电子电路模拟及仿真设计分析

摘要:文章根据LabVIEW电子电路模拟以及仿真设计进行探讨和分析，客观阐述LabVIEW自身优势，包括在图形界面、扩展功能、编程特性以及仪器技术等众多方面特点。

关键词:LabVIEW程序设计;电子电路模拟;仿真设计;

引言

LabVIEW是以虚拟器，即VI作为应用设计中的硬件资源，并提供数据分析的功能。其作为一种图像化的编程语言的开发环境，集成了电子电路模拟机仿真设计所需的全部工具，帮助开发者完成从设计到测试等一系列步骤，使得仿真系统能够快速便捷地采集、分析和可视化访问所有数据，并直观、真实的再现电子电路运行情景，模拟和仿真电子电路运行过程，加深学生对电子电路的理解、记忆和运用。本文就将LabVIEW引入电子电路模拟及仿真设计中，应用LabVIEW开发软件在图形界面、扩展功能、编程语言、虚拟仪器上的技术优势，明晰设计原理和步骤，并以负反馈放大电路为设计实例，推进模拟与仿真系统的设计与应用。

1电子电路模拟仿真中LabVIEW的设计原理

1．1LabVIEW的主要功能操作

LabVIEW是美国NI公司推出的图形化编程软件，也即实验室虚拟仪器工作平台，在开发程序中，一般将LabVIEW界定为虚拟仪器，也即VI，其扩展名默认．VI。LabVIEW是世界上首个采用图形化编程语言也即G语言、技术的面相仪器的32位编译程序开发系统，其支持数值型、文本型、字符串型、布尔型等多种数据类型，且改变了传统的文本语言编程形式，简化了程序开发、设计流程。LabVIEW软件以应用程序VI为核心，每个VI又由多个更底层的VI构成，底层VI为最基本的计算，具体可实现以下功能:一，可以通过I/O接口设备来采集、测量相关电子电路信号，并完成操作与界面设计功能;二，LabVIEW中集成了现代计算机计算，可运用计算机强大的软件功能来运算、分析与处理信号数据;三，可借助于计算机的显示功能来模拟仿真传统仪器的控制面板，将电子电路信号进行输出显示，及利用计算机硬件和数据采集卡来采集、监测信号数据，而后通过计算机的相关软件对其进行运算、分析、处理之后将其结果传递给显示界面，予以显示测试结果。LabVIEW中的VI由图表/连接器、框图程序和程序前面板构成，其中程序前面板主要是用来模拟仪表的前面板，结合实际要求设置数据来检测输出量，输出量在模拟电子电路中称之为显示，而输入量则可以看作是对系统的控制，无论是显示还是控制在程序前面板上均是以图标的形式呈现，或开关、或按钮、或图形等;框图程序:每一个程序都有相应配套的程序跟随，与程序前面板配套的则是框图程序，框图程序主要是通过LabVIEW编写程序，本质上是一种传统程序的源代码，其包含节点、端口、连线以及图框，端口是传统程序前面板中命令的下达，节点主要是保证系统功能的实现，图框确保程序控制命令的下达，连线是程序执行过程中的数据流，并指明了数据流的动态方向;图标/连接器端口可将一个VI在其它VI的方框图中作为子VI应用，为虚拟仪器向子仪器的数据传输提供条件。

