虚拟仪器基于labview的模拟电路实验虚拟系统的设计Word文档下载推荐.docx

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数字万用表、函数信号发生器、示波器、直流稳压电源等。

很多专业性实验还需要一些特殊仪器，比如波特仪、直流电桥、逻辑分析仪等。

熟练使用仪器是学生通过实验必须具备的一个基本技能,但实验中往往由于学生紧张,仪器较多，结果学生经常忙于调节仪器而没有太多时间专注于对实验原理的研究和实验结果的分析,导致实验的效果并不理想,也不利于学生更深层次的学习和提高。

虚拟仪器的设计思想是基于计算机的强大功能,采用接口标准化的硬件进行数据采集,而对数据的分析、处理、显示则通过软件编程实现,即采用“软面板”,用户自己定义仪器功能。

我们可以在通过电路实验练习掌握传统仪器,在这种基础之上接触并学习虚拟仪器，并将虚拟仪器运用到电子技术实验中,就可以减少对仪器问题的困惑,而使我们分析及解决问题能力得以提升,并且可以早点通过使用虚拟仪器提前与专业接触,更有利于与后续专业课的学习和提高[1]。

积分微分器的实质是对信号进行处理，传统的积分微分器的设计是用窗口函数将理想积分微分器的脉冲响应截断来实现的，不同的窗口函数以及不同的窗口宽度对设计的积分微分器都有较大的影响。

对于虚拟仪器来说，则具有丰富的函数功能、数值分析、可编程性以及直观等众多优势。

因此，研究虚拟积分微分器具有十分重要的实际意义。

LabVIEW是一种图形化编程语言，作为数据采集和仪器控制软件的标准被广泛应用于工业界、学术界和研究性实验室。

LabVIEW是功能强大、灵活的多平台仪器和分析软件系统。

通过采用虚拟仪器开发语言LabVIEW开发一个积分微分器，阐述基于LabVIEW的虚拟仪器在模拟电路实验中应用的实践性，并完成系统的仿真调试，让学生能够真正地的理解并完全地掌握LabVIEW技术。

二、方案设计与论证

1、虚拟仪器VI的设计

（1）、在虚拟仪器前面板设置窗口控件，并创建“流程图”中的端口。

首先在前面板开发窗口使用工具模块中的相应工具，从控制面板中取出和放置好所需要的软件，进行控件属性参数设置，标贴文字说明标签。

前面板是模仿实际仪器的面板，通过鼠标和键盘为控制对象输入数据，然后在计算机屏幕上显示结果。

（2）编写试验系统的流程图，虚拟仪器从流程图中接受命令。

在流程图编辑窗口，放置节点、图框，并创建前面板控件，在流程图编辑窗口使用工具模板中相应工具，从Functions模板中取用并放置好所需要的图标，它们是流程图中的“节点”、“图框”。

（3）数据流编辑，是使用连接工具按数据流的方向将端口、节点、图框相连，实现数据从源头按规定的运行方式达到目的终点。

（4）运行检验，有两种检验方法，即仿真检验和实测检验。

（5）数据观察。

当检验观察中发现错误时，用鼠标点击“HighlightExecution"

按钮，观察数据流中各个节点的数值。

（6）命令存盘，保存设计好的虚拟仪器VI。

2、信号发生器的实现

信号发生器是指产生所需参数的电测信号的仪器。

按信号波形可分为正弦信号、函数信号、脉冲信号和随机信号等四大类。

信号发生器又称为信号源或者振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。

能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

3、基本信号发生器的实现

基本信号发生器是用来产生各种常用的信号波形，包括正弦信号、余弦信号、方波信号、三角波信号、锯齿波信号等。

用到的函数是BasicFunctionGenerator函数，其中用输入控件来控制信号的类型、频率、幅值和相位等参数，用图表显示信号波形。

基本信号发生器的前面板及流程图如图1-1、1-2所示。

图1-1基本信号发生器流程图

图1-2基本信号发生器前面板图

4、模拟信号发生器的实现

模拟信号发生器用函数SimulateSignal来实现，将信号的幅值、频率、相位等参数放在一个簇来完成，模拟信号波形用WaveformGraph来显示，通过改变信号的参数可以得到不同的波形。

模拟信号发生器的前面板和流程图如图1-3，1-4所示。

图1-3模拟信号发生器流程图

图1-4模拟信号发生器前面板图

5、积分微分器的设计

（1）仪器面板图采用WaveformGraph来显示信号积分微分前后的波形，信号类型可以选择波形的类型（如正弦波、方波、三角波或锯齿波），可以通过前面板上的按钮（幅值、频率、相位和偏移量）来设定仿真信号的一些参数[9]。

（2）仿真信号的生成采用LabVIEW中设计的典型信号生成模块。

将仿真信号生成和函数处理经过必要的连接放入一个Whlie循环结构中就构成了积分微分器流程图。

6、积分微分器流程设计

积分微分器的流程图如图1-5所示。

图1-5积分微分器流程图

程序运行过程如图1-6所示：

图1-6程序运行过程图

参数设置

主要对输入波形的类型还有参数进行设置，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等设置，还有进行参数的设置，如频率、振幅、偏移量、延时、相位进行设置。

