《構(gòu)建基于labview的模電虛擬實驗系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器課程設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《構(gòu)建基于labview的模電虛擬實驗系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器課程設(shè)計（11頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、構(gòu)建基于labview的模電虛擬實驗系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器-課程設(shè)計構(gòu)建基于labview的模電虛擬實驗系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器開題報告一、目的與意義使用labview軟件制作一個模電虛擬實驗系統(tǒng)。LabVIEW是一個具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，它內(nèi)置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性，提供強大功能的同時還保證了系統(tǒng)靈活性。LabVIEW將廣泛的數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在了同一個環(huán)境中，讓您可以在自己的平臺上無縫地集成一套完整的應(yīng)用方案。從現(xiàn)實的意義上來說，在高等工程教育中采用虛擬實驗室，可以從根本上解決實驗與實習(xí)經(jīng)費嚴(yán)重短缺問題。作為傳統(tǒng)電子技術(shù)實驗的補充，使學(xué)生初步掌握仿真軟件

2、技術(shù)，可使實驗內(nèi)容緊密聯(lián)系課本內(nèi)容，比較全面地概括和反映部分所學(xué)的知識點，將課堂內(nèi)容具體化。 同時，利用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)對儀器設(shè)備的遠(yuǎn)程、分布式控制，。一方面繼承實物實驗可操作性、參與性強的優(yōu)點，另一方面又可利用計算機優(yōu)勢，發(fā)揮其直觀、動態(tài)模擬、迅速準(zhǔn)確、資源共享、資金投入量少等特點，從而建立一種新型的實驗教學(xué)方式，進(jìn)一步提高教學(xué)效率。二、方案的論證及實施1虛擬儀器虛擬儀器徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由生產(chǎn)廠家定義，用戶無法改變的局面，從而使得任何一個用戶都可以方便靈活地用鼠標(biāo)或按鍵在計算機顯示屏幕上操作虛擬儀器軟面板的各種“旋鈕”進(jìn)行測試工作，并可以根據(jù)不同的測試要求通過窗口切換不同的虛擬儀器，或

3、通過修改軟件來改變、增減虛擬儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。虛擬儀器具有的這種“可開發(fā)性”和“可擴展性”等優(yōu)越特點使虛擬儀器具有強大的生命力和競爭力。 2.2 labview的優(yōu)勢我們以前在實驗室做模電實驗的時候面對的是各種各樣的真實的儀器，以下的情況就可等造成實驗的誤差（1）電路連接錯誤，易造成電子元器件及測試儀器的損壞。學(xué)生不熟悉儀器操作也是造成儀器容易損壞的原因。（2）實驗的元器件離散性大，環(huán)境變化引起的溫漂、干擾等因素會造成實驗數(shù)據(jù)的偏差。而且傳統(tǒng)的電子技術(shù)實驗是以實物為主的，設(shè)備易磨損老化，需要定期更新；教學(xué)實驗室的設(shè)備配置與教學(xué)大綱的教學(xué)要求相對應(yīng)，隨著教學(xué)要求的提高及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，實

4、驗設(shè)備的技術(shù)水平也不斷提高，數(shù)量也要有所增加，這要消耗我們有限的教學(xué)經(jīng)費。 我們使用labview就可以避免以上的問題.3.3 設(shè)計方案 通過對labview的學(xué)習(xí)，逐漸把模電的基本電路用labview制作出來，最后完成整個模電虛擬實驗的設(shè)計虛擬示例 上面是一個簡單的運放，在實驗室里我我們看到的是一個小小的器件，在這里運放的功能，使用方法我們一目了然，而且我們可以方便的輸入我們需要的數(shù)據(jù)來驗證運放的功能。三、課程設(shè)計進(jìn)度安排12周：確定題目、收集資料。34周：學(xué)習(xí)labview的軟件的基本功能及使用。56周：練習(xí)制作基本的VI，熟悉labview的使用。78周：。復(fù)習(xí)模電相關(guān)知識，調(diào)制解調(diào)原理

5、，巴特沃斯濾波器。910周： 做一些基本模電電路的VI。1113周：設(shè)計一個正弦波仿真信號發(fā)生器1416周：在正弦信號發(fā)生器的基礎(chǔ)上完成調(diào)制解調(diào)器。1618周：撰寫論文、答辯。 目錄1緒論1.1虛擬儀器1.1.1 虛擬儀器的概念1.1.2虛擬儀器的構(gòu)成及其分類1.2 LabVIEW開發(fā)平臺簡介及G語言1.3目的與意義2工具LABVIEW2.1 LabVIEW開發(fā)平臺簡介2.2 LabVIEW的優(yōu)勢2.3 LabVIEW應(yīng)用解決方案3 方案論證3.1可行性研究3.2系統(tǒng)的功能作用3.2.1輔助課堂教學(xué)3.2.2仿真 3.2.3便于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性思維3.2.4完善電子線路的遠(yuǎn)程教學(xué)4 LabVIE

