畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文） 報(bào)告（論文）題目： 基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn) 仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 作者所在系部： 電子工程系 作者所在專業(yè)： 電子信息工程 作者所在班級(jí)： B08213 作 者 姓 名 ： 作 者 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師姓名： 完 成 時(shí) 間 ： 2012 年 6 月 15 日 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 北華航天工業(yè)學(xué)院北華航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（理工類）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（理工類） 學(xué)生姓名： 劉曉青 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： B08213 學(xué) 號(hào)：20084021345 指導(dǎo)教師： 孫薇 職 稱： 助教 完成時(shí)間： 2012.6.15 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 縱向課題（ ）理論研究（ ） 教師科研 課 題 橫向課題（ ）應(yīng)用研究（ ） 教師自擬課題（）應(yīng)用設(shè)計(jì)（） 題目來源 學(xué)生自擬課題（ ） 題目類型 其 他（ ） 注：請直 接在所屬 項(xiàng)目括號(hào) 內(nèi)打“” 總體設(shè)計(jì)要求及技術(shù)要點(diǎn)： 本設(shè)計(jì)要求使用軟件 LABVIEW 編寫相應(yīng)軟件程序，設(shè)計(jì)一套功能豐富，應(yīng)用靈 活的實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)。 工作環(huán)境及技術(shù)條件： 計(jì)算機(jī)一臺(tái)，LABVIEW 軟件，有關(guān)的技術(shù)手冊。 工作內(nèi)容及最終成果： 1 使用軟件 LABVIEW 編寫相應(yīng)軟件程序，仿真模擬多個(gè)電子實(shí)驗(yàn)。 2 完成設(shè)計(jì)說明書。 時(shí)間進(jìn)度安排： 1、第七學(xué)期第 6 周第 15 周，查閱資料，完成開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文文獻(xiàn)翻譯； 2、第七學(xué)期第 16 周第 17 周，開題報(bào)告審閱、答辯； 3、第八學(xué)期第 1 周第 4 周，研究系統(tǒng)的內(nèi)容要求，確定仿真實(shí)驗(yàn)的科目； 4、第八學(xué)期第 5 周第 7 周，分析仿真實(shí)驗(yàn)的科目要求，選定各科目實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目； 5、第八學(xué)期第 8 周第 14 周，對(duì)各子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì),進(jìn)行程序框圖的編制，完 成實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)； 6、第八學(xué)期第 15 周第 17 周，做出使用說明書，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性及知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的設(shè) 計(jì) 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容 外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本設(shè)計(jì) （論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。因本畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有關(guān) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本。本人同意北華航 天工業(yè)學(xué)院有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；可 以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以營利為目的的前提下，可以公 布非涉密畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部內(nèi)容。 特此聲明 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 II 摘 要 利用計(jì)算機(jī)與 labview 軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了電子類課程的綜合虛擬實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，該虛 擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以用于課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生提高對(duì)數(shù)字電路，模擬電路，電路分析， 信號(hào)與系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)利用虛擬儀器技術(shù)充分利用計(jì)算機(jī)資源，將虛擬儀 器用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面降低成本，另一方面生動(dòng)直觀的實(shí)驗(yàn)操作也將提高教學(xué)水平。 