基于LabVIEW的测控电路实验教学仿真
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摘
要 : 虚拟仪器软件应用于实验教学为 实验课 程的改 革提供 了一个 很好 的方向。 该文阐 述了 虚拟仪 器软 件
LabV IEW 开发平台的特点以及在实验教学 中的应用 , 并以开关式 全波相敏 检波电 路实验演 示为例 , 阐 述了具 体 的实现方法 , 实践表明 L abVIEW 应用于实验教学有良好的效果。 关键词 : LabVIEW; 实验教学 ; 相敏检波 中图分类号 : TP 391 . 9 文献标识码 : A do i : 10 . 3969 /j. issn. 1672 - 4305 . 2010 . 03 . 039
收稿日期 : 2008 - 10 - 29 修稿日期 : 2010 - 04 - 28 作者简介 : 王莹 ( 1986 - ), 女 , 河南鲁山人 , 05 级测控专 业本 科 , 保送研究生。
[ 5- 7 ]
117
下面以开关式全波相敏检波电路实验为例, 对 利用 L abV IEW 的实验教学演示进行具体介绍。 2 . 1 实验原理分析 : 实验电路如图 1 所示。 由电路图结合测控电路 的知识 , 依照实验设计方案中的要求 , 对该实验现象 进行分析: ! 端输入正弦信号 , ∀ 或 # 端输入参考 信号, 参考信号经电容、 运放和二极管的作用生成方 波 , 来控制模拟开关的导通和关闭。 在 UG 电平为负 的半周期, 模拟开关断开, 输入信号同时从同相输入 端和和反相输入端输入, 放大器的放大倍数为正, 输 出信号与输入信号同相 ; 在 UG = 0 的半周期 , 模拟 开关闭合, 同相输入端被接地, 输入信号只从反相输 入端输入, 放大器的放大倍数为 - 1 , 输出信号与输 入信号反相
[ 1- 2]
然地显示数据流 , 同时地图化的用户界面直观地显 示数据 , 使用户能够轻松地查看、 修改数据或控制输 入。 L abV IEW 作为高效的虚拟仪器开发平台 , 以其 灵活、 紧凑、 功能强和图形编程方式使系统软件开发 更省时省力。 与 C 和 BA SIC 一样, L abV IEW 也是通用的编程 系统, 有一个可完成任 何编程任务的庞 大函数库。 L abV IEW 的函数库包括数据采集、 GP IB 、 串口控制、 数据分析、 数据显示及数据存储 , 等等。 L abV IEW 也 有传统的程序调试工具, 如设置断点、 以动画方式显 示数据及其子程序 (子 V I) 的结果、 单步执行等等 , 便于程序的调试。 利用 L abV IEW, 可 产生 独立运 行的可 执行文 件 , 它是一个真正的 32 位编译器。 像许多重要的软 件 一 样, L abV IEW 提 供 了 W in dow s 、 UN IX、 L inux、 M ac into sh 的多种版本。
[ 3- 4]
。
2
基于 L abV IEW 的开关式全波相敏检波电 路实验
。
图 1
开关式全波相敏检波电路实验电路图
2 . 2
前面板的设计布局 本实验要求有 5 种输入模式: ( 1) 在 # 端输入 + 2V 直流电压; ( 2) 在 # 端输入 - 2V 直流电压; ( 3) 在 ∀ 端输入 0∃音频信号 ; ( 4) 在 ∀ 端输入 180∃音频信号 ; ( 5) 在 ∀ 端输入自定义移相信号。 因此在 L abV IEW 的程序中, 在参考信号输入选
ISSN 1672 - 4305 CN 12 - 1352 /N
实
验 室 LA BO RATORY
科 学 SC I EN CE
第 13卷 第 3期 V ol 13 N o 3
2010年 6月 Jun 2010
基于 LabVIEW 的测控电路实验教学仿真
王 莹, 李华晋, 刘 鸣
300072 ) ( 天津大学 精仪学院实验教学中心 , 天津
。
1
L abV IEW 虚拟仪器开发平台
L abV IEW 是一种程序开发环境, 由美国国家仪
器 ( N I) 公司研制开发的 , 类似于 C 和 BA SIC 开发环 境, 但是 L abV IEW 与其他计算机语言的显 著区别 是: 其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生 代码, 而 L abV IEW 使用的是图形化的程序语言 G 语 言编写程序, 产生的程序是框图的形式。 使用这种语 言编程时 , 基本上不写程序代码, 取而代之的是流程 图。 虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自
A si m ulat ion of teach ing experi m ent in m easur ing and controling c ircu it based on LabV I EW
W ANG Y ing, L IH ua - jin , LI U M ing
