1 虛擬實驗教學系統總體框架
虛擬實驗教學系統的研發採用模組化設計思想，根據系統的功能實現劃分為登入模組和實驗模組。
系統應用教育電子身份號( e2 ID) 實現系統使用者的實名制。e2 ID 是教育管理部門根據個人基礎資訊和隨機數生成的標識碼，可以在設定使用者實名制的同時保障使用者的隱私。e2 ID 使用者在通過身份驗證後才能夠使用系統各項功能，這樣不僅保護了系統的私有資料，也給整個實驗教學系統程式提供了安全屏障作用。使用者登入後，可以檢視以往實驗的成績、並選擇實驗自行開啟操作演練，實驗完成後還可將實驗結果的分析報告進行儲存和提交。此外，還可以對系統提出建議，管理員會實施可行性改進處理。管理員還能適時增加實驗操作的例程設定，使實驗選擇不至於侷限，從而開拓加強系統學習應用領域中學生才能的廣泛發揮和展現空間。特別指出的是，LabVIEW 內部有大量的用於訊號處理的分析函式，因此尤其適合《訊號與系統》、《數字訊號處理》和《通訊原理》等課程的虛擬實驗專案開發，本系統的實驗模組採用可擴充套件設計，並以訊號調製解調實驗為例介紹實驗模組的設計與實現。
2 使用者登入與管理模組的設計與實現
2.1 LabVIEW 與資料庫
系統可以訪問資料庫來實現使用者登入及管理，但是LabVIEW 本身並不具備資料庫訪問功能，通常利用其擴充套件工具包來解決這一問題。研究可知，常規情況下可使用以下5種方式實現LabVIEW 與資料庫的連線。具體論述如下。
1) 利用NI 公司的附加工具包LabVIEW SQL Toolkit 進行資料庫的訪問; 該工具包集成了一系列的高階功能模組，這些模組封裝了大多數的資料庫操作和一些高階的資料庫訪問功能。不僅功能強大，操作簡單，而且也不需要學習SQL 語法，但卻需要額外購買，價格昂貴，將會增加系統成本。
2) 利用LabVIEW 的ActiveX 功能，呼叫Microsoft ADO 控制元件，選用SQL 語言實現資料庫的訪問; 使用這種方法需要使用者對Microsoft ADO 控制元件以及SQL 語言有頗深的瞭解，並且需要從底層經由複雜的程式設計才能獲得實現，這對於大多數使用者來說也是不現實的。
3) 通過呼叫動態連結庫( dynamic link library ，DLL) 實現資料庫訪問，先編寫DLL，再利用LabVIEW 的呼叫庫函式節點( calling function node ，CLFN) 呼叫此DLL 訪問資料庫。該方法的執行過程需要配合以複雜繁瑣的程式設計，因而不利於非專業程式設計人員設定功能的預期達成。
4) 利用中間檔案存取資料。先將資料暫時存放在開發平臺中的資料夾，待模擬結束後再用專門的軟體工具將資料匯入到資料庫中。這種方法操作過程繁複，並不利於使用。
5) 利用第三方開發的免費工具包LabSQL 來進行資料庫的訪問。LabSQL 進行資料庫訪問實際是利用Microsoft ADO和SQL 語言將繁雜的低層操作通過封裝來生成實現的。也就是，將其轉換為許多對應的LabSQL Vis，簡單易用。綜上分析比較可得，本文設計的資料庫訪問是採用免費的工具包LabSQL 來支援實現的。因其不僅能免費獲取，應用簡單便捷，同時，幾乎還可以對任何型別資料庫設計配備查詢或操作，實用性強，為教學系統研發提供理想工具便利。
本文采用的是Access 資料庫。在使用LabSQL 之前. 首先需要在Windows 作業系統的控制面板中，呼叫“ODBC 資料來源管理器”建立的Access 型別的MDB 資料庫。
在登入系統中很多時候都要用到資料庫連線，因此將其作為一個獨立的VI，首先建立connection 物件，然後利用ADOConnection 建立與資料庫的有效連線，“DSN=mydb”，並呼叫SQL 獲取資料庫中的全部資訊，最後引用ADOConnection 關閉與資料庫之間的連線。
2.2 使用者許可權
使用者登入系統中設定有使用者許可權，分別為管理員使用者和普通使用者。進一步地，管理員使用者登入後的主介面包括“實驗操作”、“使用者管理”、“修改密碼”、“退出管理”等功能專案，而登入賬號的許可權是普通使用者時，“使用者管理”這個事件結構屬性將設定為不可見，從而將不會具有“使用者管理”這一項功能操作。
2.3 使用者登入
使用者登入與管理系統的主程式利用事件結構，分別建立“使用者登入”、“使用者名稱”、“使用者密碼”、“進入系統”、“使用者管理”、“修改密碼”、“退出系統”等7 個子事件。