關(guān)鍵詞 虛擬儀器 實(shí)驗(yàn)仿真 LABVIEW 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 III Abstract Here is a design of a integrated system,hardware by computer ,software by labview ,for electronics courses experiments simulation,which could be used in teaching experiments,im- proving students understanding in numeric circuits and sigals,as well as the processing of si- gnals. It takes full advantage of virtual instruments technique applying in teaching experime- nts.On one hand, reduced the cost; on the other, dramatic and intuitionistic experiments ope- ration will improve the level of teaching. Keyword virtual instrument simulation of experiment Labview 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 目 錄 第 1 章 緒論.5 1.1 課題背景及國內(nèi)外研究概況.5 1.2 虛擬儀器的優(yōu)勢及其在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用.5 第 2 章 LABVIEW 程序設(shè)計(jì) .7 2.2 虛擬儀器概述.7 2.2 LabVIEW 的編程簡介 .7 2.2.1 LabVIEW 應(yīng)用程序的構(gòu)成 .8 2.2.2 LabVIEW 的操作模板 .9 2.2.3 LABVIEW 程序調(diào)試 .11 2.2.4 子 VI 的建立 .12 第 3 章 實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì).14 3.1 系統(tǒng)簡介.14 3.2 數(shù)字電路模塊.15 3.2.1 虛擬儀器中的數(shù)字電子技術(shù) .15 3.2.2 數(shù)字電路模塊設(shè)計(jì) .17 3.3 模擬電路模塊.18 3.4 電路分析模塊.20 3.5 信號(hào)與系統(tǒng)模塊.22 第 4 章 結(jié)論.24 致 謝.26 參考文獻(xiàn).27 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng) 第 1 章 緒論 1.1 課題背景及國內(nèi)外研究概況 隨著低成本高性能的計(jì)算機(jī)資源普及運(yùn)用，數(shù)字化儀器平臺(tái)逐漸取代傳統(tǒng)電子儀器 已成為一種趨勢。我國理工科學(xué)校的教學(xué)、科研需要大量的測量分析儀器設(shè)備，特別是 電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)，每種儀器都必須配置多套，而且有些儀器設(shè)備價(jià)格十分昂貴。因此購 置儀器設(shè)備的巨大投入經(jīng)費(fèi)，一般學(xué)校難以承受，造成儀器設(shè)備缺乏和過時(shí)陳舊等現(xiàn)象， 嚴(yán)重影響教學(xué)科研效果。另外，由于傳統(tǒng)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式存在的弊端，造成實(shí)驗(yàn) 室設(shè)備利用率低，實(shí)驗(yàn)信息管理混亂，實(shí)驗(yàn)教師工作繁雜，最終不僅僅浪費(fèi)了學(xué)校大量 的人力物力，而且學(xué)生還不能真正地掌握實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)過關(guān)的動(dòng)手能力（學(xué)校實(shí)驗(yàn)室儀器 配備不全，一些必要的實(shí)驗(yàn)無法展開） 。如果把虛擬儀器運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研中，不但 可以節(jié)約大量儀器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入，而且能夠提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研的質(zhì)量與效率。作為 一種以計(jì)算機(jī)軟件為核心的新型儀器系統(tǒng)，虛擬儀器有功能強(qiáng)、測試精度高、測試速度 快、自動(dòng)化程度高、人機(jī)界面優(yōu)異、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，通常被認(rèn)為是第三代自動(dòng)測試系 統(tǒng)的同義語。由于虛擬儀器的功能和性能已不斷提高，如今在許多應(yīng)用中它已成為傳統(tǒng) 儀器的主要替代方式。1 1.2 虛擬儀器的優(yōu)勢及其在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)室是教學(xué)、科研的重要基地，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也反映了學(xué)校的教學(xué)體系、學(xué)科建 設(shè)和管理體制的水平。電子學(xué)實(shí)驗(yàn)是理工科專業(yè)教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容 ,是培養(yǎng)學(xué)生電子 技術(shù)應(yīng)用和工程設(shè)計(jì)能力不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)。