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1、西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 目 錄 1 前言. .1 2 虛擬儀器. .2 2.1 虛擬儀概述.2 2.1.1 虛擬儀器基本概念.2 2.1.2 虛擬儀器的構(gòu)成及分類.3 2.1.3 虛擬儀器的發(fā)展.3 2.2 LabVIEW 開發(fā)平臺. .4 2.2.1 LabVIEW 開發(fā)平臺簡介.4 2.2.2 LabVIEW 編程.6 3 調(diào)制解調(diào)器.8 3.1 調(diào)制解調(diào)器的概念及分類.8 3.2 調(diào)制解調(diào)器的作用.9 3.3 調(diào)制解調(diào)器的工作原理.9 4 巴特沃斯低通濾波器.10 5 虛擬調(diào)制解調(diào)器.12 5.1 調(diào)制解調(diào)原理及算法.12 5.2 程序設計.13 6 總結(jié)與體會.18

2、7 謝辭.19 8 參考文獻.20 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 0 頁 1 前言 進入 90 年代以來,隨著計算機技術的迅猛發(fā)展,測試技術在這一巨大的推動 下,從傳統(tǒng)的儀器模式脫穎而出,出現(xiàn)了新的測試儀器-虛擬儀器。虛擬儀器 是通過應用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C與儀器硬件結(jié)合起來,用戶可以通過友好的圖形界 面(通常叫作虛擬前面板)操作這臺計算機,就象在操作自己定制的一抬傳統(tǒng)儀器 一樣.虛擬儀器以透明的方式把計算機資源(如微處理器,內(nèi)存,顯示器等)和儀器 硬件(如 A/D,D/A/,數(shù)字 I/O,定時器,信號調(diào)理等)的測量,控制能力結(jié)合在一起,

3、通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析處理表達以及圖形化用戶口。本次主要設計基于 LabVIEW 的虛擬調(diào)制解調(diào)器。能夠?qū)崿F(xiàn)用該調(diào)幅波解調(diào)器可觀察調(diào)幅波，以及 經(jīng)過巴特斯濾波器后的解調(diào)信號波形。此系統(tǒng)具有參數(shù)調(diào)節(jié)方便、易實現(xiàn)、可 靠度高等優(yōu)點。 本設計的意義在于在高等工程教育中采用虛擬實驗室，可以從根本上解決 實驗與實習經(jīng)費嚴重短缺問題。作為傳統(tǒng)電子技術實驗的補充，使學生初步掌 握仿真軟件技術，可使實驗內(nèi)容緊密聯(lián)系課本內(nèi)容，比較全面地概括和反映部 分所學的知識點，將課堂內(nèi)容具體化。 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 1 頁 2 虛擬儀器 2.1 虛擬儀器概述 虛擬儀器徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由生產(chǎn)

4、廠家定義，用戶無法改變的局面， 從而使得任何一個用戶都可以方便靈活地用鼠標或按鍵在計算機顯示屏幕上操 作虛擬儀器軟面板的各種“旋鈕”進行測試工作，并可以根據(jù)不同的測試要求 通過窗口切換不同的虛擬儀器，或通過修改軟件來改變、增減虛擬儀器系統(tǒng)的 功能與規(guī)模。虛擬儀器具有的這種“可開發(fā)性”和“可擴展性”等優(yōu)越特點使 虛擬儀器具有強大的生命力和競爭力。 2.1.1 虛擬儀器基本概念 虛擬儀器的概念最早由美國 NI 公司于 1895 年提出，其英文原稱為 Vrul Instrument，簡稱 vi。所謂虛擬儀器，就是在以計算機為核心的硬件平臺上，其 功能由用戶設計和定義，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟

5、件實現(xiàn)的一種計 算機測試系統(tǒng).虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器 的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結(jié)果:利用計算機強大的軟件功能來實現(xiàn) 信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理:利用 I/0 接口設備完成信號的采集、測量與調(diào)理， 從而建立集各種測試功能為一體的計算機儀器系統(tǒng)。使用者通過鼠標和鍵盤操 作虛擬面板，就如同使用一臺專用測盆儀器一樣。 虛擬儀器的“虛擬”兩字主要包含以下兩方面的義。 (1)虛擬儀器的面板是虛擬的 虛擬儀器面板上的各種“圖標”與傳統(tǒng)的儀器面板上的各種“器件”所完 成的功能是相同的;由各種開關、按鈕、顯示器等圖標實現(xiàn)儀器電源的 “通”、 “斷”;被測信號的“輸入通