6、W模塊4.1函數(shù)簇bundle4.2 波形圖4.3 正弦波形發(fā)生器簡介4 .4 巴特沃斯低通濾波器5 程序設(shè)計 5.1虛擬正弦波仿真信號發(fā)生器5.2虛擬調(diào)制解調(diào)器6 結(jié)論7 致謝8 參考文獻(xiàn)600基于LabVIEW的虛擬模電實驗的構(gòu)建 調(diào)制解調(diào)器摘要：虛擬技術(shù)的發(fā)展使模擬電子技術(shù)實驗的分析設(shè)計過程得以在計算機上輕松、準(zhǔn)確、快捷地完成。這樣，一方面克服了實驗室在元器件和規(guī)格上的限制，避免了損壞儀器等不利因素，另一方面使得實驗不受時間及空間的限制，從而促進(jìn)模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)的現(xiàn)代化。本文介紹了基于LabVIEW的模擬電子技術(shù)實驗系統(tǒng)虛擬調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)。此系統(tǒng)具有參數(shù)調(diào)節(jié)方便、易實現(xiàn)、可靠

7、度高等優(yōu)點。在高等工程教育中采用虛擬實驗室，可以從根本上解決實驗與實習(xí)經(jīng)費嚴(yán)重短缺問題。作為傳統(tǒng)電子技術(shù)實驗的補充，使學(xué)生初步掌握仿真軟件技術(shù)，可使實驗內(nèi)容緊密聯(lián)系課本內(nèi)容，比較全面地概括和反映部分所學(xué)的知識點，將課堂內(nèi)容具體化。關(guān)鍵詞： LABVIEW 模擬電子技術(shù)虛擬實驗 調(diào)制解調(diào)器Abstract：The development of virtua technology that makes the analysis design course of simulated electronic technology test have in computer on relaxed , ac

8、curate is completed shortcutly.In this way, it overcame laboratorys limit on electronic component and standard. Meanwhile, laboratory wasnt limited on time and space, and it accelerated experiment teachings modernization about simulated electronic technology test.This paper has introduced the simula

9、ted electronic technical experiment system based on LabVIEWrealization and the design of virtua modem. This system has parameter regulation convenient, easy realization and reliability higher advantage. In higher project education, adopt virtua laboratory , can solve experiment and practice funds se

10、rious scarce problem from foundation. As the supplement of traditional electronic technical experiment make student preliminary grasp emulation software technology, it can make experiment content close connection textbook content, comparison summarizes and reflects all-sidedly that the knowledge tha

11、t studied partially is counted , will classroom content melt specificlyKeywords：virtua simulated electronic technology test Modem1緒論1.1虛擬儀器1.1.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念最早由美國N工公司于1895年提出n，其英文原稱為Vrul Instrument，簡稱vi。所謂虛擬儀器，就是在以計算機為核心的硬件平臺上，其功能由用戶設(shè)計和定義，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機測試系統(tǒng).虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的

12、控制面板，以多種形式表達(dá)輸出檢測結(jié)果:利用計算機強大的軟件功能來實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理:利用工/0接口設(shè)備完成信號的采集、測1t與調(diào)理，從而建立集各種測試功能為一體的計算機儀器系統(tǒng)。使用者通過鼠標(biāo)和鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺專用測盆儀器一樣。虛擬儀器徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由生產(chǎn)廠家定義，用戶無法改變的局面，從而使得任何一個用戶都可以方便靈活地用鼠標(biāo)或按鍵在計算機顯示屏幕上操作虛擬儀器軟面板的各種“旋鈕”進(jìn)行測試工作，并可以根據(jù)不同的測試要求通過窗口切換不同的虛擬儀器，或通過修改軟件來改變、增減虛擬儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。虛擬儀器具有的這種“可開發(fā)性”和“可擴展性”等優(yōu)越特點使虛擬儀

13、器具有強大的生命力和競爭力。1.1.2虛擬儀器的構(gòu)成及其分類虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(簡稱硬件平臺)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。（1） 虛擬儀器的硬件平臺 虛擬儀器的硬件平臺由兩部分組成:(a)計算機 一般為一臺PC機或者工作站，其為硬件平臺的核心。(b)I/0接口設(shè)備 I/0接口設(shè)備主要完成被測輸入信號的采集、放大、A/D轉(zhuǎn)換。不同的總線有其相應(yīng)的I/0接口硬件設(shè)備，如利用PC機總線的數(shù)據(jù)采集板卡、GPIB總線、VXI總線儀器模塊、PXI總線儀器模塊、串行總線儀器等。虛擬儀器的構(gòu)成方式主要有5種類型:. PC-DAQ系統(tǒng)PC-DAQ系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理電路及計算機為儀器硬件平臺組成的插

