適用於教學和研究應用的軟體工具: LabVIEW SignalExpress

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概觀

NI LabVIEW SignalExpress 為互動式環境，以業界領導的 NI LabVIEW 圖形化系統設計平台為基礎，透過強大、互動式且逐步完成的方式，可跨越多種領域協助學生進行學習，如生化工程、太空工程等。亦可跨越多個層級，如大一學生至大三學生。因為 NI LabVIEW SignalExpress 可連接至上千種裝置，並透過如 USB、GPIB或序列的多種匯流排介面儀器，所以學生和研究人員可於實驗室中進行多種研究。透過 LabVIEW SignalExpress，即可於系統運作中執行互動式分析，並可輕鬆快速客製運算式。此份技術白皮書將透過不同課程的範例呈現其中幾項優點。

以實際結果互動地比較模擬

工程設計的基礎觀念之一即為電路設計。學生可使用 SPICE 模擬軟體，如 NI Multisim進行電路設計。但是因為其程序過於累贅，所以並無法輕鬆比較模擬結果和實際資料 – 包含如於紙張抄寫實際資料的手動步驟或儲存資料於磁碟片上。僅限使用工具，並無法完美地整合之。透過 LabVIEW SignalExpress、NI教育實驗室虛擬儀控套件 (NI ELVIS)，和領先業界的 NI Multisim SPICE 模擬軟體，學生可使用完美的平台於模擬範圍和實際情況之間進行設計、原型製作和結果比較。圖 1 顯示shows an example of how LabVIEW SignalExpress 完成圖像的方法，並協助提供電路和電子教學的完美整合平台。

圖1. 可完美整合平台的LabVIEW SignalExpress

若要進行更仔細的測試，可於 RLC 電路範例中，採用功能強大的 NI 電子教學平台 (Multisim、NI ELVIS，和 LabVIEW SignalExpress)。每個電子工程學生都必須學習 RLC 電路。通常學生會從最新的教科書先學習相關概念。接著會使用如 Multisim 的 SPICE 模擬和擷取軟體，以設計並模擬 RLC 電路，進而了解其特性。透過虛擬元件和多種分析功能，Multisim 亦為模擬電路的理想選擇。

在模擬電路之後，學生可於如 NI ELVIS 的原型製作平台上製作 RLC 電路的原型。透過包含示波器、函式波型產生器，和多功能數位電表 (DMM) 的 12 種整合的儀器，NI ELVIS 提供完整又強大的原型製作平台。最後即可將模擬結果和實際資料相互比較。再者，傳統方法可能過於繁雜；但是透過LabVIEW SignalExpress，學生可從原型製作的階段，輕鬆同時匯入 SPICE 模擬結果和實際資料，並互動地比較此兩種資料，以了解如雜訊的實際現象所可能造成的影響。因此，LabVIEW SignalExpress 提供簡單又直覺式的介面將概念帶入生活中。

連接至數百種的儀器和感測器

今日的學術界具有多種儀控類型。如新一代的模組化儀器 (圖 1 所示)；傳統儀器，如示波器、DMM，和函式波型產生器；和發展中領域的其他數百種客製化儀控，如生化工程和奈米科技；透過不同匯流排所進行的不同儀器通訊類型。而每種儀器往往使用不同類型的軟體，要於單一環境中連接並搭配使用多種儀器，也漸趨困難。

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圖2. 模組化儀器

透過 LabVIEW SignalExpress，學生和研究人員可使用單一介面，以不同的匯流排連接並量測數千種的儀器。不論在教室或實驗室中可互動地分析並報告資料，而不再需要手動儲存至磁碟或 USB 隨身碟：接著使用如Microsoft Excel 的軟體進行後續處理。因為 LabVIEW SignalExpress 為完全互動式的平台，即便應用正執行中，學生和研究人員亦可分析資料並進行變更。此外可更迅速地套用多重分析至系統以進行即時調整。

互動地分析資料

透過 LabVIEW SignalExpress，學生和研究人員不需等待完成整個系統，即可進行微調 (Tweak)。舉例來說，以往若要擷取訊號並套用至快速傅立葉轉換 (FFT)，通常必須撰寫可執行完整程序的程式 (擷取訊號、過濾訊號，並執行 FFT)，接著執行程式、評估結果，並透過如指定不同 FFT 參數的作業來轉化系統，接著更改濾波器類型。使用 LabVIEW SignalExpress，當學生和研究人員擷取感測器資料時，就可以新增並修改分析函式。圖 3 顯示當新增 FFT 函式至系統時，系統擷取資料的範例。