6、道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)設置 ,及測量結(jié)果的“數(shù) 值顯示”、“波形顯示等”。 傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是實物,而且是由手動和觸摸進行操作的;虛擬儀器 前面板是外形與實物相像的圖標,每個圖標的通、斷、放大等動作通過用戶操作 計算機鼠標或鍵盤來完成。因此,設計虛擬儀器前面板就是在前面板設計窗口中 擺放所需圖標,然后對圖標的屬性進行設置。 (2)虛擬儀器測量功能是通過對圖形化軟件流程土的編程來實現(xiàn)的 虛擬儀器是在以 PC 為核心組成的平臺支持下 ,通過軟件編程來實現(xiàn)儀器功 能的。因為可以通過不同測試功能軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能，所以, 在硬件平臺確定后,就有“軟件就是儀器”的說法。這也具體體現(xiàn)

7、了測試技術與 計算機深層次的結(jié)合。 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 2 頁 2.1.2 虛擬儀器的構(gòu)成及分類 虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(簡稱硬件平臺)和應用軟件兩大部分構(gòu)成。 (1)虛擬儀器的硬件平臺 虛擬儀器的硬件平臺由兩部分組成:(a) 計算機：一般為一臺 PC機或者工作站， 其為硬件平臺的核心。(b)I/0 接口設備：I/0 接口設備主要完成被測輸入信號的采 集、放大、A/D轉(zhuǎn)換。不同的總線有其相應的I/0接口硬件設備，如利用PC機總 線的數(shù)據(jù)采集板卡、GPIB總線、VXI總線儀器模塊、PXI總線儀器模塊、串行總 線儀器等。虛擬儀器的構(gòu)成方式主要有5種類型：(a)PC-D

8、AQ系統(tǒng)：PC-DAQ系 統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理電路及計算機為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬 儀器系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用計算機的PCI或工SA 總線，數(shù)據(jù)采集卡直接插入計算機 底板上的相應總線插槽.(b)GPIB系統(tǒng)：GPB系統(tǒng)是以PB標準總線儀器與計算機為 儀器平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。(c)VXI系統(tǒng)：VX6是以VXI標準總線儀器模 塊與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。(d)PXI系統(tǒng)：PX工系統(tǒng)是以 PXI標準總線儀器模塊與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。(e)串口系 統(tǒng)：串口系統(tǒng)是以Serial標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器測試 系統(tǒng)。 (2)虛擬儀器的軟

9、件 目前虛擬儀器軟件開發(fā)工具有如下兩類: (a)文本式開發(fā)平臺：VisualC+,VisualBasic,LabWindows/CVI等； (b)圖形化開發(fā)平臺：如LabVIEW,HPVE等。 2.1.3 虛擬儀器的發(fā)展 虛擬儀器發(fā)展至今，大體可以分為四代：模擬儀器、分立元件式儀器、數(shù) 字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。第一代-模擬儀器。這類儀器看起來在某些 實驗室仍然恩能夠看到，是以電磁感應基本定律為基礎的指針式儀器，如指針 式萬用表、指針式電壓表、指針式電流表等。這類指針式儀器借助指針來顯示 最終結(jié)果。第二代-分立元件式儀器。當 20 世紀 50 年代出現(xiàn)電子管，20 世紀 60 年代出現(xiàn)晶體

10、管時，便產(chǎn)生了以電子管或晶體管電子電路為基礎的第二代測 試儀器-分立元件式儀器。第三代-數(shù)字化儀器。20 世紀 70 年代，隨著集成 電路的出現(xiàn)，誕生了以集成電路芯片為基礎的第三代儀器這類儀器目前相當普 及，如數(shù)字電壓表，數(shù)字頻率計等。這類儀器將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信 號的測量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應和較高準確度的測量。 第四代-智能儀器。隨著微電子技術的發(fā)展和微處理器的普及，以微處理器為 核心的第四代儀器-智能儀器也迅速普及。這類儀器內(nèi)置微處理器，既能進行 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 3 頁 自動測試，又具有一定的數(shù)據(jù)處理功能，可取代部分腦力勞動，習慣

11、上稱之智 能儀器。其缺 點是它的功能模塊全部都以硬件的形式存在，無論對開發(fā)還是針對應用，都缺 乏靈活性。 隨著計算機、通信、微電子技術的不斷發(fā)展，以及網(wǎng)絡時代的到來和信息 化要求的不斷提高，網(wǎng)絡技術應用到虛擬儀器領域中是虛擬儀器發(fā)展的大趨勢。 在國內(nèi)網(wǎng)絡化虛擬儀器的概念目前還沒有一個比較明確的提法，也沒有一個被 測量界廣泛接受的定義。其一般特征是將虛擬儀器、外部設備、被測試點以及 數(shù)據(jù)庫等資源納入網(wǎng)絡，實現(xiàn)資源共享，共同完成測試任務。使用網(wǎng)絡化虛擬 儀器，可在任何地點、任何時刻獲取到測量數(shù)據(jù)信息的愿望成為現(xiàn)實。網(wǎng)絡化 虛擬儀器也適合在異地或遠程控制、數(shù)據(jù)采集、故障監(jiān)測、報警等。 2.2 Lab