14、卡式虛擬儀器系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用計算機的PCI或工SA總線，數(shù)據(jù)采集卡直接插入計算機底板上的相應(yīng)總線插槽. GPIB系統(tǒng) GPB系統(tǒng)是以PB標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。. VXI系統(tǒng) VX 6是以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。. PXI系統(tǒng) PX工系統(tǒng)是以PXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。 . 串口系統(tǒng) 串口系統(tǒng)是以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。（2） 虛擬儀器的軟件目前虛擬儀器軟件開發(fā)工具有如下兩類:. 文本式開發(fā)平臺:如VisualC+,VisualBasic,Lab

15、Windows/CVI等，. 圖形化開發(fā)平臺:如LabVIEW,HPV E等。. 虛擬儀器軟件由兩部分組成，即應(yīng)用程序和I/0接口儀器驅(qū)動程序.應(yīng)用程序又包含實現(xiàn)虛擬面板功能的軟件程序和定義測試功能的流程圖軟件程序.I/0接口儀器驅(qū)動程序完成對特定外部硬件設(shè)備的擴展、驅(qū)動與通信.1.2 LabVIEW開發(fā)平臺簡介及G語言 LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境(LaboratoryVirtualInstrumentEniernokec) NTOANTUET,gnigWrbnh的縮寫，是美國國家儀器公司(AINLISRMNS簡稱NI) 推出的基于G語言(GraphicsLanguage,圖形化編

16、程語言)的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，全球發(fā)布僅次于C/C+十開發(fā)平臺。1.3目的與意義用LABVIEW構(gòu)建一個模擬電子技術(shù)虛擬實驗系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器。從現(xiàn)實的意義上來說，在高等工程教育中采用虛擬實驗室，可以從根本上解決實驗與實習(xí)經(jīng)費嚴(yán)重短缺問題。作為傳統(tǒng)電子技術(shù)實驗的補充，使學(xué)生初步掌握仿真軟件技術(shù)，可使實驗內(nèi)容緊密聯(lián)系課本內(nèi)容，比較全面地概括和反映部分所學(xué)的知識點，將課堂內(nèi)容具體化。 同時，利用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)對儀器設(shè)備的遠(yuǎn)程、分布式控制，。一方面繼承實物實驗可操作性、參與性強的優(yōu)點，另一方面又可利用計算機優(yōu)勢，發(fā)揮其直觀、動態(tài)模擬、迅速

17、準(zhǔn)確、資源共享、資金投入量少等特點，從而建立一種新型的實驗教學(xué)方式，進(jìn)一步提高教學(xué)效率。2工具LABVIEW2.1 LabVIEW開發(fā)平臺簡介 LabVIEW是一個完全的、開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，利用它組建儀器測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以大大簡化程序的設(shè)計。LabVIEW與Visual C+、Visual Basic、 LabWindows/CVI等編程語言不同，后者采用的是基于文本語言的程序代碼（Code），而L abVIEW則是使用圖形化程序設(shè)計語言G（Graphic），用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。Lab VIEW所運用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編

18、程過程和思維過程非常的相似。 LabVIEW包含有專門用于設(shè)計數(shù)據(jù)采集程序和儀器控制程序的函數(shù)庫和開發(fā)工具庫。 LabVIEW的程序設(shè)計實質(zhì)上就是設(shè)計一個個的“虛擬儀器”，即“VIs”。在計算機顯示屏 幕上利用函數(shù)庫和開發(fā)工具庫產(chǎn)生一個前面版（Front Panel）；在后臺則是利用圖形化的編程語言編制用于控制前面板的框圖程序。程序的前面板具有與傳統(tǒng)儀器相類似的界面，可接受用戶的鼠標(biāo)和鍵盤指令。一般來說，每一個VI都可以被其他VI調(diào)用，其功能類似于構(gòu)建基于labview的模電虛擬實驗系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器文本語言的子程序嵌套；而這種嵌套的層次，從理論上講，是不受任何限制的。 LabVIEW是帶有可擴展

19、函數(shù)庫和子程序庫的通用程序設(shè)計系統(tǒng)。它提供了用于GPIB設(shè) 備控制、VXI總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲的應(yīng)用程序模塊。 LabVIEW可方便的調(diào)用Windows動態(tài)鏈接庫和用戶自定義的動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)；LabVIEW 還提供了CIN (C Interface Node) 節(jié)點使得用戶可以使用由C或C+語言，如ANSI C, 編譯的程序模塊，使得LabVIEW成為一個開放的開發(fā)平臺。LabVIEW還直接支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換 （DDE）、結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）、TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。此外，LabVIEW還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠很方便的設(shè)置斷點，動態(tài)的

20、執(zhí)行程序來非常直觀形象的觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，以及進(jìn)行方便的調(diào)試。 LabVIEW的運行機制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮諾伊曼計算機體系結(jié)構(gòu)的執(zhí) 行方式了。傳統(tǒng)的計算機語言（如C）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機制所代替； 從本質(zhì)上講，它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式（Data Flow Mode），這種方式確保了程序中的函數(shù)節(jié)點（Function Node）只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。 也就是說，在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，它不受操作系統(tǒng)、計 算機等因素的影響。 既然LabVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動的，數(shù)據(jù)流程序設(shè)計規(guī)定，一個目標(biāo)只有當(dāng)它的所有輸

