁容易。系统的实验模块采用可扩展设计，可在实验模块上增加任意课程所需的虚拟实验，强化教学系统实验教学的广阔适用性。登录管理模块与实验模块之间的控制表现为核心与从属的关系，通过主界面单击“实验操作”，能进入虚拟实验操作界面。同时各模块之间又存在相互独立性，实验模块可进行各自分离的扩展设计。下面将以信号调制解调实验为例介绍实验模块的设计与实现全过程。
调制解调，是调制和解调的合称。本调制解调实验限定采用4 种调制方式，分别为振幅调制( AM 调制) 、双边带调制( DSB 调制) 、单边带调制( SSB 调制) 、残留边带调制( VSB 调制) 。其中，振幅调制就是双边带调制，即将调制信号叠加直流后再与载波相乘的调制方式，如果在振幅调制中不叠加直流分量，便得到功率利用效应颇佳的双边带调制方法。
此外，还有单边带调制方法——仅传输双边带信号的一个边带( 上边带或下边带) 调制，及残留边带调制方法——不像单边带调制那样，将产生的双边带已调信号的其中一个边带完全滤掉，而是逐渐切割，使其中一小部分得以残留。残留边带调制既解决了DSB 调制所出现的占用频带宽的问题，又克服了SSB 调制中边带滤波器难以达到理想滤波器的缺点。调制解调虚拟实验的LabVIEW 编程主要利用条件结构，通过旋钮的2、3、4、5 来切换AM 调制、DSB 调制、SSB 调制、VSB 调制等不同调制方式。同时，为了方便教学，在实验操作面板附加配备了说明信息和使用说明2 个按钮，其中内嵌了2 个不同的文本子VI，点击这2 个按钮，就会呈现此实验的基本知识和实验原理，以及操作实验流程等详细的内容信息，能够清晰助益学生对知识及实验主题的掌控与理解。在实验报告中写下相关结论，点击实验报告保存按钮，就会在报告中生成实验图像，生成一份完整的实验报告。
4 结束语
本文基于LabVIEW 开发环境与Access 数据库构建了一个完整的虚拟实验教学系统。通过对LabVIEW 的编程与数据库技术的分析，采用LabSQL 访问Access 数据库的方法实现了用户登录与管理功能，从而提高系统的安全性，方便用户操作。本文最后还展示了实验模块中信号调制解调虚拟实验的设计与实现。此实验突破传统的理论教学，通过虚拟仿真，便利同学观察调制解调的波形，加深学生对理论知识的理解，提高学生的实践素养和综合技能。
LabVIEW 已成为近几年虚拟仪器开发的首选开发软件，易学易用、功能强大。利用LabVIEW 设计的虚拟仿真实验，在教学上，能通过仿真配合理论知识讲述，改善授课的效率和学生的接受能力，课后学生能通过仿真实验开展自主学习和研讨，独立的实验则使学生能够增进解决问题中的发散思维，这样更能激发学生对课程知识的热情和探索欲，提升创造力与创新意识。本文的设计实践也为此后研究进展提供了一个可借鉴的有益思路。
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