( Schoo l of P rec ision Instrum ent and Opto - electronics E ng ineering , T ian jin U nive rsity , T ian jin 300072 , Ch ina) A b stract : T he v irtua l instrum en t so ftw are app lied in expe ri m en t teach ing prov ides a good direct ion for exper i m ent course refo r m. Th is pape r illustrates the characters and applica tion of the L abV IEW p la tform in exper i m ent teach ing . In add it ion , the paper descr ib es the dem onstrat io n of sw itch ing fu ll - w ave phase sensitive de tect ion c ircu it and the i m p lem entat ion m ethod . P ract ice show s tha t the app lica tion o f L abV IEW in exper i m ent teaching has achieved a good effec. t K ey word s : L abV IEW; experim en t teach ing; phase sensitive detect ion 运用虚拟仪器配合实验教学 , 作为理论与实践 教学的补充, 教师可以在实验课堂上结合教学内容, 利用虚拟仪器制作的演示课件, 讲授实验原理, 演示 实验内容 , 解释实验结果。 便于学生对实验的深刻理 解和掌握 , 同时也对动手实验起到了非常好的指导 作用
( 3) 执行 / 停止按钮。 ( 4) 信号波形显示部分。 包括参考信号、 输入信 号、 运放输出端, 模拟开关控制端以及输出信号的波 形显示图。 ( 5) 说明部分。 包括实验题目, 实验电路图, 操 作说明和实验原理说明。 设计完成的前面板如图 2 所示。 2 . 3 程序框图的设计 前面板基于用户的需要来确定 , 而程序框图则 根据实验的原理设计出具体的算法来实现程序的功 能。 首先 , 对应 5种参考信号输入模式 , 由函数条件 结构分别建立相应的 5 种情况的分支。 每个分支中 选用相应的波形生成函数来生成需要的波形, 参考 信号为正弦信号时, 只需要在输入信号的基础上加 上适当的相移即可。 把正弦波转换为方波的过程等 效为符号函数 sgn , 输出的方波向上平移, 经过幅值
验演示已经用于实验教学, 该课件能够很好的满足 实验教学的要求, 也能够方便地在实验中将测得的 波形与理论波形进行比对, 查找错误。 提高了学生对 实验的兴趣, 调动了课堂气氛 , 同时能让学生更深刻 理解和掌握实验的原理和内容 , 对动手实验起到了 很好的指导作用。
图3
程序框图
而实现虚拟仪器与硬件的结合将会更高的提高实 验的效率, 实现对实验结果高效快速的分析和处理。 可 见虚拟仪器将在实验教学中有更大的发展空间。
[ 8- 10]
。
图 2
前面板设计布局
3
结语
基于 L abV IEW 的开关式全波相敏检波电路实
参考文献 ( Re ferences):
[ 1] 陈语林 . 改革实验教学方法 , 培养学生创新能力 [ J] . 实验室 研究与探索 , 2003 ( 4) : 30 - 31. [ 2] 许国安 . 深化实验教学改革注重对学生能力的培养 [ J] . 实验 技术与管理 , 2003 ( 2) : 112 - 113 . [ 3] 张国雄 . 测控电 路 [ M ] . 北京 : 机 械工 业出 版社 , 2006 年第 2 版. [ 4] 刘鸣 . 电子线路综合设计实验教程 [ M ] . 天津 : 天津大学出版 社 , 2008 . [ 5] 陆绮荣 . 基于虚拟仪器技术个人实验室的构建 [ M ] . 北京 : 电 子工业出版社 , 2006. [ 6] 李文联 . 虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用 [ J] . 实验室 研究与探索 , 2004 ( 1) : 20 - 22. [ 7] 周又平 . 虚拟 仪器教 学实 验平 台在 电子技 术类 课程 的应 用 [ J] . 实验技术与管理, 2006( 3 ): 73 - 75. [ 8] 李培江. 基于 LabV IEW 的高校测控实验的开发 [ J] . 实验室科 学 , 2008( 2 ): 72 - 74. [ 9] 谢东坡 . 基于 labV IEW 平台的虚拟实验室研究 [ J] . 试验技术 与试验机 , 2007 ( 3) : 40 - 43. [ 10 ] 李明利 . 基于虚拟仪器的调相与鉴相实验 [ J] . 实验技 术与 管理 , 2007 ( 6) : 80 - 83.
