文/袁嘉嶸

LabVIEW是將虛擬器（VI）作為應(yīng)用設(shè)計(jì)的硬件資源，其具有數(shù)據(jù)分析的功能。LabVIEW作為圖像化編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，其中具有電子電路模擬機(jī)仿真設(shè)計(jì)中需要的工具，能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)發(fā)人員的設(shè)計(jì)直到測(cè)試的所有步驟，使仿真系統(tǒng)能夠便捷的對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析及訪問(wèn)，并且還能夠直觀的展現(xiàn)出電子電路的實(shí)際運(yùn)行，對(duì)電子電路的運(yùn)行進(jìn)行模擬仿真，以此有效提高學(xué)生對(duì)電子電路的理解，并且加深學(xué)生對(duì)電子電路的使用。

1 LabVIEW電子電路模擬仿真設(shè)計(jì)的原理

虛擬儀器包括三個(gè)部分，分別為框圖程序、程序前面板及圖標(biāo)/連接器。程序連接器的主要目的就是對(duì)輸入的數(shù)值進(jìn)行設(shè)置，并且對(duì)輸出的量進(jìn)行觀察，其適用于模擬真實(shí)儀表中的前面板。在程序前面板中，輸入量為控制，輸入量為顯示?？刂萍帮@示會(huì)通過(guò)不同的圖表形式在前面板中初選，比如圖表、開(kāi)關(guān)、旋鈕及圖形等，以此使前面板能夠更加簡(jiǎn)單且直觀。圖1為溫度計(jì)的程序前面板。

程序前面板都對(duì)應(yīng)相應(yīng)的框圖程序，其主要是通過(guò)LabVIEW圖形編程語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)的，能夠?qū)⑵淅斫鉃閭鹘y(tǒng)的程序源代碼?？驁D程序主要包括四部分組成，分別為連線、圖框、節(jié)點(diǎn)和端口。連線主要表示程序在執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，對(duì)框圖中的數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向進(jìn)行了定義；圖框的主要目的是為了對(duì)結(jié)構(gòu)化程序進(jìn)行控制；節(jié)點(diǎn)的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)功能及函數(shù)的調(diào)用；端口的主要目的是為了控制程序前面板，并且對(duì)傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。圖2為溫度計(jì)的框圖程序。

圖標(biāo)/連接器的主要目的就是為了調(diào)用子虛擬儀器，圖表表示的是在其他程序框中，虛擬儀器節(jié)點(diǎn)的調(diào)用形式表現(xiàn)，連接器表示的是節(jié)點(diǎn)的I/O接口，就和函數(shù)參數(shù)一樣。用戶要通過(guò)針對(duì)性的連接器端口及前面板，要求兩者能夠相互對(duì)應(yīng)。LabVIEW中有眾多的圖形化操作模板，能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行創(chuàng)建和運(yùn)行，并且還能夠在屏幕中隨便的移動(dòng)，并且能夠放置到屏幕上任意的位置。操作模板一共分為三類(lèi)，分別為控制、工具及功能。電子電路模擬對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理使用的子模塊包括信號(hào)的時(shí)域、發(fā)生及頻域分析。

LabVIEW最大的功能就是其具有層次化結(jié)構(gòu)，用戶能夠?qū)?chuàng)建的虛擬儀器作為子程序進(jìn)行調(diào)用，以此能夠創(chuàng)建更加復(fù)雜的程序，這些被調(diào)用的層次并沒(méi)有一定的限制。和傳統(tǒng)的EDA軟件相比，兩者的仿真下載過(guò)程中是不相同的，電子電路的仿真模擬功能能夠通過(guò)軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，硬件設(shè)計(jì)能夠通過(guò)LabVIEW的數(shù)據(jù)采集卡和外部的硬件電路相互連接以此實(shí)現(xiàn)。

2 LabVIEW電子電路的模擬仿真設(shè)計(jì)

2.1 LabVIEW電子電路的模擬仿真設(shè)計(jì)架構(gòu)

電子電路的模擬和仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)LabVIEW和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成，通過(guò)實(shí)際的電子電路為目標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行抽象處理，之后直觀的將其描述出來(lái)，以此實(shí)現(xiàn)用戶和系統(tǒng)兩者的互相反應(yīng)，并且還能夠?qū)﹄娐返墓ぷ鬟^(guò)程進(jìn)行展示，對(duì)電子電路進(jìn)行模擬，對(duì)波形進(jìn)行顯示和縮放，之后仿真數(shù)字電路，并且還有數(shù)字電路和混合電路的仿真工作點(diǎn)。以此就能夠確定本文所使用的架構(gòu)——B/S，只要在用戶端將計(jì)算機(jī)安裝進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)兩者的連接，就能夠訪問(wèn)系統(tǒng)，之后就能夠選擇電子電路的模擬內(nèi)容。圖3為電子電路模擬仿真系統(tǒng)的架構(gòu)。

系統(tǒng)主要包括模擬電路及系統(tǒng)電路兩個(gè)模塊組成，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW使用模塊化的編程，其中的模塊都是通過(guò)子虛擬儀器的模式在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中嵌入，有效提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，在全新的子虛擬儀器中能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有的電子電路變化，對(duì)系統(tǒng)中資源的共享及維護(hù)具有一定的方便。

