基于LabVIEW技术的模拟电路实验的设计.doc
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1、摘要虚拟仪器是当今仪器技术发展的重点,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性应用于工业界、研究性课题。论文主要研究基于LabVIEW的模拟电路实验系统的设计,设计过程中的虚拟积分微分器采用图形化编程语言LabVIEW进行设计,通过各种波形信号的输入,对其各种参数进行设置,然后利用信号选择器选择所要输入的信号,然后经过程序的处理之后在前面板上显示积分微分前后的变化,在波形图中显示输入输出信号的波形,观察虚拟积分微分器的结果,得出结果与理论分析的结论是一致的。设计的积分微分器能对正弦波、方波、三角波等波形进行正确显示和积分微分处理。关键词:积分器;微分器;La
2、bVIEW榆林学院本科毕业设计(论文)The Design of Analog Circuit Experiment System Based onLabVIEWABSTRACTVirtual instrument is the instrument technology development focus, LabVIEW is a graphical programming language, as data acquisition and instrument control software is widely used in industry, academia, research
3、topic 。The paper mainly studies the design of analog circuit based on LabVIEW, and the design process of virtual differential device uses the graphical programming language LabVIEW, through various waveform signal input,and set various parameters, use a signal selector to select the input signal,thr
4、ough the process of treatment in the front panel display integral and differential change in the waveform display,and display the input and output signal on the waveform graph, analyze the virtual integral differential actuator result, the result is common with the conclusion of the theoretical anal
5、ysis。 In this paper,the design of integral differential device capable of sine wave, square wave, triangle wave, waveform display correctly and differential treatment。Keywords:Integral Device ; Differential Device; LabVIEW3榆林学院本科毕业设计(论文)目录摘要IABSTRACTII1 绪论11。1课题研究的意义11。2 本文研究内容12虚拟仪器简介32.1虚拟仪器的概念32。
6、2虚拟仪器发展史42.3图形化编程语言LabVIEW52。4 LabVIEW的开发环境63积分微分器介绍73。1积分微分运算的原理73.2积分微分器的设计方法83。3积分微分器的应用94模拟电路实验系统仿真设计114.1虚拟仪器VI的设计114。2信号发生器的实现114。2。1基本信号发生器的实现124。2.2模拟信号发生器的实现134.3积分微分器的设计144.3。1积分微分器流程设计144。3.2积分微分器前面板的实现164.3.3积分微分器流程图设计174。3。4积分微分器的调试过程及其结果184.4本章小结205结论与展望235。1结论235.2展望23参考文献24致谢251榆林学院本
7、科毕业设计(论文)1 绪论1。1课题研究的意义目前,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
8、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。La
9、bVIEW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。1.2 本文研究内容本文要求结合虚拟仪器技术和软件编程技术完成设计并实现一个虚拟积分微分器,完成对系统的检测与调试。整个系统分两个部分,即硬件部分与软件部分,硬件部分主要由计算机和数据采集模块组成.数据采集模块可采用模拟仿真信号或者数据采集
10、卡,本文重点放在积分微分器的参数设置和功能设计的实现.本文首先进行虚拟积分微分器的整体设计,掌握虚拟仪器的软件编程环境LabVIEW的使用。然后,用LabVIEW编程实现虚拟仪器的采集模块、参数测量模块、积分微分处理模块的设计。再进行检测仿真。本文文章的主要安排:第一章:绪论部分,综述本文的可以研究意义、内容及其背景。第二章:虚拟仪器的发展史和概念,以及图形化编程语言LabVIEW软件的基本介绍。第三章:积分微分器的介绍,比如积分微分运算、原理及其应用等.第四章:本文的关键部分,即对虚拟仪器VI的设计和积分微分器的设计,主要是前面板和程序框图的设计,将所设计的虚拟积分微分器进行实验,验证所设计
