NI LabVIEW SignalExpress是一款基于LabVIEW圖形化設計平臺的交互式環(huán)境，它可以讓學生通過多種方式獲得動手實踐的學習體驗，從生物醫(yī)學工程到航空工程，從低年級到高年級的各類學生都可以受益于這種強大的、步驟清晰的交互式學習方法。 由于NI LabVIEW SignalExpress可與幾千種設備進行連接，并使用USB、GPIB或串口等總線作為接口，學生和研究人員可以在實驗室中使用LabVIEW SignalExpress進行各類工作。他們可以在系統(tǒng)運行的過程中，借助LabVIEW SignalExpress進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際結果 電路設計是工程上的一個基本概念。通常來說，學生們使用SPICE仿真軟件，如NI Multisim，進行電路設計，但是他們無法比較實際數(shù)據(jù)和仿真結果，因為這個過程非常繁瑣，需要書面記錄實際信號或?qū)嶋H信號存儲在軟盤當中等手動操作。但是，這些工具并不是無縫整合在一起的。使用LabVIEW SignalExpress,、NI教學實驗室虛擬儀器套件（NI ELVIS）和業(yè)內(nèi)領先的NI Multisim SPICE仿真軟件，學生們可以通過一個無縫的平臺，在仿真和實際信號環(huán)境下進行設計、建模和結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] 為了進一步了解整個平臺的細節(jié)，我們將RLC電路作為一個例子，從中了解NI電子教學平臺（Multisim、NI ELVIS和LabVIEW SignalExpress）的強大功能。每個工科學生都必須學習 RLC電路，一般來說，學生們首先從課本中學習基本概念，然后使用Multisim等SPICE仿真和繪圖軟件，對RLC電路進行設計和仿真，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。 在進行電路仿真之后，學生可以在NI ELVIS等建模平臺上對RLC電路進行建模。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，從而組成一個精簡但功能豐富的建模平臺。最后學生會比較仿真結果和現(xiàn)實信號。在使用傳統(tǒng)方法時，這可能是一個非常繁瑣的步驟，但是LabVIEW SignalExpress讓學生們可以便捷地導入SPICE的仿真結果和建模時的現(xiàn)實信號，并交互式地對兩組信號進行比較，從而理解現(xiàn)實信號中噪聲等現(xiàn)象所產(chǎn)生的影響。由此，LabVIEW SignalExpress提供了一個簡單直觀的接口，幫助學生從理論概念出發(fā)，深入了解實際信號。 與幾百種儀器和傳感器的連接性 現(xiàn)在教學中會應用到種類繁多的儀器設備，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)學工程和納米技術等新興領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行通信，每種儀器都會使用不同的軟件，要在一個獨立的環(huán)境中連接到多個儀器并協(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行連接，并獲取測量數(shù)據(jù)。無論在教室或是實驗室，他們都能夠交互式地對數(shù)據(jù)進行分析，并生成報告，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等軟件進行數(shù)據(jù)處理。由于LabVIEW SignalExpress是一個完全交互式的平臺，學生和研究人員可以在應用程序還在運行的情況下分析數(shù)據(jù)并進行修改。另外，他們能夠更快地對系統(tǒng)進行分析，并實時做出調(diào)整。 交互式地對數(shù)據(jù)進行分析 借助LabVIEW SignalExpress，學生和研究人員不必等到整個系統(tǒng)完成之后再對其進行調(diào)整。例如，如果要對信號進行采集并進行快速傅立葉變換，傳統(tǒng)方法需要先編寫執(zhí)行整個流程的程序（采集信號、對信號進行濾波并執(zhí)行快速傅立葉變換），然后運行程序，評估運行結果，根據(jù)評估結果通過各種方式對系統(tǒng)進行調(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?，F(xiàn)在，學生和研究人員可以在從傳感器采集數(shù)據(jù)的同時，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)的同時向系統(tǒng)中添加一個快速傅立葉變換（FFT）函數(shù)。 [align=center] Figure 3. 帶FFT功能的數(shù)據(jù)采集[/align] 由于學生現(xiàn)在可以交互式地進行數(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，濾波器拓撲結構選擇對于輸出的影響，采樣率對于快速傅立葉變換結果的影響等等。使用傳統(tǒng)的方法，他們需要很長的時間去構建整個程序，運行并修改函數(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。能夠快速應用并修改分析函數(shù)對于研究來說也是非常有益的。學生們現(xiàn)在只需要很少的調(diào)整就能夠體驗到他們算法的各種設計，并即時地得到計算結果，從而能夠快速地針對研究課題開發(fā)解決方案并報告。 生成交互式報告 無論對于家庭作業(yè)還是研究項目而言，一份研究報告都是至關重要的。之前學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)建交互式報告的簡單接口。除了文本和表格以外，交互式報告還包括了動態(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)建的交互式報告。 [align=center] Figure 4. 在LabVIEW SignalExpress中交互式創(chuàng)建的報告[/align] 學生和研究人員可以借助LabVIEW SignalExpress便捷地將圖表導入他們的報告當中，并以多種格式導出，以便于在LabVIEW SignalExpress或其他第三方軟件中創(chuàng)建報告。另外，他們可以將數(shù)據(jù)導出到Excel等分析工具包中，也可以輕點鼠標將數(shù)據(jù)直接從LabVIEW SignalExpress拖放到Excel中或者導出數(shù)據(jù)。學生和研究人員也可以將數(shù)據(jù)導出到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)建報告，就可以在報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，他們可以將表格導入報告中，按下“運行”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目進行擴展 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對象，這些語言將迅速成為學術屆的研究工具。研究人員現(xiàn)在可以應用一種完全圖形化的編程語言，對他們的系統(tǒng)進行設計、建模和部署。 因為LabVIEW SignalExpress是基于LabVIEW的，學生們現(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計等領域擴展到研究項目當中，如圖5所示。 [align=center] Figure 5. LabVIEW自動代碼生成[/align] 例如一些學生可能已經(jīng)使用LabVIEW SignalExpress對一個濾波器進行了設計、仿真和測試，希望使用這個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，并在一塊FPGA上實現(xiàn)全新的系統(tǒng)。這可以幫助學生節(jié)省大量的時間，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)設計提供了一個可行的平臺。 總結 LabVIEW SignalExpress提供了交互式、即時采集和分析、對幾千種儀器的連接性以及生成交互式報告等多種功能，對提升教學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，將應用范圍從教學擴展到了研究型實驗室，節(jié)省了大量設計時間。LabVIEW SignalExpress在大幅提升性能的同時，提供了一個簡單直觀的交互式接口，與其他教學工具相比，更便于學習和使用。