21、入有效時才能夠被執(zhí)行；而目標(biāo)的輸出只有當(dāng)它的功能完全時才是有效的。這樣，Lab VIEW中被連接的函數(shù)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。從而，我們可以通過相互連接函數(shù)節(jié)點快速簡潔的開發(fā)應(yīng)用程序，甚至還可以有多個數(shù)據(jù)通道同步運行，即所謂的多線程（Multithreading）。 LabVIEW的核心是VI。VI有一個人機對話的用戶界面前面板（Front Panel）和相當(dāng)于源代碼功能的框圖程序（Diagram）。前面板接受來自框圖程序的指令。在VI的前面板中，控件（Controls）模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的框圖程序；而指示器（Indicat

22、ors）則是模擬了儀器的輸出裝置并顯示由框圖程序獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。當(dāng)把一 個控件或指示器放置到前面板上時，LabVIEW便在框圖程序中相應(yīng)的產(chǎn)生了一個終端（Te rminals），這個從屬于控件或指示器的終端不能隨意的被刪除，只有刪除它對應(yīng)的控件 或指示器時它才會隨之一起被刪除。 用LabVIEW編制框圖程序時，不必受常規(guī)程序設(shè)計語法細(xì)節(jié)的限制。首先，從函數(shù)面板（Function Palette）中選擇需要的函數(shù)節(jié)點（Function Node），將之置于框圖上適當(dāng)?shù)奈恢茫蝗缓笥眠B線（Wires）連接各函數(shù)節(jié)點在框圖程序中的端口（Port），用來在函數(shù)節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)。這些函數(shù)節(jié)點包括了簡單的

23、計算函數(shù)、高級的采集和分析VI以及用來存儲和檢索數(shù)據(jù)的文件輸入輸出函數(shù)和網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。 用LabVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。我們可以將之用于頂層（Top Le vel）程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。一個VI用在其它VI中，稱之為subVI， subVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個圖標(biāo)的形式出現(xiàn)的；為了區(qū)分各個subVI，它們的圖 標(biāo)是可編輯的。LabVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計的概念。用戶可以把一個應(yīng)用任務(wù) 分解成為一系列的子任務(wù)，每個子任務(wù)還可以分解成許多更低一級的子任務(wù)，直到把一個 復(fù)雜的問題分解成為許多子任務(wù)的組合。首先設(shè)計subVI完成每個子任務(wù)，然后將之

24、逐步 組合成為能夠解決最終問題的VI。 圖形化的程序設(shè)計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，圖 形化的編程語言必將成為測試和控制領(lǐng)域內(nèi)最有前途的發(fā)展方向。 2.2 LabVIEW的優(yōu)勢 我們以前在實驗室做模電實驗的時候面對的是各種各樣的真實的儀器，但是這種傳統(tǒng)的實物實驗?zāi)Ｊ接幸恍┕逃械娜毕荩纾海?）學(xué)生不熟悉線路連接，在連接儀器時極易出錯。（2）線路連接錯誤，易造成電子元器件及測試儀器的損壞。學(xué)生不熟悉儀器操作也是造成儀器容易損壞的原因。（3）學(xué)生不能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度安排實驗時間，更不能像做家庭作業(yè)一樣在課余時間進(jìn)行練習(xí)。有限的教學(xué)時數(shù)與學(xué)生技能的提高矛盾突出。（4）

25、實驗的元器件離散性大，環(huán)境變化引起的溫漂、干擾等因素會造成實驗數(shù)據(jù)的偏差。（5）傳統(tǒng)的電子技術(shù)實驗是以實物為主的，設(shè)備易磨損老化，需要定期更新；教學(xué)實驗室的設(shè)備配置與教學(xué)大綱的教學(xué)要求相對應(yīng)，隨著教學(xué)要求的提高及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，實驗設(shè)備的技術(shù)水平也不斷提高，數(shù)量也要有所增加，這要消耗我們有限的教學(xué)經(jīng)費。而使用LABVIEW恰好能夠彌補實驗的不足。它的優(yōu)點是：（1）在計算機上即可完成和實現(xiàn)實驗的線路連接，例如，顯示檢測點的電壓電流波形及對電路進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析等多種分析，及時獲得實驗結(jié)果。（2）評估元器件參數(shù)變化（包括故障）對電路造成的影響。分析一些較難測量的電路特