利用使用者名稱和使用者密碼進行使用者登入。如果使用者名稱、密碼和資料庫的資料匹配，則進入登陸後主介面; 反之如果使用者名稱、密碼和資料庫的資料並不匹配，系統將出現“您輸入的使用者名稱或密碼錯誤，請重新輸入”的錯誤提示。
使用者登入後主介面除了基本的功能按鍵，主介面的左邊顯示有使用者的基本資訊，包括“使用者名稱”、“使用者許可權”、“登入次數”以及上次登入的時間。
2.4 使用者管理
管理員使用者點選使用者管理，程式會開啟“使用者管理”主介面，介面內容如圖4 所示。能夠對資料庫建立相關操作，其功能實現分別有“增加使用者”、“刪除使用者”、“退出管理”進行使用者增減。同時，雙擊使用者就能轉入編輯，不僅能對使用者名稱密碼進行編輯，還能對其使用者許可權開展監控修改。當點選“退出管理”時，能直接跳到圖2 主介面。使用者管理的功能實現也是通過事件結果，和使用者登入系統的程式設計方式類似。至此，已經實現了一個基本的使用者登入管理系統。本程式採用了LabVIEW 程式開發中常用的模組化結構，將程式分為主程式和子程式，兩者之間相互嵌入並連線，形成一個完整的使用者登入管理系統。
還需提及，在程式的主介面有“修改密碼”這一類項，單擊“修改密碼”，程式將呼叫“輸新密碼”子VI，在此程式設定中，採用了條件結構，具體就是利用SQL 命令“請輸入你的新密碼=‘’”修改密碼，只有當輸入2 次的密碼完全一致時，才能符合條件“真”更新資料庫。而後延時100 ms，將會彈出程式框圖中的字樣“密碼修改成功，請記住新密碼”。普通使用者若要修改密碼時，可直接在此處執行修改; 而當普通使用者忘記了密碼，則需聯絡管理員來協商修改密碼。
3 實驗模組的設計與實現
本文將實驗進行模組化設計，利用事件結構實現子程式的呼叫，使實驗模組操作更加簡潔容易。系統的實驗模組採用可擴充套件設計，可在實驗模組上增加任意課程所需的虛擬實驗，強化教學系統實驗教學的廣闊適用性。登入管理模組與實驗模組之間的控制表現為核心與從屬的.關係，通過主介面單擊“實驗操作”，能進入虛擬實驗操作介面。同時各模組之間又存在相互獨立性，實驗模組可進行各自分離的擴充套件設計。下面將以訊號調製解調實驗為例介紹實驗模組的設計與實現全過程。
調製解調，是調製和解調的合稱。本調製解調實驗限定採用4 種調製方式，分別為振幅調製( AM 調製) 、雙邊帶調製( DSB 調製) 、單邊帶調製( SSB 調製) 、殘留邊帶調製( VSB 調製) 。其中，振幅調製就是雙邊帶調製，即將調製訊號疊加直流後再與載波相乘的調製方式，如果在振幅調製中不疊加直流分量，便得到功率利用效應頗佳的雙邊帶調製方法。
此外，還有單邊帶調製方法——僅傳輸雙邊帶訊號的一個邊帶( 上邊帶或下邊帶) 調製，及殘留邊帶調製方法——不像單邊帶調製那樣，將產生的雙邊帶已調訊號的其中一個邊帶完全濾掉，而是逐漸切割，使其中一小部分得以殘留。殘留邊帶調製既解決了DSB 調製所出現的佔用頻頻寬的問題，又克服了SSB 調製中邊帶濾波器難以達到理想濾波器的缺點。調製解調虛擬實驗的LabVIEW 程式設計主要利用條件結構，通過旋鈕的2、3、4、5 來切換AM 調製、DSB 調製、SSB 調製、VSB 調製等不同調制方式。同時，為了方便教學，在實驗操作面板附加配備了說明資訊和使用說明2 個按鈕，其中內嵌了2 個不同的文字子VI，點選這2 個按鈕，就會呈現此實驗的基本知識和實驗原理，以及操作實驗流程等詳細的內容資訊，能夠清晰助益學生對知識及實驗主題的掌控與理解。在實驗報告中寫下相關結論，點選實驗報告儲存按鈕，就會在報告中生成實驗影象，生成一份完整的實驗報告。
4 結束語
本文基於LabVIEW 開發環境與Access 資料庫構建了一個完整的虛擬實驗教學系統。通過對LabVIEW 的程式設計與資料庫技術的分析，採用LabSQL 訪問Access 資料庫的方法實現了使用者登入與管理功能，從而提高系統的安全性，方便使用者操作。本文最後還展示了實驗模組中訊號調製解調虛擬實驗的設計與實現。此實驗突破傳統的理論教學，通過虛擬模擬，便利同學觀察調製解調的波形，加深學生對理論知識的理解，提高學生的實踐素養和綜合技能。
LabVIEW 已成為近幾年虛擬儀器開發的首選開發軟體，易學易用、功能強大。利用LabVIEW 設計的虛擬模擬實驗，在教學上，能通過模擬配合理論知識講述，改善授課的效率和學生的接受能力，課後學生能通過模擬實驗開展自主學習和研討，獨立的實驗則使學生能夠增進解決問題中的發散思維，這樣更能激發學生對課程知識的熱情和探索欲，提升創造力與創新意識。本文的設計實踐也為此後研究進展提供了一個可借鑑的有益思路。