2.2 LabVIEW電子電路的模擬仿真詳細(xì)設(shè)計(jì)

圖1：溫度計(jì)的程序前面板

圖2：溫度計(jì)的框圖程序

圖3：電子電路模擬仿真系統(tǒng)的基本架構(gòu)

結(jié)合以上內(nèi)容描述，對(duì)電子電路的模擬仿真進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。因?yàn)樵陔娮与娐方虒W(xué)過(guò)程中，主要包括各種電路的仿真，比如RCL串聯(lián)諧振、負(fù)反饋放大、晶體管放大、產(chǎn)生信號(hào)等電路。

本文講述的電子電路模擬平臺(tái)為L(zhǎng)abVIEW虛擬儀器套件，其作為模塊化平臺(tái)，在某個(gè)較小的組成結(jié)構(gòu)中具有十二中常用的測(cè)量工具，能夠調(diào)離系統(tǒng)，并且創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)電路。電子電路模擬仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要檢測(cè)被實(shí)驗(yàn)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)，比如電子電壓的頻率、電子電路的輸出值及輸入值等，之后將這些數(shù)值信號(hào)轉(zhuǎn)化為能夠滿足實(shí)際熟知的信號(hào)，從而將其作為電子電路模擬仿真度的基本，使用LabVIEW平臺(tái)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集卡，對(duì)信號(hào)進(jìn)行收集和分析，之后對(duì)其進(jìn)行處理，從而設(shè)計(jì)系統(tǒng)模擬仿真模塊。

LabVIEW為平臺(tái)的電子電路模擬仿真的構(gòu)成主要包括軟件系統(tǒng)及硬件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)又分為驅(qū)動(dòng)程序和虛擬儀器，虛擬儀器的設(shè)置是通過(guò)用戶根據(jù)自身的需求實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)LabVIEW的多層次結(jié)構(gòu)，將虛擬儀器程序作為子程序，并且實(shí)現(xiàn)子程序的調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序的擴(kuò)展，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能、存儲(chǔ)功能及數(shù)據(jù)傳輸功能，得到電子電路實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件內(nèi)存緩沖區(qū)操作電子電路；硬件系統(tǒng)的目的就是隔離信號(hào)電路，使電子電路的實(shí)驗(yàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)能夠達(dá)到數(shù)據(jù)采集卡在之前所設(shè)置的數(shù)值。將收集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，然后通過(guò)虛擬儀器面板顯示測(cè)試的直觀結(jié)構(gòu)。

3 電子電路模擬仿真的應(yīng)用案例

通過(guò)上述描述，并且根據(jù)科研及教學(xué)的需求，使LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，配以采集器創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)是虛擬儀器系統(tǒng)。在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)計(jì)一個(gè)多功能信號(hào)發(fā)生器是尤為重要的內(nèi)容，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是通過(guò)元器件和面包板的實(shí)現(xiàn)的，并且根據(jù)示波器所得到的響應(yīng)信號(hào)幅值及頻率，對(duì)其他參數(shù)在設(shè)計(jì)的時(shí)候添加其他的原件，以此會(huì)導(dǎo)致電路的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，因?yàn)椴ㄐ屋敵鍪悄M信號(hào)，如果輸出有所誤差，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)問(wèn)題，比如雜散、過(guò)沖等。LabVIEW的功能能夠成為虛擬儀器設(shè)計(jì)的平臺(tái)，在其中的控制模塊中添加開(kāi)關(guān)及按鈕。因?yàn)榭刂颇０寰哂休^高的自由度，所以在設(shè)置的時(shí)候要添加三個(gè)顯示器，以此能夠在同一個(gè)屏幕中展現(xiàn)出三個(gè)不同的波形，以此進(jìn)行對(duì)比。另外，還要添加部分的必要按鈕，比如復(fù)制選擇、頻率選擇及開(kāi)關(guān)等，在此能夠?qū)?shù)值輸入代替頻率選擇，以此能夠?qū)⑿枨蟮念l率和幅值進(jìn)行輸入。另外，還能夠?qū)?shù)字濾波器空間加入到虛擬儀器的前面板中，從而能夠結(jié)合信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字濾波器，通過(guò)對(duì)虛擬面板進(jìn)行操作，不僅實(shí)現(xiàn)了自身需求的信號(hào)輸出，還實(shí)現(xiàn)了數(shù)字濾波器對(duì)時(shí)域的功能進(jìn)行分析。

整個(gè)設(shè)計(jì)的核心為程序設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒚總€(gè)程序框作為傳統(tǒng)編程中的源代碼，所有程序狂就是虛擬儀器源程序的重要部分，并且還包括連線、節(jié)點(diǎn)及端子等。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文首先對(duì)LabVIEW平臺(tái)及在電子電路模擬仿真設(shè)計(jì)中的原理進(jìn)行了分析，以此可以看出虛擬儀器通過(guò)計(jì)算機(jī)的圖像環(huán)境及計(jì)算能力，創(chuàng)建虛擬儀器面板，以此能夠控制儀器，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和分析，創(chuàng)新了傳統(tǒng)儀器的使用，有效提高了一起的使用效率及功能，用戶能夠通過(guò)自己的需求對(duì)儀器的功能進(jìn)行設(shè)置。LabVIEW實(shí)現(xiàn)了電子電路模擬仿真的可視化，并且使編程更加靈活，為系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)提供了多種選擇。