由于其面向的是一個(gè)發(fā)展迅速的學(xué)科， 所以實(shí)驗(yàn)室教學(xué)方法、手段和水平也要不斷改進(jìn)和提高，以適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展。 傳統(tǒng)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式的弊端有： 1.實(shí)驗(yàn)室設(shè)備利用率低 高校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)設(shè)備數(shù)量有限 ,特別是一些貴重儀器 ,要做到學(xué)生與設(shè)備一對(duì)一配套 是不現(xiàn)實(shí)的。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式中 ,一般會(huì)將學(xué)生分為若干小組 ,以組為單位作實(shí) 驗(yàn) ,使部分同學(xué)難以全部參與和投入 ,沒能充分了解和掌握實(shí)驗(yàn)全過程。 2.實(shí)驗(yàn)信息管理混亂 實(shí)驗(yàn)信息 ,特別是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、 分析和查詢是電子實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要內(nèi)容。在傳 統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中 ,學(xué)生靠手工記錄和分析數(shù)據(jù)。存在的問題是: 第一 ,記錄時(shí)人為誤差較大; 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 第二 ,不便于保存、 查詢和整理。 3.實(shí)驗(yàn)教師工作繁雜 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)閱 ,典型問題的解答與數(shù)據(jù)核對(duì) ,包含大量的重復(fù)性工作 ,給指導(dǎo)教師 帶來很多重復(fù)性勞動(dòng) ,精力很難集中在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。2 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 第 2 章 LABVIEW 程序設(shè)計(jì) 2.1 虛擬儀器概述 所謂虛擬儀器，就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，配合以相應(yīng)的輸入/輸出接口， 具有計(jì)算機(jī)顯示器的虛擬面板，測試功能由測試軟件來實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。自 美國國家儀器公司(National Instruments，NI) 在 1986 年提出虛擬儀器的概念之后，虛擬 儀器技術(shù)便一直成為發(fā)達(dá)國家自動(dòng)測控領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和應(yīng)用前沿。目前，最著名的虛 擬儀器系統(tǒng)是 NI 的 LabVIEW，其最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是測控領(lǐng)域。 虛擬儀器的主要特點(diǎn)有： 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。 虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及 的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛 的計(jì)算機(jī)語言是美國 NI 公司的 LabVIEW。 虛擬儀器的起源可以追朔到 20 世紀(jì) 70 年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在國防、航天等 領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。PC 機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在 Microsoft 公司的 Windows 誕生之前，NI 公司已經(jīng)在 Macintosh 計(jì)算機(jī)上推出了 LabVIEW2.0 以前的版本。對(duì)虛擬儀器和 LabVIEW 長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該 公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。 普通的 PC 有一些不可避免的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)性能不 可能太高。目前作為計(jì)算機(jī)化儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向是制定了 VXI 標(biāo)準(zhǔn)，這是一種插 卡式的儀器。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但 這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。這些卡 插入標(biāo)準(zhǔn)的 VXI 機(jī)箱，再與計(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測試系統(tǒng)。VXI 儀器價(jià)格昂貴， 目前又推出了一種較為便宜的 PXI 標(biāo)準(zhǔn)儀器。 虛擬儀器研究的另一個(gè)問題是各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計(jì)算機(jī)的連接。目前使用較 多的是 IEEE 488 或 GPIB 協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。 2.2 LabVIEW 的編程簡介 LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一種圖形化的編程語言，它 廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 件。LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡 通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP、ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一 個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使 得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。 圖形化的程序語言，又稱為“”語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代 碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉 的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建 自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用 它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。 利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的位編譯器。像 許多重要的軟件一樣，LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的多種版 本。 2.2.1 LabVIEW 應(yīng)用程序的構(gòu)成 所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI） ，它包括前面板（front panel） 、流程 圖（block diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器(icon/connector)三部分。 1前面板 前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯 示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對(duì)象 （indicator） 。圖 1 所示是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生和顯示的簡單 VI 是它的前面板，上面有一 個(gè)顯示對(duì)象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。還有一個(gè)控制對(duì)象開關(guān)， 可以啟動(dòng)和停止工作。顯然，并非簡單地畫兩個(gè)控件就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè) 控制對(duì)象 (輸入) 顯示對(duì)象 (輸出) 圖 2-1 隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的前面 板 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 與之配套的流程圖。 2流程圖 流程圖提供 VI 的圖形化源程序。在流程圖中對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在前面 板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上 沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。我們可以看到流程圖中包括了 前面板上的開關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連線端子，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循 環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下 去，設(shè)置了一個(gè) While Loop 循環(huán)，由開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。 如果將 VI 與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流 程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用 VI 可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器，不 僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無幾。 3圖標(biāo)/連接器 VI 具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè) VI 可以作為子程序，這里稱為子 VI（subVI） ， 被其他 VI 調(diào)用。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)。 2.2.2 LabVIEW 的操作模板 在 LabVIEW 的用戶界面上，應(yīng)特別注意它提供的操作模板，包括工具（Tools）模 板、控制（Controls）模板和函數(shù)（Functions）模板。這些模板集中反映了該軟件的功能 與特征。 函數(shù)：隨機(jī) 數(shù)發(fā)生器 結(jié)構(gòu)：循環(huán) 與前面板控件對(duì) 應(yīng)的連線端子 與前面板控件對(duì) 應(yīng)的連線端子 圖 2-2 隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的流程圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 1工具模板（Tools Palette） 該模板提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試 VI 程序的工具。