26、性，如進(jìn)行噪聲（Noise）、頻譜（Fourier）、器件靈敏度（Sensitivity）、溫度特性（Temperature）分析等。（3）可以在短暫的實驗時間里快速完成較復(fù)雜的線路連接、測試工作。（4）可以很容易地實現(xiàn)對學(xué)生的量化評估。2.3 LabVIEW應(yīng)用解決方案LabVIEW自1986年正式推出，至今已發(fā)展到以最新版本LabVIEW7.0Express為核心，包括控制與仿真、高級數(shù)字信號處理、統(tǒng)計過程控制、模糊控制和PID控制等眾多軟件包，可運行于現(xiàn)今所有Windows系統(tǒng)、Linux,Macintosh,Sun和HP-UX等多種平臺的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件開發(fā)環(huán)境，們。其已被廣泛應(yīng)用于包括航

27、空航天、工業(yè)自動化、通信、汽車、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等世界范圍內(nèi)的眾多領(lǐng)域，其概括如下:（1）.LabV工EW應(yīng)用于測試與測量LabVIEW已成為測試與測量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過GPIB,VXI,PLC、串行設(shè)備和插卡式數(shù)據(jù)采集板卡可以構(gòu)成實際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它提供了工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動程序庫，同時還支持通過Internet,ActiveX,DE 、和SQL等交互式通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，它提供的眾多開發(fā)工具使復(fù)雜的測試測量任務(wù)變得簡單易行.（2）.LabV工EW應(yīng)用于過程控制和工業(yè)自動化LabVIEW強大的硬件驅(qū)動、圖形顯示能力和便捷的快速程序設(shè)計為過程控制和工業(yè)自動化提供了優(yōu)秀的解決方案.同時由于

28、NI公司提供有全系列的基于PC的多功能板卡，其與LabVIEW在底層即實現(xiàn)了軟、硬件的無逢連接，節(jié)約了系統(tǒng)的構(gòu)建時間并增強了系統(tǒng)可靠性。（3）.LabVIEW應(yīng)用于實驗室研究與自動化LabVIEW為科學(xué)家和工程師提供了功能強大的高技數(shù)學(xué)分析庫，包括統(tǒng)計、估計、回歸分析、線性代數(shù)、信號生成算法、時域和頻域分析等眾多科學(xué)領(lǐng)域。在聯(lián)合時域分析、小波和數(shù)字濾波器等高級或特殊分析場合，LabV工EW提供有專門的附加軟件包。3 方案論證3.1可行性研究在虛擬儀器系統(tǒng)中，信號的獲取與采集是由以計算機為核心的硬件平臺來完成的。在此硬件平臺基礎(chǔ)上，調(diào)用測試軟件來完成某種功能的測試任務(wù)，便可構(gòu)成該種功能的虛擬測量

29、儀器。在同一硬件平臺上，調(diào)用不同的測試軟件的可構(gòu)成不同功能的虛擬儀器。因此，出現(xiàn)了軟件就是儀器的概念。如對采集的數(shù)據(jù)通過測試軟件進(jìn)行標(biāo)定和數(shù)據(jù)點的顯示就構(gòu)成了一臺數(shù)字示波器；如對采集的數(shù)據(jù)利用軟件進(jìn)行FFT變換，則構(gòu)成了一臺頻譜分析儀信號分析與處理要求取的特征值，如峰值，真有效值，均值，均方值，方差，標(biāo)準(zhǔn)差，以及頻譜，相關(guān)函數(shù)，概率密度函數(shù)等，如用硬件電路來獲取，其電路是復(fù)雜的，昂貴的，甚至是不易實現(xiàn)的，然而用軟件編程來獲取是很容易實現(xiàn)的。這是虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器具有的絕對優(yōu)勢所在。 LabVIEW提供了各種常用的包括信號時域分析，相關(guān)分析，曲線擬合，微分，積分等信號分析、處理所需的圖標(biāo)。這些圖

30、標(biāo)各自對應(yīng)一段軟件子程序，可在流程圖編輯窗口中的function功能模板上的signal processing子模板上方便的調(diào)出，供用戶編輯流程圖使用。3.2系統(tǒng)的功能作用3.2.1輔助課堂教學(xué)傳統(tǒng)的模電技術(shù)教學(xué)往往是理論教學(xué)和實驗部分分開進(jìn)行。教師在教室內(nèi)用粉筆、黑板傳授抽象的理論知識，在黑板上畫電路圖，給學(xué)生分析電路特性，分析電路隨著某一元件的變化而變化的情況。教師講得辛苦，卻得不到理想的效果；學(xué)生聽課吃力，往往不得要領(lǐng)，很難對有關(guān)理論留下深刻的印象。進(jìn)行實驗，其主要目的就是為了檢驗課堂上傳授的理論知識，加深對理論的理解和記憶。但是我們很難將一個實驗搬到課堂中來，倘若有虛擬實驗室，便可以很