择一项, 使用菜单下拉列表实现这 5 种具体功能的 选取。 结合具体的实验演示需要, 确定对用户的前面 板的内容 : ( 1) 参考信号输入选择。 包括上述 5 种输入模 式, 及自定义移相角模式下的移相角数值输入栏。 ( 2)wk.baidu.com输入信号参数选择。 包括输入正弦信号的 幅值和频率。
118 处理变换为所需的方波, 取反后与输入正弦信号相 乘即得到输出信号。 程序框图如图 3 所示
王莹 , 等: 基于 L abV IEW 的测控电路实验教学仿真 L abV IEW 是目前虚拟仪器技术中最常用、 最直 观、 最主要的开发平台。 其基本结构分为三个部分: a 前面板 ( fron t pane l); b . 框图程序 ( b lock d iag ram ); c . 图标 / 连结器 ( icon / connecto r) 。 前面板是模拟真 实仪表的前面板, 主要特点是易懂易看 ; 框图程序是 用图形编程语言编写的图形程序 , 由相对应的按钮 来执行这些程序: 图标 / 连结器是把一个常见的程 序变成一个对象, 然后在其它程序中象子程序一样 调用 , 非常方便。 一般非专业人员也可以进行图形编 程, 创建高水平应用程序 ( 虚拟仪器 ) 。 因此它被称 为 面向大众的编程平台 , 也是高校基于虚拟仪器 技术实验教学的首选软件开发平台
要 : 虚拟仪器软件应用于实验教学为 实验课 程的改 革提供 了一个 很好 的方向。 该文阐 述了 虚拟仪 器软 件
LabV IEW 开发平台的特点以及在实验教学 中的应用 , 并以开关式 全波相敏 检波电 路实验演 示为例 , 阐 述了具 体 的实现方法 , 实践表明 L abVIEW 应用于实验教学有良好的效果。 关键词 : LabVIEW; 实验教学 ; 相敏检波 中图分类号 : TP 391 . 9 文献标识码 : A do i : 10 . 3969 /j. issn. 1672 - 4305 . 2010 . 03 . 039
收稿日期 : 2008 - 10 - 29 修稿日期 : 2010 - 04 - 28 作者简介 : 王莹 ( 1986 - ), 女 , 河南鲁山人 , 05 级测控专 业本 科 , 保送研究生。
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下面以开关式全波相敏检波电路实验为例, 对 利用 L abV IEW 的实验教学演示进行具体介绍。 2 . 1 实验原理分析 : 实验电路如图 1 所示。 由电路图结合测控电路 的知识 , 依照实验设计方案中的要求 , 对该实验现象 进行分析: ! 端输入正弦信号 , ∀ 或 # 端输入参考 信号, 参考信号经电容、 运放和二极管的作用生成方 波 , 来控制模拟开关的导通和关闭。 在 UG 电平为负 的半周期, 模拟开关断开, 输入信号同时从同相输入 端和和反相输入端输入, 放大器的放大倍数为正, 输 出信号与输入信号同相 ; 在 UG = 0 的半周期 , 模拟 开关闭合, 同相输入端被接地, 输入信号只从反相输 入端输入, 放大器的放大倍数为 - 1 , 输出信号与输 入信号反相
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然地显示数据流 , 同时地图化的用户界面直观地显 示数据 , 使用户能够轻松地查看、 修改数据或控制输 入。 L abV IEW 作为高效的虚拟仪器开发平台 , 以其 灵活、 紧凑、 功能强和图形编程方式使系统软件开发 更省时省力。 与 C 和 BA SIC 一样, L abV IEW 也是通用的编程 系统, 有一个可完成任 何编程任务的庞 大函数库。 L abV IEW 的函数库包括数据采集、 GP IB 、 串口控制、 数据分析、 数据显示及数据存储 , 等等。 L abV IEW 也 有传统的程序调试工具, 如设置断点、 以动画方式显 示数据及其子程序 (子 V I) 的结果、 单步执行等等 , 便于程序的调试。 利用 L abV IEW, 可 产生 独立运 行的可 执行文 件 , 它是一个真正的 32 位编译器。 像许多重要的软 件 一 样, L abV IEW 提 供 了 W in dow s 、 UN IX、 L inux、 M ac into sh 的多种版本。
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基于 L abV IEW 的开关式全波相敏检波电 路实验