如果該模板沒有出現(xiàn)， 則可以在 Windows 菜單下選擇 Show Tools Palette 命令以顯示該模板。當(dāng)從模板內(nèi)選擇 了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀。當(dāng)從 Windows 菜單下選擇了 Show Help Window 功能后，把工具模板內(nèi)選定的任一種工具光標(biāo)放在流程圖程序的子程 序（Sub VI）或圖標(biāo)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的幫助信息。 2控制模板（Control Palette） 該模板用來給前面板設(shè)置各種所需的輸出顯示對(duì)象和輸入控制對(duì)象。每個(gè)圖標(biāo)代表 一類子模板。如果控制模板不顯示，可以用 Windows 菜單的 Show Controls Palette 功能 打開它，也可以在前面板的空白處，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。 3函數(shù)模板(Functions Palette) 注：只有打開了流程圖程序窗口，才能出現(xiàn)函數(shù)模板。 函數(shù)模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。 若功能模板不出現(xiàn)，則可以用 Windows 菜單下的 Show Functions Palette 功能打開它，也 可以在流程圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出函數(shù)模板。3 圖 2-3 工具模板 圖 2-4 控制模板 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 2.2.3 LABVIEW 程序調(diào)試 1找出語法錯(cuò)誤 如果一個(gè) VI 程序存在語法錯(cuò)誤，則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕會(huì)變成一個(gè)折斷的 箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這時(shí)該按鈕被稱作錯(cuò)誤列表。點(diǎn)擊它，則 LabVIEW 彈出 錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其中任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，選用 Find 功能，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口 就會(huì)變成高亮。 2設(shè)置執(zhí)行程序高亮 在 LabVIEW 的工具條上有一個(gè)畫著燈泡的按鈕，這個(gè)按鈕叫做“高亮執(zhí)行”按鈕 上。點(diǎn)擊這個(gè)按鈕使它變成高亮形式，再點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，VI 程序就以較慢的速度運(yùn)行， 沒有被執(zhí)行的代碼灰色顯示，執(zhí)行后的代碼高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值。這 樣，你就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動(dòng)狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。 3斷點(diǎn)與單步執(zhí)行 為了查找程序中的邏輯錯(cuò)誤，有時(shí)希望流程圖程序一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)地執(zhí)行。使用 斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地點(diǎn)中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。使用斷 點(diǎn)工具時(shí)，點(diǎn)擊你希望設(shè)置或者清除斷點(diǎn)的地方。斷點(diǎn)的顯示對(duì)于節(jié)點(diǎn)或者圖框表示為 紅框，對(duì)于連線表示為紅點(diǎn)。當(dāng) VI 程序運(yùn)行到斷點(diǎn)被設(shè)置處，程序被暫停在將要執(zhí)行 的節(jié)點(diǎn)，以閃爍表示。按下單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點(diǎn)被執(zhí)行，下一個(gè)將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn) 變?yōu)殚W爍，指示它將被執(zhí)行。你也可以點(diǎn)擊暫停按鈕，這樣程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行直到下一個(gè) 斷點(diǎn)。 圖 2-5 函數(shù)模板 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 4探針 可用探針工具來查看當(dāng)流程圖程序流經(jīng)某一根連接線時(shí)的數(shù)據(jù)值。從 Tools 工具模 板選擇探針工具，再用鼠標(biāo)左建點(diǎn)擊你希望放置探針的連接線。這時(shí)顯示器上會(huì)出現(xiàn)一 個(gè)探針顯示窗口。該窗口總是被顯示在前面板窗口或流程圖窗口的上面。在流程圖中使 用選擇工具或連線工具，在連線上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在連線的彈出式菜單中選擇“探針” 命令，同樣可以為該連線加上一個(gè)探針。 2.2.4 子 VI 的建立 子 VI（SubVI）相當(dāng)于普通編程語言中的子程序，也就是被其他的 VI 調(diào)用的 VI。 可以將任何一個(gè)定義了圖標(biāo)和聯(lián)接器的 VI 作為另一個(gè) VI 的子程序。在流程圖中打開 FunctionsSelect a VI. ，就可以選擇要調(diào)用的子 VI 。構(gòu)造一個(gè)子 VI 主要的工作就是 定義它的圖標(biāo)和聯(lián)接器。 