11、的虚拟积分微分器运行可靠。第五章:论文总结.2虚拟仪器简介虚拟仪器是上世纪90年代初期出现的一种新型仪器,是现代实验室的基础。虚拟仪器由计算机、软件、模块式硬件组成,这些软硬件组合并它配置后模拟了传统的硬件仪器功能.虚拟仪器也称为LabVIEW程序。由于其功能是由用户软件定义的,所以虚拟仪器功能非常灵活、强大而又经济。因此,虚拟仪器代表了当前测试仪器发张的方向之一,使人类的测试技术进入了一个新时代。2。1虚拟仪器的概念虚拟仪器简称VI,是美国国家仪器公司于1976年最早提出的2.它既具有传统仪器的功能,又区别于其他系统仪器,它能充分发挥利用计算机技术的应用,使仪器的测量和测试以及调试仿真等变得
12、简单。虚拟仪器是现代实验室的基础,其由计算机、应用软件和模块式硬件组成,也称之为LabVIEW程序。由于其功能是由用户软件定义的,所以虚拟仪器功能非常灵活、强大而又经济。虚拟仪器是指通过应用程序把计算机的功能模块和仪器硬件部分结合在一起,用户通过虚拟前面板来操作计算机从而完成对信号的采集、分析、仿真、显示等。虚拟仪器的实质就是充分利用计算机技术来实现传统仪器的功能。系统框图如图21所示。应用软件开发仪器驱动程序通信管理仪器驱动程序通信接口仪器接口VXIGPIB其他串口图2-1 虚拟仪器系统框图2。2虚拟仪器发展史虚拟仪器是现代实验的基本组成部分,虚拟仪器的发展主要经历了五个重要的时代,下边将各
13、个时代的主要仪器代表作出简单介绍。(1) 第一模拟时代以电磁感应基本原理为基础的指针式仪器,如电流电压表,万用表等.(2) 第二代分立元件式仪器20世纪50年代出现电子管、60年代出现晶体管,从此测试仪器就进入了电子晶体管时代。(3) 第三代数字化仪器20世纪70年代,随着集成电路的出现,出现了以集成芯片为基础的第三代仪器,代表有数字万用表、数字频率仪等.(4) 第四代智能仪器微电子技术的微处理器的出现,使虚拟仪器进入了以微处理器为基础的时代。(5) 虚拟仪器虚拟仪器出现在上世纪90年代,它是一种新型仪器,它具有超越性,它将以前由硬件完成的信号处理工作交由计算机软件进行处理完成,从而使仪器的硬
14、件功能的软件化,给测试带来了巨大的改进,可以说,虚拟仪器的诞生是对传统仪器概念的重大突破,是仪器领域的一次新的改革。因此,虚拟仪器代表了当前测试仪器发展的方向,使人类的测试技术进入了一个新时代。我国基本还处于传统仪器跟计算机仪器分离的状态,结合我国的基本情况,我们必须一边引进先进仪器设备,一边自行研究开发,才能使我国在虚拟仪器这块领域站住脚.发展基于计算机的插卡式硬件模块为主的测控技术,发展以图形化为基础的软件,充分利用我们现有的计算机及测控技术硬件,缩短与国际先进水平的差距。随着计算机跟测控技术的发展,虚拟仪器的性能、集成、网络等都将有所提升3.虚拟仪器不仅能实现传统仪器的各种功能,而且还具
15、有传统仪器无法比拟的优点。虚拟仪器与传统仪器的区别如表2-1所示.表21 虚拟仪器与传统仪器的区别虚拟仪器传统仪器用户自定义仪器功能只有厂家才能定义仪器功能关键是软件,系统性能强关键是硬件,系统性能一般可与网络连接与其他设备连接受限制技术更新时间短技术更新时间长数据可以编程、打印数据无法进行此操作维护费用较低维护费用高价格低廉价格昂贵开放、灵活性强封闭性、配合差2。3图形化编程语言LabVIEWLabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的缩写,它是一个使用图形符号来编写程序的编程环境。LabVIEW是一个功能强大的仿真
16、工具,常用于从外部数据源获取数据,并拥有众多与这些功能实现相关的VI。LabVIEW可以通过GPIB总线实现数据的传输3.它它不同于传统的编程语言,如C语言,C+或Java,这些语言使用文本方式编程.然而,LabVIEW不仅仅是一种编程语言,它还是为科学家和工程师等设计的一种编程开发环境和运行系统,编程知识这些人工作的一部分。主要以框图形式编写程序,用于数据采集、仪器控制等领域,作为一个比较完整的软件开发环境,它为我们提供了实现仪器编程和数据采集系统的简化方法,可以大大提高工作效率。一个完整的LabVIEW程序包括三个主要的组成部分,即前面板、框图和图标。简单的说,前面板就是一个窗口,用户通过
17、它与程序交互。当运行VI时,必须打开前面板,以便向执行程序输入数据。前面板主要由控件和指示器组成,控件可以让用户输入数值,向VI的框图提供数据。指示器显示由程序产生的输出信息。用户可以使用鼠标和键盘进入输入,然后在屏幕上观察程序产生的结果.框图保存LabVIEW VI的图形源代码,由LabVIEW的图形化编程语言构成。框图是实际可以执行的程序,前面板上的对象对应于框图上的终端,这样数据可以从用户传送到程序及再传回用户。图标是VI的图形表示,用于把LabVIEW程序变成一个子程序,以便在其他程序中调用。2.4 LabVIEW的开发环境所有的 labVIEW 应用程序都是由前面板、流程图以及图框三
18、部分组成4。(1)前面板:是图形用户界面,用户输入控制和输出显示来构成。控制是用户输入数据到程序的接口,而显示是输出程序产生的数据接口.控制和显示是用各种图形形式显示在前面板,具体表现为:旋钮、开关、图形图标以及其他控件和显示的对象等,这使用户界面更加直接观察和理解。(2)程序框图:由节点、端点、图框和连接线四种元素构成。labVIEW 有两种节点类型,函数节点和子VI节点。labVIEW 以编译好的机器代码供用户使用,而子VI节点是以图形语言形式提供给用户,用户可访问和修改任一子VI的节点代码,但无 法对函数节点进行修改。(3) 图框是labVIEW实现程序结构控制命令的图形表示。如循环控制
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