12、VIEW 開發(fā)平臺 2.2.1 LabVIEW 開發(fā)平臺簡介 LabVIEW 是一個完全的、開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應用軟件，利用它組 建儀器測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以大大簡化程序的設計。LabVIEW 與 Visual C+、Visual Basic、LabWindows/CVI 等編程語言不同，后者采用的是基 于文本語言的程序代碼（Code），而 LabVIEW 則是使用圖形化程序設計語言 G（Graphic），用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。LabVIEW 所運用的設備圖標與 科學家、工程師們習慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程非 常的相似。 LabVIEW 包含有專門用于設計

13、數(shù)據(jù)采集程序和儀器控制程序的函數(shù)庫和開 發(fā)工具庫。LabVIEW 的程序設計實質(zhì)上就是設計一個個的 虛擬儀器，即 VIs。在計算機顯示屏幕上利用函數(shù)庫和開發(fā)工具庫產(chǎn)生一個前面版 （Front Panel）；在后臺則是利用圖形化的編程語言編制用于控制前面板的框圖 程序。程序的前面板具有與傳統(tǒng)儀器相類似的界面，可接受用戶的鼠標和鍵盤 指令。一般來說，每一個 VI 都可以被其他 VI 調(diào)用，其功能類似于文本語言的 子程序嵌套；而這種嵌套的層次，從理論上講，是不受任何限制的。 LabVIEW 是帶有可擴展函數(shù)庫和子程序庫的通用程序設計系統(tǒng)。它提供了 用于 GPIB 設備控制、VXI 總線控制、串行口設

14、備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和 存儲的應用程序模塊。LabVIEW 可方便的調(diào)用 Windows 動態(tài)鏈接庫和用戶自定 義的動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)；LabVIEW 還提供了 CIN (C Interface Node) 節(jié)點使得 用戶可以使用由 C 或 C+語言，如 ANSI C, 編譯的程序模塊，使得 LabVIEW 成 為一個開放的開發(fā)平臺。LabVIEW 還直接支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）、結(jié)構(gòu)化 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 4 頁 查詢語言（SQL）、TCP 和 UDP 網(wǎng)絡協(xié)議等。此外， LabVIEW 還提供了專門用 于程 序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠很方便的設置斷點，動

15、態(tài)的執(zhí)行程序來非常直 觀形象的觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，以及進行方便的調(diào)試。 LabVIEW 的運行機制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮諾伊曼計算機體 系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)的計算機語言（如 C）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在 LabVIEW 中被并行機制所代替；從本質(zhì)上講，它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的 數(shù)據(jù)流模式（Data Flow Mode），這種方式確保了程序中的函數(shù)節(jié)點 （Function Node）只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。也就是說，在這 種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，它不受操作系統(tǒng)、計算機 等因素的影響。 既然 LabVIEW 程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動的，數(shù)據(jù)流程序設計規(guī)定，一個

16、目標只有 當它的所有輸入有效時才能夠被執(zhí)行；而目標的輸出只有當它的功能完全時才 是有效的。這樣，LabVIEW 中被連接的函數(shù)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí) 行次序，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。從而，我們可以通過相互連 接函數(shù)節(jié)點快速簡潔的開發(fā)應用程序，甚至還可以有多個數(shù)據(jù)通道同步運行， 即所謂的多線程（Multithreading）。 LabVIEW 的核心是 VI。VI 有一個人機對話的用戶界面前面板 （Front Panel）和相當于源代碼功能的框圖程序（Diagram）。前面板接受來自 框圖程序的指令。在 VI 的前面板中，控件（Controls）模擬了儀器的輸入裝置 并把數(shù)據(jù)

17、提供給 VI 的框圖程序；而指示器（Indicators）則是模擬了儀器的輸出 裝置并顯示由框圖程序獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。當把一個控件或指示器放置到前面 板上時，LabVIEW 便在框圖程序中相應的產(chǎn)生了一個終端（Terminals），這個 從屬于控件或指示器的終端不能隨意的被刪除，只有刪除它對應的控件或指示 器時它才會隨之一起被刪除。 用 LabVIEW 編制框圖程序時，不必受常規(guī)程序設計語法細節(jié)的限制。首先， 從函數(shù)面板（Function Palette ）中選擇需要的函數(shù)節(jié)點（ Function Node），將之 置于框圖上適當?shù)奈恢?；然后用連線（Wires ）連接各函數(shù)節(jié)點在框圖程序中的