每個(gè) VI 在前面板和流程圖窗口的右上角都顯示了一個(gè)默認(rèn)的圖標(biāo)。啟動(dòng)圖標(biāo)編輯 器的方法是，用鼠標(biāo)右鍵單擊面板窗口的右上角的默認(rèn)圖標(biāo)，在彈出菜單中選擇 Edit Icon。 下圖顯示了圖標(biāo)編輯器的窗口?？梢杂么翱谧筮叺母鞣N工具設(shè)計(jì)像素編輯區(qū)中的圖 標(biāo)形狀。編輯區(qū)右側(cè)的一個(gè)方框中顯示了一個(gè)實(shí)際大小的圖標(biāo)。圖標(biāo)編輯器的具體使用 細(xì)節(jié)參閱有關(guān)資料。聯(lián)接器是 VI 數(shù)據(jù)的輸入輸出接口。如果用面板控制對(duì)象或者顯示 對(duì)象從子 VI 中輸出或者輸入數(shù)據(jù)，那么這些對(duì)象都需要在聯(lián)接器面板中有一個(gè)連線端 子。您可以通過選擇 VI 的端子數(shù)并為每個(gè)端子指定對(duì)應(yīng)的前面板對(duì)象以定義聯(lián)接器。 定義聯(lián)接器的方法是，用鼠標(biāo)右鍵單擊面板窗口中的圖標(biāo)窗口，在快捷菜單中選擇 圖 2-6 子 vi 的建立 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 Show Connector。 聯(lián)接器圖標(biāo)會(huì)取代面板窗口右上角的圖標(biāo)。LabVIEW 自動(dòng)選擇的端子連接模式是 控制對(duì)象的端子位于聯(lián)接器窗口的左邊，顯示對(duì)象的端子位于聯(lián)接器窗口右邊。選擇的 端子數(shù)取決于前面板中控制對(duì)象和顯示對(duì)象的個(gè)數(shù)。 聯(lián)接器中的各個(gè)矩形表示各個(gè)端子所在的區(qū)域，可以用它們從 VI 中輸入或者輸出 數(shù)據(jù)。如果必要，也可以選擇另外一種端子連接模式。方法是在圖標(biāo)上單擊鼠標(biāo)右鍵單 出快捷菜單，選擇 Show Connector，再次彈出快捷菜單，選擇 Patterns。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 第 3 章 實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)簡介 實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)利用軟件 LABVIEW 編寫相應(yīng)軟件程序，仿真四個(gè)電子類專業(yè)課的實(shí) 驗(yàn)，包括數(shù)字電路，模擬電路，電路分析，信號(hào)與系統(tǒng)。每個(gè)模塊以相同的步驟完成設(shè) 計(jì)，再將實(shí)驗(yàn)仿真模塊整合到一個(gè)平臺(tái)中，使用時(shí)只需點(diǎn)擊選擇模塊按鈕，就能調(diào)用其 實(shí)驗(yàn)?zāi)K。這樣在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中就可以非常方便地使用和查看各個(gè)模塊的功能。這就構(gòu)成 一個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。主界面前面板如圖 3-1 所示。 程序框圖如圖 3-2 所示。 圖 3-1 實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)主界面 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 3.2 數(shù)字電路模塊 3.2.1 虛擬儀器中的數(shù)字電子技術(shù) 虛擬儀器 LabVIEW 具有典型的圖形化語言風(fēng)格，其程序的編制過程就是將不同的 圖標(biāo)（VI）進(jìn)行選擇、組合并連線的過程。其不同圖標(biāo)（VI）相當(dāng)于具有不同功能的 “子程序” ，圖標(biāo)間的連線指定了數(shù)據(jù)的流向，相當(dāng)于代碼語言的“賦值”語句。在 LabVIEW 的函數(shù)選板中，既包含了大量專用的信號(hào)處理、信號(hào)運(yùn)算等 VI 圖標(biāo)，也包含 了各種數(shù)值運(yùn)算、邏輯運(yùn)算的基本 VI 圖標(biāo)。其中的邏輯運(yùn)算 VI，其圖標(biāo)就是標(biāo)準(zhǔn)的邏 輯運(yùn)算符號(hào)，其中相應(yīng)的邏輯運(yùn)算 VI 選板如圖。 圖 3-2 主界面程序框圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 不難看出，利用這些圖標(biāo)編制的邏輯運(yùn)算程序（LabVIEW 后面板） ，也就是一個(gè)規(guī) 范的數(shù)字邏輯電路的邏輯圖。就信號(hào)的輸入/輸出來說，LabVIEW 亦提供了豐富的輸入 控件和輸出控件，如各種形式的開關(guān)、按鈕、指示燈、波形顯示器等等，這些“器件” 可直接用簡單的拖動(dòng)方式拖放到相應(yīng)位置即可使用。如下圖所示數(shù)值輸入控件。 更重要的是，虛擬儀器系統(tǒng)不同于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或仿真技術(shù)，后兩者只不過是對(duì)現(xiàn) 實(shí)系統(tǒng)的一種模擬而已，而虛擬儀器雖稱為“虛擬” ，但其實(shí)質(zhì)是一種基于計(jì)算機(jī)軟、硬 件系統(tǒng)作為支撐，通過采用一定的數(shù)學(xué)模型和算法來完成處理過程的真實(shí)儀器系統(tǒng)，一 句話，虛擬儀器系統(tǒng)并非“虛擬”儀器，而是“真實(shí)”儀器，它是要完成真實(shí)儀器系統(tǒng) 功能的。也就是說，基于虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)或教學(xué)過程，通過配置相關(guān)的 A/D 或 DAQ 接口，即成為能完成實(shí)際儀器功能的儀器，故基于虛擬儀器進(jìn)行教學(xué)、實(shí) 驗(yàn)，比基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或仿真技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)更具有實(shí)際意義！ 