1．2LabVIEW程序设计步骤

其一，创建前面板，前面板主要是仪器操作界面，实际工作开展中用户通过操作前面板实现对仪器的操作，所以创建前面板时需要考虑到仪器界面内容是什么，根据设计仪器的功能需要来设计器见面板。在前面板中加入数值输入空间、现实空间以及波形显示控件等，甚至可以结合用户实际需要自定义功能。其二，创建程序框图，程序框图主要就是创建仪器想要实现的功能，等同于仪器内部电路，结合程序框图特点，做好各部分连线，完成程序设计;程序框图对象包括接线端、子VI、函数、常量、结构和连线，创建前面板后，需要添加图形化函数代码来控制前面板对象，程序框图窗口中包含了图形化的源代码，其基本程序框图，如图1所示。其三，对前面板和程序框图设计完成后，进行调试，通过加亮执行、单步执行等方法，每次调试同相配套理论进行分析，直到确定调试结果同理论分析结果相一致。二基于LabVIEW的电子电路模拟及仿真系统设计鉴于LabVIEW软件的功能优势性，本文在结合电子电路模拟及仿真的应用需求，遵循相关设计原则和方法的基础上，设计了一种电子电路模拟及仿真系统，主要涉及演示实验模块和实操实验模量两大主模块，同时，因电子电路教学中，常包含晶体管单管放大电路、负反馈放大电路、RCL串联谐振电路、一阶动态电路、二阶动态电路、信号产生电路、基本运算电路等模拟及仿真。本文所设计的电子电路模拟及设计系统是以NIELVIS教学实验室虚拟仪器套件作为硬件平台，其是一种模块化平台，在单个小巧的组成结构中集成了12款最为常用的测量仪器，为系统搭建实验电路和调理电路;在电子电路模拟及仿真系统中，首先要检测拟实验对象的状态，如电子电路输入输出数值、电子电压信号的频率和幅值，RMQ震荡波形及单调衰减波形等，并将这类信号数值转换为符合实际数值的信号，以此作为模拟及仿真实验的根本出发点，应用LabVIEW图形变成软件为开发工具和其相应的DAQ数据采集卡，围绕信号的采集、分析和处理，设计出系统的主要模拟及仿真模块。基于LabVIEW的电子电路模拟机仿真系统主要由硬件系统和软件系统构成，其中，硬件系统主要负将电子电路实验中所测得的模拟信号，并运用信号店里电路的放大、隔离、滤波，使得输入的电子电路信号符合LabVIEW的DAQ数据采集设备预先设定的数值，将采集的模拟信号转换为数字信号经由计算机的数据总线传输给计算机系统，通过LabVIEW中的VI面板显示测试结果;软件系统主要由驱动程序和多种用户自定义的虚拟仪器构成，运用LabVIEW软件的多层次化结构，可以将创建的VI程序作为子程序调用，以此实现系统复杂程序的扩展，并借助计算机强大的计算能力、存储以及数据传输能力，得到电子电路实验参数，在其内存缓冲区来进行电子电路的实际操作。

2基于LabVIEW的电子电路模拟及仿真的应用实例

就LabVIEW本质特点来看，在实际教学中应用较为广泛，能够通过模拟仪器实验获得教学需要，为了进一步探究LabVIEW实际应用成效，本文在客观分析模拟电子电路的应用特点的基础上，以LabVIEW为开发集成环境，并采用数据采集卡，以负反馈放大电路的模拟及仿真设计为研究实例，进行了详细分析，其总体程序框图如图2所示。多功能信号发射器设计的目为模拟电子电路实验，而在传统的负反馈放大电子电路模拟及仿真设计中，主要是选择元器件，并借助示波器来测量信号的强度和频率，结合实际需要增加其他元件，这样的设计存在较大局限性，造成最终设计的电路结构更为复杂，一旦某一元件出现问题极易造成整体电路出现故障，而信号在传播过程中为模拟信号，输出信号不准确，甚至信号中掺杂着过冲、杂散等一系列问题，影响模拟电子电路实验效果。而较之传统电子电路实验方法来看，LabVIEW模拟电子电路实验方法优势较为突出，可在LabVIEW的控制模块中加入相关的开关和按键，实现系统控制的灵活性，且因控制模块自由度较高，在设置显示器时应选择3个为最佳，以此对3中不同类型的电路波形进行显示;同时，可增设频率选择、幅值选择、开关等控件设置，频率选择控件简化为数值输入控件，便利了电子电路频率和幅值数据信息的直接输入，并可通过计算机鼠标右键选择属性，在计算机外观选项中重新命名这些标签。在前面板中加装数字滤波器相关控件，以此多功能信号发生器与滤波器连接在一起，经过在虚拟面板上的操作，实现信号波形的输出、数字滤波器在时域上的功能分析。为验证LabVIEW软件在负反馈放大电路模拟及仿真设计中的应用失效，本文设计了电压串联负反馈电路，其主要由两级放大子电路构成，并通过一个电容相连，可在前面板中设置电路电阻阻值，输入信号频率、电压数值以及三极管放大倍数等参数，并加入其它的输出信号和工作点，在程序框图中反映出来;同时结合模拟电路知识与输出结果可知，仿真结果验证了负反馈电路对整个电路的影响，串联反馈增大输入电阻，并联反馈减小输入电阻，电压反馈稳定电压放大倍数，电流反馈稳定电流放大倍数。

3结论

综上所述，本文主要基于LabVIEW的电子电路模拟及仿真设计进行深入分析和探讨，LabVIEW软件是以VI虚拟仪器为应用程序的图形编程软件，以数字化的编程形式替代了传统文本式编程，使得电子电路模拟及仿真系统可视化、创建和编程设计更为简单、灵活，且支持多样化的操作形式，为系统各类模块设计提供更多选择。

参考文献

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作者：李雯 单位：宝鸡职业技术学院