虚拟仪器系统在电路分析中的应用new

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1、http://www.paper.edu.cn虚拟仪器系统在电路分析中的应用111明繁华江建军范少春华中科技大学电子科学与技术系E-mail：mingfanhua@163.com摘要：将虚拟仪器应用于实验室取代传统仪器进行电路分析，可以体现出节约教学经费、满足教育教学的要求等等诸多优势。本文利用NI公司的数据采集硬件和LabVIEW软件研究了虚拟仪器在RLC电路分析中的应用。实现了快速准确测量，虚拟仪器比传统仪器测量更方便、快捷、准确。关键词：虚拟仪器LabVIEWRLC电路分析一、引言作为测试技术与计算机技术完美结合的产物虚拟仪器得到了迅猛发展,使得测量仪器和测量技术

2、产生了深刻的变化。虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程方法,代表了测量仪器与自动测试系统未来的发展方向。虚拟仪器的组成可概括为三大部分,即信号的获取与采集;信号的分析与处理;结果的表达和输出,其中信号的分析与处理是实现各种虚拟仪器功能的核心部分。对传统仪器在电路分析中的应用而言，实验中一般需要信号源(包括直流稳压源，以及产生正弦波、矩形波、三角波等的信号发生器)、双通道数字存储示波器、数字万用表、频率计、频谱分析仪、失真度仪等多台设备。其仪器设备配置如图1所示。其中前三种最常使用。图1电子实验的仪器配置传统的电子实验需要配置多台电子

3、仪器，不仅价格不菲，而且在功能上并不能完全满足[1]实验的要求。如常规的电子仪器只能测量和显示有关参数数据，缺乏数据分析的功能，也不能对不同参数，不同时问的多条波形曲线进行对比和分析。国外已经成功的应用于测量电[12][3]路的频域及时域相应。以及对数据采集所得的数据进行分析和检测。为此，本课题研究了虚拟仪器在电路分析中的应用。-1-http://www.paper.edu.cn二、虚拟仪器系统的构建虚拟仪器在电路分析中的应用中，设计和研制的虚拟仪器包含双通道数字存储示波器、信号发生器、数字万用表三大仪器的功能模块。这样一台虚拟仪器(即一台PC机加上相应的软硬件)就具有

4、这三大仪器的功能，相对于传统的那些仪器，它的功能更强劲，价格更低廉，升级更容易，应用范围更广泛。图2显示了虚拟仪器系统的基本构成图。图3显示了数据采集的基本构成图。信号调理数据图像采集卡GPIB接口仪器GPIB接口卡PC机/工作站测串行口仪器/PLCLabVIEW控LabWindows/CVI对VXI仪器ComponentWorks象现场总线（Field，CANbus）设备其它计算机硬件图2虚拟仪器系统的基本构成图驱动软件信号数据被测量传感器计算机调理采集卡图3数据采集系统的构成图三、软件平台构建虚拟仪器实验系统是通过计算机软件编程，实时、直接地对测试数据进行各种分析和

5、数字处理，如完成循环幅值运算，实现数字滤波等，然后以各种方式输出处理结果，故而具有极强的数据处理能力。可以将该系统的数据处理的目的归纳为:1、把信号的原始形式变换成便于观察、分析或利于进一步处理的形式；2、筛选分类，提取主要的和有用的信号，滤掉次要的和无用的信号；3、编辑整理，数据压缩，提高数据有效性；4、分析计算；-2-http://www.paper.edu.cn5、存储数据，待以后进一步分析。虚拟仪器实验系统的组成框图如图4所示。测量对象信号调理数据采集软件平台数据处理图形显示文件管理数字滤波操作控制图4虚拟仪器实验系统组成框图[2]在本系统的建立中，实时数据采集

6、系统的图形模块采用LabVIEW独特的G语言来设计。每一个图标模块实现一个简单功能，类似于C语言的子程序，主程序通过调用、组合及开发子程序(连接图标)来实现特定的功能。软件具有结构化、可视化、逻辑化和模块化等特点，易于建立复杂的应用程序，且可读性强。实时数据采集系统的图形模块设计思想主框图如图5所示。PCIE系列DAQ开辟数据空间配置开始采集停止采集保存数据读数据清除数据波形实时显示图5实时数据采集系统结构图进行电路分析时，数据采集模块从数据采集卡中读取数据，实验仪器的采集数据能够实时显示，采集结束后程序根据要求调用数据处理模块分析实验数据，最后通过数据存储模块保存实验

7、记录，同时在图形显示模块显示数据采集/读取/处理/存储过程的图形变化。软件结构如图6所示。-3-http://www.paper.edu.cn数据采集模块数据处理模块图形显示模块数据存储/读取模块图6实际测量系统模式的软件结构同时还可以开发基于实际测量系统的模拟仿真系统模式，它与实际测量系统模式不同在于它不需要虚拟仪器的硬件参与，所以它不需要数据采集模块，它的软件结构如图7所示，主要由数据处理模块、图形显示模块和数据存储/读取模块构成。数据存储/读取模块数据处理模块图形显示模块图7模拟仿真系统模式的软件结构具体的模块设计灵活多变，可以根据