参数设置如图1-7。

图4-7参数设置图

7、积分微分器前面板的实现

前面板就是用户用来跟程序交互的一个工具。

当运行VI时，打开前面板，然后向执行程序输入数据。

前面板用于设置输入数值和观察输出值，可以通过运用前面板上的按钮等来实现各种所需的操作，利用LabVIEW中的控制模块可以完成对信号的选择和各种参数的设定。

如频率、幅值、相位、偏移量等。

如果经过处理后的信号不与理论效果相符，还可以通过重置按钮重新设定参数等，虚拟积分微分器的前面板如图1-8所示。

图4-8前面板图

由上图可知，前面板由三个波形图构成，上边的是积分微分前的波形图，下边的是经过积分微分的波形图。

左边的是对波形参数设置的按钮。

如果经过积分微分处理后的波形图与理论不符合，可以通过信号重置按钮重新都参数进行设定。

三、程序的前面板和程序框图的设计与调试步骤

1、积分微分器流程图设计

最后，生成仿真信号、选择和函数处理，再连线后加入一个While循环结构设置一个延时器，就完成了积分微分器的基本流程了。

积分微分器程序框图如图1-9，1-10所示。

图1-9正弦波/方波程序图

当按下布尔，条件变为真时，程序选择输入为三角波、锯齿波，如下图：

图1-10三角波/锯齿波程序图

2、积分微分器的调试过程

积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。

它是组成模拟计算机的基本单元。

积分电路是控制和测量系统中学用的重要单元，利用其充放电过程可以实现延时、定时以及各种波形的产生。

[10]对于输入信号的不同，积分电路可表现出不同的输出特性：

积分电路能将输入的矩形波电压变换成斜坡电压，具有变换波形的作用，也就是说能把一个方波变成三角波，即若输入为方波信号，则积分电路表现为充电与放电交替进行的状态，对外表现为三角波，积分电路也具有移相的作用，也就是能把正弦波变成余弦波。

若输入为正弦波，则积分电路表现为输出超前输入9O度相位的正弦波。

微分是积分的逆运算，微分电路也具有移相作用，当输入电压为正弦波时，输出波形将滞后90度，成为余弦波。

当输入信号为三角波信号时，输出电压的波形为方波，输出电压与输入电压的相位相反。

当按下信号选择器按钮选择正弦波的布尔按钮选择为假之后，并对输入波形参数进行设置，设置延时为0.5s，幅值为10，频率为80，相位为40，偏移量为0时，然后进行微分流程，波形在前面板显示。

四、实验实验结果及分析

1、正弦波积分微分结果

图1-11正弦波积分微分波形图

2、方波积分微分结果

变化波形之后，选择方波运行，结果如下图所示：

图1-12方波积分微分波形图

3、三角波积分微分结果

按下布尔按钮选择为真的一支之后，然后选择输入三角波，结果如下图所示：

图1-13三角波积分微分波形图

4、锯齿波积分微分结果

当选择输入锯齿波时，输出波形如下图所示：

图1-14锯齿波积分微分图

5、分析

根据前边对输入波形的积分和微分处理之后的波形图可以看出，本设计的虚拟积分微分器确实具有对输入信号积分微分的作用，例如，正弦波微分变为余弦波，方波积分之后变为三角波等。

实验结果跟理论互相一致，说明设计正确，从设计过程及其操作中可以发现，这种操作确实比较简捷，波形图观察起来特别直观，分析过程也同样容易，所以，研究基于LabVIEW的积分微分器的设计还是非常有用的。

五、总结与体会

虚拟仪器是一种新型仪器，虚拟仪器的出现改变了传统仪器的概念，它的出现可以说是仪器领域的一次巨大的突破。

虚拟仪器不仅简化了仪器的结果，而且使仪器测量简单化。

信号发生器和积分微分器是两种对信号处理的基本仪器，本文研究的信号发生器和虚拟积分微分器不仅具有积分微分器的作用，而且还使得虚拟仪器在设计中体现出其突出的优势。

与传统的仪器相比较，虚拟仪器具有突出的优点。

主要表现在：

（1）LabVIEW作为图形化的编程语言，可操作性跟直观性比较强。

（2）通过用户模块可以对数据处理的过程进行分析。

（3）资金投入少，编程比较方便。

虽然设计达到了预期的要求，但是由于本人能力有限，设计中还存在或多或少的问题，主要表现在：

（1）设计中对输入信号的选择，只选择典型信号，而没有对任意信号进行处理。

（2）影响积分微分过程的参数应该不止文中提到的，因此所得结果不是很精确。

（3）积分微分器的用途较少，还需要进一步了解和掌握。

参考文献

吴成东孙秋野盛科，LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用，北京：

人民电邮出版社2008.12（2012.11重印）