31、方便地利用其在課堂上進(jìn)行演示，讓抽象的理論及時得到檢驗，給予學(xué)生感官上的認(rèn)識，達(dá)到從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的有機過渡。3.2.2仿真 輔助實驗教學(xué)的開展，為學(xué)習(xí)者提供一個檢驗?zāi)ｋ娂夹g(shù)理論和知識的環(huán)境。充分利用計算機快速準(zhǔn)確將繁瑣的計算公式通過編制程序計算出結(jié)果，畫出精確仿真圖線，幫助學(xué)生理解和分析復(fù)雜的電路。學(xué)生可以獨立使用自己計算機中構(gòu)建的虛擬實驗室，主動設(shè)疑、實驗，不斷地得到實驗結(jié)果；并且可以修改參數(shù)，在不必?fù)?dān)心損壞儀器的情況下，迅速進(jìn)行實驗仿真，檢驗自己對所學(xué)知識的掌握情況，這對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)水平是有益處的。3.2.3便于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性思維教育的目的在于提高學(xué)生的分析能力、判

32、斷能力及創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。我們知道用實物設(shè)計制作復(fù)雜一點的電路，在連線上是十分復(fù)雜的，光連線就要花費不少功夫；接好電路后，為了使電路處于滿意的工作狀態(tài)，不斷的調(diào)整參數(shù)也是十分費時費工的。學(xué)生要運用自己學(xué)到的知識設(shè)計制作一個模電電路是一件很困難的事。現(xiàn)在，虛擬實驗室給學(xué)生創(chuàng)造一個優(yōu)良環(huán)境，學(xué)生可以充分發(fā)揮他們的智慧，展現(xiàn)他們的才華。3.2.4完善電子線路的遠(yuǎn)程教學(xué)實驗虛擬化，把實驗室搬到了網(wǎng)絡(luò)，更加完善了模電技術(shù)這門課的遠(yuǎn)程教學(xué)構(gòu)建基于labview的模電虛擬實驗系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器LabVIEW模塊4.1函數(shù)簇bundle4.2 波形圖4.3 正弦波形發(fā)生器簡介1 sine wave.v

33、i 圖標(biāo)調(diào)用路徑sine wave.vi 圖標(biāo)的調(diào)用路徑是functionsanalyzesignal processingsignal generationsine wave.vi2sine wave.vi圖標(biāo)與輸入，輸出端口參數(shù)圖1 sine wave.vi圖標(biāo) 圖2 sine wave.vi圖標(biāo)與端口圖函數(shù)圖標(biāo)左側(cè)一列為輸入端口，即該函數(shù)調(diào)用錢的參數(shù)設(shè)置端口。 Samples： 生成波形的總點數(shù)NAmplitude：生成波形的幅值。F： 生成信號的數(shù)字頻率。Phase in：生成波形的初始相位。Reset phase ：默認(rèn)生成值為true。當(dāng)為ture時，函數(shù)以Phase in的值作為

34、初始相位，如果該值為false，則函數(shù)以上一次調(diào)用后的Phase out輸出值為此次波形的初始相位，顯然，此時產(chǎn)生的信號波形是連續(xù)光滑的。 函數(shù)圖標(biāo)的右側(cè)一列為輸出端口，其各自的含義如下。 Sine wave：數(shù)組名，該數(shù)組內(nèi)存放所生成的波形數(shù)據(jù)。 Phase out ：當(dāng)Reset phase為ture時，該參數(shù)無效。當(dāng)Reset phase為false時，該參數(shù)作為下一次生成正弦波的初始相位。 Error： 錯誤代碼。若有錯誤，則輸出錯誤代碼。根據(jù)錯誤代碼，查找LabVIEW幫助文件，可以找到與錯誤代碼對應(yīng)的錯誤含義4.4 巴特沃斯低通濾波器 （1） 幅頻特性的一般表達(dá)式 巴特沃斯低通濾波

35、器是一種用所謂最平通帶特性去逼近理想低通特性的濾波器。其幅頻特性為|H()|=1/1+(/c)2n式中 ， n=1,2,3為濾波器的階次。（2） 一階巴特沃斯低通濾波器傳遞函數(shù)為：H(s)=Kb0/(b1s+b0)=K/(s+1)式中。=b1/b0 ,s=+j. 若令=0 得到頻率特性如下：H(j)= H()=k/(j+1)幅頻特征：A()= |H(j)|= k/1+(/c)2式中=1/為轉(zhuǎn)折頻率，與式 相比 它就是n=1時的式 相頻特性為：(j)= ()=-arctg=-arctg(/c)（3）butterwoeth filter.vi圖標(biāo)的調(diào)用butterwoeth filter.vi圖標(biāo)

36、的調(diào)用路徑執(zhí)行functionsanalyzesignal processingfilterbutterwoeth filter.vi操作。其圖標(biāo)為butterwoeth filter.vi圖標(biāo)butterwoeth filter.vi圖標(biāo)的參數(shù)設(shè)置butterwoeth filter.vi圖標(biāo)及其窗口構(gòu)建基于labview的模電虛擬實驗系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器圖中左側(cè)為輸入端口參數(shù)，右側(cè)為輸出端口參數(shù)。輸入端口參數(shù)如下：X 欲處理數(shù)據(jù)Sanpling feq; fs：采樣頻率，通常就是輸入數(shù)據(jù)X的采樣頻率，默認(rèn)為1.0，此值必須大于0。High cutoff freq：fh： 濾波器的低截止頻率，對低