圖3. 包含附加 FFT 功能的資料擷取

由於學生現在可以互動式的分析資料，所以亦能夠輕鬆看到多方面的細微差別。舉例來說，現在可以完全掌握 IIR 濾波器和 FIR 濾波器之間的不同處、輸出通道的濾波器拓樸所產生之影響，和 FFT 結果取樣率所產生的影響。由於學生必須撰寫整個程式、執行程式、更改函式，並重新編譯來了解變更，所以傳統方法極為耗費時間。可立即套用並變更分析功能亦對研究極有幫助。學生現在可用次要微調 (Tweak)，對運算式進行多樣分析，並立刻檢視結果。這可協助他們開發強大的解決方案，針對所產生的問題進行研究和報告。

產生互動式報告

對回家作業和研究專題來說，建立報告都是必經程序。以前學生必須倚賴其他供應商的軟體，如文書處理和影像處理系統。此外，若要註解並匯出圖表亦僅有受限的選擇。而在第一次的報告建立中，LabVIEW SignalExpress 提供簡單介面以建立互動式報告。除了內文和表格之外，互動式報告亦包含動態圖表，可顯示經擷取和分析的資料。圖 4 顯示於 LabVIEW SignalExpress 中建立的互動式報告。

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圖4. 於LabVIEW SignalExpress 中建立互動式報告

透過 LabVIEW SignalExpress，學生和研究人員可輕鬆匯入圖表至報告，並用其他多種格式匯出圖表，以應用於 LabVIEW SignalExpress 或其他供應商軟體中，進一步建立報告。此外，亦可匯出資料至分析套裝軟體，如 Excel。只要按下滑鼠，即可將資料從 LabVIEW SignalExpress 拖曳至 Excel，或匯出資料。學生和研究人員亦可匯出資料至其他一般套裝軟體，如 Microsoft Word 或 PowerPoint。如果他們要以 LabVIEW SignalExpress 中的記錄工具建立報告，亦可以於報告中互動地檢視資料。若資料延伸至數個圖表的長度，亦可將圖表匯入至報告，並按下「Run」，以實際觀察整個資料。

使用含自動化程式碼產生的LabVIEW 擴充專案(Project)

有研究行為才會產生創新。而研究行為又以學校所傳達的觀念為基礎。由於研究人員可使用如 LabVIEW 的圖形化程式設計語言，以應用於多種硬體平台，如 FPGA、數位訊號處理器，和嵌入式介面卡。這些程式語言可迅速成為學術界的通用研究工具。研究人員現在可以使用完全的圖形化程式設計語言，以進行設計、原型製作，並佈署至系統。

因為 LabVIEW SignalExpress 是以 LabVIEW 為基礎，所以學生可以使用附加功能來擴充工作範圍，如較進階的設計，搭配自動化的 LabVIEW 程式碼產生進行專案研究。如圖 5 所示。

圖5. 自動化的LabVIEW 程式碼產生

舉例來說，某些學生可能已經在使用 LabVIEW SignalExpress 設計、模擬，並測試濾波器，接著想於 FPGA 上使用並佈署此濾波器。他們可以使用 LabVIEW SignalExpress 中的自動化程式碼產生功能，透過 LabVIEW FPGA 模組新增必要的 I/O 節點，並於 FPGA 上建置新系統。由於學生並不需要重新建立他們的濾波器，這些功能協助學生節省更多時間，並避免處理過程中產生錯誤。在整合了連接至數千種儀器的功能之後，LabVIEW SignalExpress 代表可快速設計研究系統的多樣平台。

結論

LabVIEW SignalExpress 具有增強教學、學習，和研究的優點。如互動式、即時 (On-the-fly) 的擷取和分析；連接數千種儀器；和產生互動式報表的功能，均可增加學習和研究的成效。此外，透過 LabVIEW 中的功能，LabVIEW SignalExpress 的自動化程式碼產生功能，可完美連接學校和實驗室的教程，並減少設計時間。當 LabVIEW SignalExpress 提供簡易、直覺，和互動式的介面產生卓越效能的同時，也成為更易於學習和使用的工具。

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