由于虛擬儀器 LabVIEW 中提供的布爾運(yùn)算 VI 比較完備，再加上系統(tǒng)本身圖形化的 語言風(fēng)格，完全可以做到將“程序邏輯圖實(shí)驗(yàn)過程輸入輸出”等過程的結(jié) 合，使過程簡單明晰，可以完成數(shù)字邏輯電路中幾乎所有的實(shí)驗(yàn)及演示，如：與非門、 圖 3-3 布爾邏輯運(yùn)算 VI 選板 圖 3-4 前面板中的控件圖 3-4 前面板中的控件 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 譯碼器等等，而且，具體的實(shí)驗(yàn)或演示過程，還可運(yùn)用 LabVIEW 中程序執(zhí)行過程的 “高亮度單步執(zhí)行”模式，充分地觀察到信號(hào)的動(dòng)態(tài)流程和邏輯電路的運(yùn)算過程，甚至 可以將某種邏輯運(yùn)算過程單獨(dú)開發(fā)為專門的用戶 VI，形成一獨(dú)特功能的新型概念的“虛 擬芯片” ，供需要時(shí)直接調(diào)用。 3.2.2 數(shù)字電路模塊設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)完的數(shù)字電路前面板如圖 3-5。 數(shù)字電路模塊程序框圖如圖 3-6。 圖 3-5 數(shù)字電路前面板 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 如上所述方法，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可添加各其他課程實(shí)驗(yàn)。 3.3 模擬電路模塊 此模塊實(shí)驗(yàn)為構(gòu)造一個(gè)多功能信號(hào)發(fā)生器?？僧a(chǎn)生如下類型的信號(hào)。 正弦波：可設(shè)定頻率、幅度、偏移量等； 方波：可設(shè)定頻率、幅度、偏移量等； 鋸齒波：可設(shè)定頻率、幅度、偏移量等； 三角波：可設(shè)定頻率、幅度、偏移量等； 高斯白噪聲：可設(shè)定噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差； 疊加的正弦波（即多個(gè)正弦波的疊加）：可設(shè)定每個(gè)正弦波的頻率、幅度、相位等； 自定義公式的波形：自由編寫波形表達(dá)式，產(chǎn)生任意形式的波形。 模擬電路模塊程序前面板如圖 3-7 所示。 圖 3-6 數(shù)字電路程序框圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 模擬電路模塊程序框圖如圖 3-8 所示。 圖 3-8 模擬電路程序框圖 圖 3-7 模擬電路前面板 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 3.4 電路分析模塊 LabVIEW 中各種強(qiáng)大而靈活的數(shù)學(xué)分析功能，為電路仿真和計(jì)算提供了便利的支持。 如矩陣型數(shù)據(jù)，復(fù)數(shù)計(jì)算，線性代數(shù)函數(shù)庫。 圖 3-10 復(fù)數(shù)計(jì)算 圖 3-9 矩陣型數(shù)據(jù) 圖 3-11 線性代數(shù)函數(shù) 庫 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 電路分析模塊前面板如圖 3-12。 電路分析模塊程序框圖如圖 3-13。 3.5 信號(hào)與系統(tǒng)模塊 LabVIEW 尤其適合數(shù)字信號(hào)處理，主要優(yōu)勢有：具有良好的圖形顯示功能，能夠以 多樣化的方式直觀顯示各種信號(hào)波形；圖形化的編程方式，學(xué)習(xí)門檻較低，易于掌握， 省去了許多煩瑣的編程細(xì)節(jié)；擁有數(shù)量眾多、功能齊全的各種信號(hào)分析與處理 VI，供用 戶隨意調(diào)用；具有良好的擴(kuò)展性，通過附加工具包擴(kuò)展，以及與其他平臺(tái)擴(kuò)展。 典型數(shù)字信號(hào)的生成是數(shù)字信號(hào)處理中首先遇到的問題，準(zhǔn)確快捷地產(chǎn)生符合所需 參數(shù)的信號(hào)波形，是準(zhǔn)確進(jìn)行后續(xù)分析和處理的基礎(chǔ)。 圖 3-12 電路分析前面板 圖 3-13 電路分析程序框圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 22 用 labview 處理數(shù)字信號(hào)很方便，可制作幾乎所有的實(shí)驗(yàn)。這里選的是實(shí)時(shí)幅度譜 分析的實(shí)驗(yàn)。 信號(hào)與系統(tǒng)模塊的前面板如圖 3-15。 圖 3-14 波形生成 VI 庫 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 信號(hào)與系統(tǒng)模塊的前面板如圖 3-17。 圖 3-16 信號(hào)與系統(tǒng)模塊的前面板 圖 3-17 信號(hào)與系統(tǒng)模塊的程序框圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 24 第 4 章 結(jié)論 電子技術(shù)和教學(xué)儀器技術(shù)的發(fā)展是本文理論知識(shí)的基礎(chǔ)，而虛擬儀器的基本思想和 LabVIEW 開發(fā)平臺(tái)則是程序開發(fā)設(shè)計(jì)過程中有力的工具。通過基礎(chǔ)性的理論知識(shí)，從而 很好地運(yùn)用開發(fā)工具，并解決了在開發(fā)過程中所遇到的問題，開發(fā)出有實(shí)用價(jià)值的虛擬 儀器綜合實(shí)驗(yàn):通過功能強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái)，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為有效的、實(shí)用的教學(xué)工具。 