基于LabVIEW的基本放大电路的设计与分析

本科生毕业设计毕业设计题目基于LabVIEW的基本放大电路的设计与分析学生姓名郑涛所在学院物理学院专业及班级电科08指导教师张海燕完成日期2012年5月9日基于LabVIEW的基本放大电路的设计与分析姓名：郑涛指导老师：张海燕摘要虚拟仪器是20世纪80年代兴起的一项新技术，是现代仪器仪表发展的重要方向，在建模仿真、设计规划和教育训练等方面都有应用。本文利用数据采集卡采集信号发生器发生的信号，通过滤波电路送给基本放大电路，然后对处理过的信号分析其静态和动态指标。然后构建基于LabVIEW的信号采集分析系统，此系统具有信号采集、分析以及波形显示等功能。并对提出的设计方法进行大量的仿真实验，通过实验结果证明了实验设计的合理性和可行性。应用虚拟仪器技术构建的采集、分析系统，降低了测试成本，提高了工作效率，增强了系统的灵活性。关键词：LabVIEW,数据采集,基本放大电路,静态分析,动态分析。TheDesignAndAnalysisOfBasicAmplifierBasedOnTheLabVIEWAbstractThevirtualinstrumentistheriseofanewtechnologyinthe1980s,andalsoisanimportantdirectionforthedevelopmentofmoderninstrumentation,whichhasapplicationsinmodelingandsimulation,design,planningandeducationandtraining.Inthispaper,thesignalofthedataacquisitioncardsignalgenerator,andgivethebasicamplifiercircuit,andthentheprocessedsignalthroughthefiltercircuittoanalyzethestaticanddynamicindicators.AndthenbuildLabVIEWbasedsignalacquisitionandanalysissystem,thissystemhasthefunctionofthesignalacquisition,analysis,andwaveformdisplay.Andtheproposeddesignmethodisalotofsimulation,experimentalresultsdemonstratetherationalityandfeasibilityoftheexperimentaldesign.Thevirtualinstrumenttechnologytobuildthecollection,analysissystems,toreducetestingcosts,improveworkefficiency,andenhancetheflexibilityofthesystem.Keywords:LabVIEW,Dataacquisition,Basicamplifyingcircuit,Staticanalysis,DynamicAnalysis目录1.引言…………………………………………………………61.1课题的研究背景…………………………………………6.1.2课题的研究意义…………………………………………7.1.3本文的结构………………………………………………7..2.LabVIEW介绍…………………………………………………8...2.1LabVIEW的介绍…………………………………………8.2.2LabVIEW的应用领域……………………………………83.USB2006数据采集卡…………………………………………103.1对USB2006数据采集卡的介绍…………………………103.1.1USB2006数据采集卡的使用方法…………………103.1.2USB2006数据采集卡的注意事项…………………103.1.3USB2006数据卡的校准……………………………103.1.4USB2006数据采集卡的原理图……………………113.2模入信号37芯D型插座XS1的管脚定义……………124.编程前的准备工作……………………………………………144.1Case选择结构……………………………………………144.2基本放大电路……………………………………………154.2.1基本放大电路的工作原理…………………………15..4.2.2失真波形分析………………………………………175.在LabVIEW环境下的基本放大分析电路的程序设计…………185.1程序设计……………………………………………………185.1.1电路板的设计………………………………………18..5.1.2前面板的设计………………………………………195.1.3Case选择结构………………………………………205.2运行结果……………………………………………………20总结…………………………………………………………………28..致谢……………………………………………………………………29参考文献………………………………………………………………301.引言本文旨在用虚拟仪器实现基于LabVIEW的基本放大电路的设计与分析，通过设计基本放大电路实现对采集到的信号进行静态以及动态分析，并通过LabVIEW设计的程序实现分析和显示结果。1.1课题的研究背景由于信息科学的快速发展，需要处理的问题也越来越复杂，对于信号分析的要求也越来越高。随着电子技术、计算机技术和网络技术的告诉发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，传统仪器显得越来越力不从心，其信号处理电路的设计十分复杂而且难以更新，当新的计算方法出来后，传统的仪器亦无法升级，满足不了科研人员的要求，给科研工作带来额外的科研成本。而虚拟仪器的信号分析系统完全可以解决这个问题，用虚拟仪器开发平台开发各种“虚拟仪器”，不但成本低廉、简单易行，且交互性、可操作性和真实感与传统仪器基本相同。“软件即仪器”（SoftwareisInstrument）反映了虚拟仪器的基本特征。虚拟仪器[3]是一种程序开发环境，由美国国家仪器公司研制开发出来的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW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LabVIEW使用的是图形化编辑语言编写程序，产生的程序是框图的形势。虚拟仪器有四大优势：1、性能高，虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，当前正在蓬勃发展的一些新兴技术（如多核、PCIExpress等）也成为推动虚拟仪器技术发展的新动力，使其展现出更强大的优势。2、扩展性强，NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再圈囿于固有的、封闭的技术之中。得益于NI软件的灵活性，只需更新您的计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少、甚至无需软件上的升级即可改进您的整个现有系统。在利用最新科技的时候，您可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。3、开发时间少，在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户操作的同时，还提供了高灵活性和强大的功能，使您轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。4、出色的集成，虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到一个系统之中，减少了任务的复杂性。在这种背景下提出了本课题。1.2课题的研究意义与计算机技术相结合是现代测试仪器的发展的主流方向，由此而产生的虚拟仪器技术已经成为测试仪器技术中的重要领域。在教学特别是在大学中，如果仍旧使用传统的实验仪器，想要紧跟现代技术发展的脚步就得不断的更新教学实验设备，这之间的代价十分昂贵，而且虚拟仪器又有传统的实验仪器所不具有的各种优势，能够完全取代并且拓展传统仪器所能实现的功能，这是传统的实验仪器所不具备的效果。1.3本文结构本文内容主要分以下几部分：第一章着重介绍课题的开发背景以及研究意义，分析解释了虚拟仪器与传统仪器的差别级优势。第二章介绍了虚拟仪器的特点以及LabVIEW软件的优点。第三章对数据采集卡主要介绍。第四章主要写自己编程前的准备工作第五章主要是程序设计方法以及各种结果的记录。最后为自己对这次毕业设计的总结以及心得。2.LabVIEW的介绍2.1LabVIEW的介绍LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW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LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW[中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。LabVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境[2]，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位/64位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。2.2LabVIEW的应用领域LABVIEW有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。比如测试测量、控制、仿真、儿童教育、快快速开发、跨平台等等。测试测量：LABVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。经过多年的发展，LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。控制：控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的LabVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块----LabVIEWDSC。除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。仿真：LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。在设计机电设备之前，可以现在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。在高等教育领域，有时如果使用LabVIEW进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。儿童教育：由于图形外观漂亮且容