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图 1
开关式全波相敏检波电路实验电路图
2 . 2
前面板的设计布局 本实验要求有 5 种输入模式: ( 1) 在 # 端输入 + 2V 直流电压; ( 2) 在 # 端输入 - 2V 直流电压; ( 3) 在 ∀ 端输入 0∃音频信号 ; ( 4) 在 ∀ 端输入 180∃音频信号 ; ( 5) 在 ∀ 端输入自定义移相信号。 因此在 L abV IEW 的程序中, 在参考信号输入选
ISSN 1672 - 4305 CN 12 - 1352 /N
实
验 室 LA BO RATORY
科 学 SC I EN CE
第 13卷 第 3期 V ol 13 N o 3
2010年 6月 Jun 2010
基于 LabVIEW 的测控电路实验教学仿真
王 莹, 李华晋, 刘 鸣
300072 ) ( 天津大学 精仪学院实验教学中心 , 天津
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L abV IEW 虚拟仪器开发平台
L abV IEW 是一种程序开发环境, 由美国国家仪
器 ( N I) 公司研制开发的 , 类似于 C 和 BA SIC 开发环 境, 但是 L abV IEW 与其他计算机语言的显 著区别 是: 其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生 代码, 而 L abV IEW 使用的是图形化的程序语言 G 语 言编写程序, 产生的程序是框图的形式。 使用这种语 言编程时 , 基本上不写程序代码, 取而代之的是流程 图。 虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自
A si m ulat ion of teach ing experi m ent in m easur ing and controling c ircu it based on LabV I EW
W ANG Y ing, L IH ua - jin , LI U M ing
( Schoo l of P rec ision Instrum ent and Opto - electronics E ng ineering , T ian jin U nive rsity , T ian jin 300072 , Ch ina) A b stract : T he v irtua l instrum en t so ftw are app lied in expe ri m en t teach ing prov ides a good direct ion for exper i m ent course refo r m. Th is pape r illustrates the characters and applica tion of the L abV IEW p la tform in exper i m ent teach ing . In add it ion , the paper descr ib es the dem onstrat io n of sw itch ing fu ll - w ave phase sensitive de tect ion c ircu it and the i m p lem entat ion m ethod . P ract ice show s tha t the app lica tion o f L abV IEW in exper i m ent teaching has achieved a good effec. t K ey word s : L abV IEW; experim en t teach ing; phase sensitive detect ion 运用虚拟仪器配合实验教学 , 作为理论与实践 教学的补充, 教师可以在实验课堂上结合教学内容, 利用虚拟仪器制作的演示课件, 讲授实验原理, 演示 实验内容 , 解释实验结果。 便于学生对实验的深刻理 解和掌握 , 同时也对动手实验起到了非常好的指导 作用