37、通和高通濾波器，這個參數(shù)被忽略。Low cutodd freq：fl： 濾波器的低截止頻率，此頻率必須滿足采樣定律，fl的取值范圍為：0f1fs/2 ,其中，fs為采樣頻率。默認(rèn)值為0.125。order ：濾波器的階次， 其值必須是大于0的整數(shù)。Filter type 濾波器的類型，0表示lowpass （低通）1表示highpass（高通）2表示bandpass（帶通），3表示bandstop（帶阻）。輸出端口如下：filtered X：濾波后的數(shù)據(jù)。Error ： 錯誤代碼值， 返回值模塊執(zhí)行中的錯誤代碼。 5 程序設(shè)計 5.1虛擬正弦波仿真信號發(fā)生器(1)功能描述該正弦波仿真信號發(fā)生器

38、可產(chǎn)生正弦信號指標(biāo)如下頻率范圍 0.1Hz10kHz 可選初始相位 0180 可選幅值 0.1V5.0V 可選生成波的總點數(shù) N=8512 可選(2)設(shè)計步驟前面板設(shè)計（a）五個輸入型數(shù)字控件五個輸入型數(shù)字控件供使用者鍵入生成正弦波的頻率fx，初始相位，幅值，總采樣點數(shù)N和采樣頻率fs操作controlsnumericnumeric control 五次，得到五個輸入型數(shù)字控件，分別標(biāo)記為信號頻率采樣頻率采樣點數(shù)信號幅值和初始相位(b)一個輸入顯示圖型控件輸出顯示型圖形控件用來顯示所產(chǎn)生的正弦波波形執(zhí)行controlsgraphwave graph 操作，調(diào)入圖形控件graph。其橫軸為時間軸

39、。應(yīng)考慮到生成的信號頻率跨度大，在0.1Hz10kHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s0.1ms范圍內(nèi)，縱軸為電壓軸，生成信號幅值的范圍應(yīng)充滿整個顯示畫面，故選用graph顯示器。注意，控件參數(shù)設(shè)置應(yīng)考慮到采樣頻率fs，數(shù)字頻率f，一個周期采樣點數(shù)n與總點數(shù)N=samples的關(guān)系：fs=nfx，故fs的最大值應(yīng)是被測信號頻率fx最大值的n倍，且N=n(c)兩個開關(guān)控件執(zhí)行controlsbuttonvertical switch操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為復(fù)位相位執(zhí)行controlsbuttontext button操作，調(diào)入開關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為OFF如上設(shè)計的前面板如圖所示流程圖設(shè)計在流

40、程圖中執(zhí)行functionsstructureswhile loop操作，調(diào)入while循環(huán)結(jié)構(gòu)執(zhí)行functions numeric四次，可以分別放置一個除法器，一個倒數(shù)器，及兩個常數(shù)在流程圖中執(zhí)行functionsanalyzesignal processingsignal generationsine wave.vi操作，可調(diào)入sine wave.vi圖標(biāo)在流程圖中執(zhí)行functionsclusterbundle操作，調(diào)入bundle圖標(biāo)在流程圖中執(zhí)行functionstime&dialogwait操作，調(diào)入時鐘圖標(biāo)在流程圖中執(zhí)行functionsBooleannot操作，調(diào)入not圖標(biāo)

41、連線形成的虛擬正弦波發(fā)生器的流程圖如圖所示 圖 虛擬正弦波發(fā)生器前面板注所需的數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成信號頻率與采樣頻率之比的運算，同時將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為采樣間隔，給出正弦波形的采樣間隔，便于顯示。運行檢驗設(shè)置正弦信號f=0.2Hz，初相位=0，幅值=1.0V，采樣頻率=10Hz復(fù)位相位選為TRUE，采樣點數(shù)為100，生成的正弦波如圖所示圖 虛擬正弦波發(fā)生器流程圖5.2設(shè)計舉例虛擬調(diào)制解調(diào)器（1）功能要求用該調(diào)幅波解調(diào)器可觀察調(diào)幅波，以及經(jīng)過巴特沃斯濾波器后的解調(diào)信號波形。（2）調(diào)制解調(diào)原理（a）調(diào)幅波的數(shù)字表達(dá)式及其特性u(t)=Emz(t)sin0t 式中。Em常量 w