通過對(duì)課題的研究與開發(fā)，可以得出以下結(jié)論: 1本文中開發(fā)的實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去，以取代常規(guī)儀器，實(shí)際教學(xué)中 可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自行設(shè)計(jì)各種軟面板，定義儀器的功能并可以各種形式表達(dá)輸出檢測 結(jié)果，進(jìn)行仿真分析。 1本文是在 LabVIEW 平臺(tái)上開發(fā)的教學(xué)用實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng):包括數(shù)字電路，模擬電路， 電路分析，信號(hào)與系統(tǒng)。 2本文中的實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)包括:使用 LabVIEW 把各科實(shí)驗(yàn)綜合在一 起，實(shí)際中可根據(jù)需要增添其它模塊。能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)性能，打破了以往由教學(xué)儀器 限定實(shí)驗(yàn)的模式，使用者能夠根據(jù)自己的需要更改和重新定義儀器的功能。 3本文中采用面向?qū)ο蟮膱D形化編程語言 LabVIEW，大大提高了軟件的開發(fā)速度 和效率，縮短了軟件開發(fā)周期，使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)使程序的復(fù)用性達(dá)到最佳。 4本系統(tǒng)雖然是在 LabVIEW 平臺(tái)上開發(fā)的教學(xué)用虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，但由于采用模塊 化設(shè)計(jì)思想和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，使該系統(tǒng)具有良好的移植性;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu) 建基于虛擬儀器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。所以可以很容易地將該系統(tǒng)移植到網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí) 驗(yàn)室系統(tǒng)中。 由于利用 LabVIEW 軟件開發(fā)與研究虛擬儀器所涉及的內(nèi)容比較廣泛，目前，本課 題所完成的工作還不是十分完整.本人認(rèn)為，以下問題還有待進(jìn)這一步研究和發(fā)展: 1本課題將信號(hào)的分析與處理、現(xiàn)代儀器儀表、虛擬儀器與 LabVIEW 的開發(fā)功能 做了有機(jī)的結(jié)合。但是由于時(shí)間的關(guān)系，LabVIEW 所具有的強(qiáng)大功能還有許多是本人未 曾開發(fā)和加以很好利用的，如 Cal1LibraryFuneti 和 CodeInterfaeeNode 等，這需要通過不 斷的實(shí)踐和儀器開發(fā)來熟悉。 2虛擬儀器系統(tǒng)具有良好的移植性，進(jìn)一步構(gòu)建基于虛擬儀器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn) 室，將基于虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是今后的發(fā)展方向。從而使遠(yuǎn)程教育 的學(xué)習(xí)者通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)。 虛擬儀器應(yīng)用于數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)： 引入虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和教學(xué)，除了具備上述容易實(shí)現(xiàn)，過程簡單和效果明顯的特 點(diǎn)之外，還可以達(dá)到以下目標(biāo)： 1先進(jìn)儀器的低成本化 2縮短新型儀器的開發(fā)周期 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 25 3. 降低儀器的維護(hù)、配置成本 4. 容易實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的交互式實(shí)驗(yàn)和教學(xué) 5. 強(qiáng)化學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程的自主性和自創(chuàng)性 而達(dá)到上述目標(biāo)，就可以改善相應(yīng)的教學(xué)模式，將為培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)的創(chuàng)新人才創(chuàng) 造十分有利的條件，也為高校自身實(shí)力的提升和教學(xué)成本的降低提供了理想的發(fā)展空間。 可以預(yù)見，虛擬儀器技術(shù)將是今后儀器科學(xué)發(fā)展在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)的重要方向。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 26 致 謝 本文研究工作是在我的導(dǎo)師孫薇老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，從開題伊始 到論文結(jié)束，我所取得的每一個(gè)進(jìn)步、編寫的每一段程序都無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水 和心血。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的各科知識(shí)、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪，從尊 敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在今后的 學(xué)習(xí)工作中，我將