( 3) 执行 / 停止按钮。 ( 4) 信号波形显示部分。 包括参考信号、 输入信 号、 运放输出端, 模拟开关控制端以及输出信号的波 形显示图。 ( 5) 说明部分。 包括实验题目, 实验电路图, 操 作说明和实验原理说明。 设计完成的前面板如图 2 所示。 2 . 3 程序框图的设计 前面板基于用户的需要来确定 , 而程序框图则 根据实验的原理设计出具体的算法来实现程序的功 能。 首先 , 对应 5种参考信号输入模式 , 由函数条件 结构分别建立相应的 5 种情况的分支。 每个分支中 选用相应的波形生成函数来生成需要的波形, 参考 信号为正弦信号时, 只需要在输入信号的基础上加 上适当的相移即可。 把正弦波转换为方波的过程等 效为符号函数 sgn , 输出的方波向上平移, 经过幅值
验演示已经用于实验教学, 该课件能够很好的满足 实验教学的要求, 也能够方便地在实验中将测得的 波形与理论波形进行比对, 查找错误。 提高了学生对 实验的兴趣, 调动了课堂气氛 , 同时能让学生更深刻 理解和掌握实验的原理和内容 , 对动手实验起到了 很好的指导作用。
图3
程序框图
而实现虚拟仪器与硬件的结合将会更高的提高实 验的效率, 实现对实验结果高效快速的分析和处理。 可 见虚拟仪器将在实验教学中有更大的发展空间。
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图 2
前面板设计布局
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结语
基于 L abV IEW 的开关式全波相敏检波电路实
参考文献 ( Re ferences):
[ 1] 陈语林 . 改革实验教学方法 , 培养学生创新能力 [ J] . 实验室 研究与探索 , 2003 ( 4) : 30 - 31. [ 2] 许国安 . 深化实验教学改革注重对学生能力的培养 [ J] . 实验 技术与管理 , 2003 ( 2) : 112 - 113 . [ 3] 张国雄 . 测控电 路 [ M ] . 北京 : 机 械工 业出 版社 , 2006 年第 2 版. [ 4] 刘鸣 . 电子线路综合设计实验教程 [ M ] . 天津 : 天津大学出版 社 , 2008 . [ 5] 陆绮荣 . 基于虚拟仪器技术个人实验室的构建 [ M ] . 北京 : 电 子工业出版社 , 2006. [ 6] 李文联 . 虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用 [ J] . 实验室 研究与探索 , 2004 ( 1) : 20 - 22. [ 7] 周又平 . 虚拟 仪器教 学实 验平 台在 电子技 术类 课程 的应 用 [ J] . 实验技术与管理, 2006( 3 ): 73 - 75. [ 8] 李培江. 基于 LabV IEW 的高校测控实验的开发 [ J] . 实验室科 学 , 2008( 2 ): 72 - 74. [ 9] 谢东坡 . 基于 labV IEW 平台的虚拟实验室研究 [ J] . 试验技术 与试验机 , 2007 ( 3) : 40 - 43. [ 10 ] 李明利 . 基于虚拟仪器的调相与鉴相实验 [ J] . 实验技 术与 管理 , 2007 ( 6) : 80 - 83.
择一项, 使用菜单下拉列表实现这 5 种具体功能的 选取。 结合具体的实验演示需要, 确定对用户的前面 板的内容 : ( 1) 参考信号输入选择。 包括上述 5 种输入模 式, 及自定义移相角模式下的移相角数值输入栏。 ( 2)wk.baidu.com输入信号参数选择。 包括输入正弦信号的 幅值和频率。
118 处理变换为所需的方波, 取反后与输入正弦信号相 乘即得到输出信号。 程序框图如图 3 所示
王莹 , 等: 基于 L abV IEW 的测控电路实验教学仿真 L abV IEW 是目前虚拟仪器技术中最常用、 最直 观、 最主要的开发平台。 其基本结构分为三个部分: a 前面板 ( fron t pane l); b . 框图程序 ( b lock d iag ram ); c . 图标 / 连结器 ( icon / connecto r) 。 前面板是模拟真 实仪表的前面板, 主要特点是易懂易看 ; 框图程序是 用图形编程语言编写的图形程序 , 由相对应的按钮 来执行这些程序: 图标 / 连结器是把一个常见的程 序变成一个对象, 然后在其它程序中象子程序一样 调用 , 非常方便。 一般非专业人员也可以进行图形编 程, 创建高水平应用程序 ( 虚拟仪器 ) 。 因此它被称 为 面向大众的编程平台 , 也是高校基于虚拟仪器 技术实验教学的首选软件开发平台