虚拟仪器labview模拟电路试验虚拟设计

1、昆明理工大学综合设计实验报告信息工程与自动化学院自动化系题目基于 labview 的模拟电路实验虚拟系统的设计姓名学号专业设计时间2013-5-2414 / 13一、选题分析目前, 电路和电子技术实验是电类专业学生必修并且非常重要的专业基础 课，实验中常用的传统仪器包括 : 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

2、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

3、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

4、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

5、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、

6、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Basic Function Generator 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Simulate Signal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Waveform G

7、raph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。賣血訂 «*（£）玉咋g IME 楚口附17pt应用厘静41于牯*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

8、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。offwtfrequrencysignal cuterror in (l O errOri|i:”丄图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

9、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。«*lTim_Q«_Q- u 冷Q-« o-0_QQE «I- >dah 口 be q h min u a a M ( in«in t0 05Tl-*4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

10、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

11、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90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

12、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

13、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