文献综述
本课题的现状及发展趋势：
NI ELVIS Ⅱ虚拟仪器实验教学套件（Educational laboratoryvirtual instrumentation suite，ELVIS）是美国国家仪器公司针对高校实验教学内容开发的基于LabVIEW软件设计和原型开发的实验教学平台[1]，它集成了12种常用的仪器，包括示波器、数字万用表、函数发生器、波特图分析仪等，紧凑的结构是实验室及课程教学的理想选择。作为基于NI LabVIEW图形化系统设计软件，NI ELVIS Ⅱ为这12种仪器提供了直观易用的软面板，无需编程即可使用，发挥了虚拟仪器技术的灵活性及自定义功能[2]。该套件可通过USB接口连接PC机，实现快速易用的测量采集与显示[3]。NI ELVIS II与NI Multisim 的原理图与SPICE仿真环境结合在一起，学生可以将在教科书中学习的概念应用到Multisim中，在Multisim环境中可以使用NI ELVIS仪器，通过鼠标点击，将仿真与实际测量结果进行比较，可实现教学仪器、数据采集和实验设计一体化，是提高学生实践动手能力、培养学生创新性思维的有效手段[4]。
NI ELVIS II平台包括硬件和软件工作区，硬件工作区用于创建电路及接口实验，软件包括：软前面板（SFP）工具，LabVIEW应用程序编程接口（API）， Multisim应用程序编写接口（API）。通过API，学生可使用在Multisim内编写的LabVIEW程序及仿真程序实现NI ELVIS II工作站的自定义控制及访问[5]。
LabVIEW是一种图形化编程开发平台，普遍用于虚拟仪器的开发与设计。类似于C和BASIC开发环境，但LabVIEW与常规编程语言不同的是，它采用图形化编程开发语言G编写程序，而不是枯燥难懂的文本代码，产生的程序是框图的形式，使得计算机编程更简单易懂，LabVIEW诞生的20 多年里被广泛用于教育、航空、测试、自动化等领域[6]。Multisim是一种使用广泛的电子电路设计与仿真软件，它包含了电路原理图的图像输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，功能强大、界面直观、操作方便。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样使用者无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。实现Multisim和LabVIEW的联合仿真必须先创立所需开发环境。先在计算机上安装LabVIEW2014版本，并且选择性安装相应版本的控制与仿真模块，接着安装Multisim 14.0版本，在安装过程中选择安装NI LabVIEW-MultisimCo-Simulation插件。安装完毕后就完成了前期的软件安装工作。需要注意的是控制与仿真模块和接口插件的安装版本必须和LabVIEW的版本一样，不然会导致联合仿真失败[7]。
LabVIEW与Multisim作为NI 集成化平台的不可缺少的部分, 在传输仿真和采集数据上有着巨大的优势[8]，可分别使用结点法和调用法来实现LabVIEW与Multisim软件的握手连接[9,10]。结点法实现电路设计的步骤为：在Multisim环境下标记并设置各实验的输入/输出端口；将Multisim文件保存在固定的文件夹下；打开LabVIEW前面板，并按照要求设计模块放置位置，同时在功能模块中调用与Multisim模块相连接的控件进行LabVIEW仿真[11]。调用法的实质是：在LabVIEW软件中直接打开Multisim，然后在Multisim中进行电路的仿真[12]。具体步骤如下：在后面板中利用Multisim Circuit Name打开文件，获取Multisim中的电路图，并把电路图转换为二维图片显示到LabVIEW前面板中；打开仿真界面找到自定义路径,在Multisim中完成仿真。若想回到结点法仿真界面，点击“返回仿真”即可，页面将自动跳转到LabVIEW仿真界面中[13]。
目前基于NI平台的研究大多有关虚拟实验室系统，国内许多研究者相继对虚拟实验系统进行了深入研究，建立了半实物或全数字的虚拟实验平台。文献[14]设计了一种纯软件方式实现的计算机组成原理虚拟实验室，操作者只需进行实验电路图的搭建，运行电路就能查看、分析实验结果，易于操作、功能完善。文献[15-17]采用半实物方式设计了基于LabVIEW虚拟仪器的远程实验室，通过LabVIEW采集各个实验仪器的数据，并加以修正以便更好的显示在LabVIEW所设计的示波器上。半实物形式可以提高实验仪器的利用率， 但如何将分散的实验仪器有效的整合，采集的数据如何保证有效性和实时性都是研究的重点与难点。文献[17]提出虚拟实验室设计思路，分为基于仿真的实验模块和基于现场实物的实验模块，并以实例说明实验过程，证明其有效性。文献[18,19]介绍了采用LabVIEW结合Multisim进行交互仿真，前者仅仅应用到三极管输出特性曲线的测试，没有进一步推广应用到整个虚拟电子实验室；后者侧重于虚拟实验室的构建，缺少各个实验模块实现过程，特别是LabVIEW、Multisim交互仿真的实现。文献[20]采用了Multisim 10与LabVIEW相结合来测试单结晶体管弛张振荡电路中电容器的充放电尖脉冲波形，其方法是首先Multisim 10输出的数据为Excel格式的电子表格，然后利用LabVIEW读入该Excel表格数据进行分析和显示。文献[21]采用NI公司提供的Multisim tools实现Multisim与LabVIEW的结合。其原理是：首先把Multisim格式的仿真数据转化为LabVIEW格式的数据供LabVIEW使用，如果需要LabVIEW提供数据给Multisim，那么把LabVIEW格式数据转化为Multisim格式数据[22]。但是，文献[20,21]采用的方法都没有做到实时联动的仿真，为了解决这个问题实现实时联动仿真，文献[23]介绍一种由LabVIEW控制设计与仿真模块和LabVIEW-Multisim联合仿真插件组成的实时联动的仿真解决方案。
随着计算机技术、信号处理技术和虚拟电子技术的高速发展，NI平台将广泛应用于数字电路实验实践中。
本课题的价值：
在电子技术课程中，数字电路作为电子类专业的基础核心课程，其实验教学是十分重要的环节。传统电子学实验教学，每种仪器都必须配置多套，而且有些仪器设备价格十分昂贵，造成实验室设备经费投入巨大、利用率不均衡，管理工作繁杂等问题[24]。为了缓解该问题可利用新型技术研制出虚拟仪器，采用NI平台辅助学生进行虚拟实验，以缓解日益繁重的实验教学课程[25]。充分利用虚拟仿真技术，有助于解决高成本、长周期的实验教学难题，并且可弥补受地域环境、仪器设备和安全因素等限制的不足，对于探索实验教学新模式、培养电子信息人才具有重要而深远的意义[26,27]。
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