42、高頻載波角頻率。z(t)低頻緩變信號，其上限角頻率為上式就是調(diào)幅波的一般數(shù)字表達(dá)式，它反映了低頻緩變信號z(t)對一高頻振蕩信號sin0t的控制。通常一般將控制高頻信號的緩變信號稱為調(diào)制信號，載送緩變信號的高頻0振蕩信號sin0t稱為載波。利用信號z(t)來控制或改變高頻振蕩的幅值稱為調(diào)制過程。(b) 調(diào)幅波的解調(diào)調(diào)幅波u(t)的幅值反映調(diào)制信號數(shù)值的變化，在調(diào)制器之后加解調(diào)器，可將被測的調(diào)制信號z(t)與調(diào)幅波u(t)分離，并最后提取出來。解調(diào)器由乘法器和低通濾波器組成，其原理框圖如圖所示構(gòu)建基于labview的模電虛擬實驗系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器 圖 解調(diào)器原理框圖解調(diào)器中的乘法器有兩個輸入信號，一

43、個是待解調(diào)的調(diào)幅波u(t)u(t)=Ez(t)*sin0t式中。E比例常數(shù)乘法器的另一個輸入信號u(t)稱為參考信號，它應(yīng)是與載波頻率0相同頻率的高頻信號，考慮到實際情況中，載波信號sin0t會有一個相位差，則u(t)為： u(t)= Ur*sin(0t+)于是，乘法器的輸出y(t)為 y(t)=u(t)*sin(0t+)= Ez(t)*sin0t*U*sin(0t+)令A(yù)=EUr,并根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，上式可寫為y(t)= A z(t) sin0t*sin(0t+) =0.5A z(t)cos-cos(20t+) =0.5A z(t)cos-0.5A z(t)cos(20t+)當(dāng)乘法器后接的低

44、通濾波器的截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于頻率20，并大于信號z(t)的最高頻率時，上式中的頻率分量cos(20t+)項將被低通濾波器大大衰減，而只有差頻信號項0.5A z(t)cos輸出，于是解調(diào)器的輸出為f(t) 為：f(t)= 0.5A z(t)cos=kz(t)式中，k=0.5A cos為比例常量，可由實際標(biāo)定得到設(shè)計步驟前面板設(shè)計在上例虛擬正弦信號發(fā)生器發(fā)的基礎(chǔ)上再增加一個正弦波發(fā)生器，為兩個正弦波發(fā)生器一個做載波，一個做調(diào)制信號。前面板設(shè)計同上例。需添加參數(shù)輸入型數(shù)字控件，用以設(shè)置低通濾波器的低截止頻率。增加三個輸出顯示型控件，分別用以顯示載波，調(diào)制波，解調(diào)波的波形，設(shè)計完畢的前面板如圖所示 圖

45、虛擬調(diào)幅波解調(diào)器前面板流程圖設(shè)計在設(shè)計舉例虛擬正弦信號發(fā)生器的流程圖基礎(chǔ)上再增加一個正弦波發(fā)生器圖標(biāo)，另外執(zhí)行functionsanalyzesignal processingfilterbutterwoeth filter.vi操作，調(diào)入巴特沃斯濾波器圖標(biāo)設(shè)計完畢的流程圖如圖所示運行檢驗設(shè)置低頻調(diào)制信號的頻率為1Hz,幅值為1V,初始相位0,設(shè)置載波高頻信號的頻率為10Hz,幅值為1V,初始相位為0,設(shè)置巴特沃斯濾波器的低截止頻率為2Hz,設(shè)置對調(diào)制和載波信號的采樣頻率均為50Hz,采樣點數(shù)均為200點。運行結(jié)果如圖所示 圖 虛擬調(diào)幅波解調(diào)器前面板6 結(jié)論： 事實證明將虛擬儀器技術(shù)引入到教學(xué)

46、實驗中是行之有效的解決方案。應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，使我們能夠在計算機上按照自己的需求來設(shè)計實驗與儀器，方便靈活而且開發(fā)周期短。它可以提高實驗效率、降低實驗成本、增強學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，取得較好的教學(xué)效果，其具有傳統(tǒng)實驗所無可比擬的優(yōu)勢。本文設(shè)計的調(diào)制解調(diào)器正是實現(xiàn)了模電實驗的仿真。7 致謝：感謝本人導(dǎo)師劉皓春教授，本課題的實施尤其是剛開始的總體的設(shè)計的思路得到了劉老師極大的幫助.感謝 ，在LabVIEW學(xué)習(xí)的過程中幫我解決了不少問題。感謝我的父母和家庭，感謝所有在我成長過程中給予我關(guān)懷、指引和幫助的師長、同學(xué)和朋友。衷心地感謝大家!8 參考文獻(xiàn)1 美Robert H Bishop， LabVIEW7實用教程 ，電子工業(yè)出版社 ，20052 王海寶 LabVIEW 虛擬儀器程序設(shè)計與應(yīng)用 西南交通大學(xué)出版社，20053楊樂平, 李海濤, 楊磊，LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，20054 侯國屏, 王珅, 葉齊鑫，LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計，清華大學(xué)出版社，20055 張凱, 周陬, 郭棟，LabVIEW虛擬儀器工程設(shè)計與開發(fā)，國防工業(yè)出版社，20045