18、端口（Port ），用來在函數(shù)節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)。這些函數(shù)節(jié)點包括了簡單的計算 函數(shù)、高級的采集和分析 VI 以及用來存儲和檢索數(shù)據(jù)的文件輸入輸出函數(shù)和網(wǎng) 絡函數(shù)。 用 LabVIEW 編制出的圖形化 VI 是分層次和模塊化的。我們可以將之用于 頂層（Top Level）程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。一個 VI 用在其 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 5 頁 它 VI 中，稱之為 subVI，subVI 在調(diào)用它的程序中同樣是以一個圖標的形式出 現(xiàn)的；為了區(qū)分各個 subVI，它們的圖標是可編輯的。LabVIEW 依附并發(fā)展了 模塊化程序設計的概念。用戶可以把一個應用任務

19、分解成為一系列的子任務， 每個子任務 還可以分解成許多更低一級的子任務，直到把一個復雜的問題分解成為許多子 任務的組合。首先設計 subVI 完成每個子任務，然后將之逐步組合成為能夠解 決最終問題的 VI。 圖形化的程序設計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術的不斷 發(fā)展，圖形化的編程語言必將成為測試和控制領域內(nèi)最有前途的發(fā)展方向。 2.2.2 LabVIEW 編程 LabVIEW 編程主要包括前面板設計和構(gòu)建框圖程序。 （1）前面板的設計 前面板是程序設計與用戶交流的窗口,一個良好的前面板可以給用戶帶來一 種友好的感覺,甚至是一種鎂的享受.前面板主要由控件構(gòu)成,控件又分為控制件 和顯

20、示件。 設計前面板所用的全部控件都在控件模板(controls palette)模板形式的 默認設置為： 模板外觀 palette view-Express(快速模板形式) 模板格式 Format-Standard(標準格式) 導航按鈕 Navigation Buttons-Label selected icons 前面板的設計主要有以下幾個方面：1、控件的設置:很多時候,Labview 對 控件的默認設置往往并不能滿足我們的需要,這時候單擊鼠標右鍵,彈出快捷鍵, 選中 properties,可進行外觀設置、數(shù)據(jù)范圍設置、刻度設置、數(shù)據(jù)格式與精度 設置等。2、布爾量的設置:包括外觀設置與動作方

21、式設置。3、快捷鍵的設置與 編輯鍵盤焦點順序:包括快捷鍵設置和編輯鍵盤焦點順序。4、其他設置:缺省值 設置、可見性設置、顏色設置、顏色梯度條等?？丶牟贾?包括替換與刪除控 件、改變控件大小與控件比例化、控件排列、組合和鎖定控件。定制控件：創(chuàng) 建自定義控件、創(chuàng)建自定義控件圖標、類定義。 （2）構(gòu)建程序框圖 程序框圖是以圖形表示的 Labview 程序源代碼,是實現(xiàn)程序功能的核心部分。 程序框圖里的對象有：節(jié)點、端口、連線。 Labview 程序框圖里有以下幾類節(jié)點： 函數(shù)節(jié)點:函數(shù)節(jié)點是完成 Labview 程序功能的最基本的成員.Labview 有兩類函數(shù)節(jié)點,一類叫 Function, 西

22、華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 6 頁 他是完成的功能相對簡單,輸入輸出端口相對較少。另一類叫 SUBVI,這實際就是 供其他程序調(diào)用的子程序.這兩類節(jié)點統(tǒng)稱為函數(shù)節(jié)點.函數(shù)節(jié)點抖擻可以從函 數(shù)模板調(diào)出。結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)是一種程序流程控制節(jié)點,他們放置在程序框圖中,外 形一般是一個可以縮放的邊框,當它與其他節(jié)點的連線有數(shù)據(jù)通過來時,邊框內(nèi) 的一段代 碼或者反復執(zhí)行,或者有條件執(zhí)行,或者按照一定的順序執(zhí)行。結(jié)構(gòu)內(nèi)的一 段代碼叫子框圖 subdiagram；結(jié)構(gòu)邊框上數(shù)據(jù)輸入輸出的端口叫做通道 channel.LABVIEW 有 7 種結(jié)構(gòu):FOR 循環(huán)、WHILE 循環(huán)、選擇結(jié)構(gòu)、展平的順

23、序結(jié) 構(gòu)、層疊結(jié)構(gòu)、公式節(jié)點和事件結(jié)構(gòu)。屬性節(jié)點:property node,它的頂端有 兩對參數(shù),一對參考號 reference 和復制的參考號 dup reference,另一對是 error in 和 error out.只有一個屬性端口.如果需要對一個對象的多種屬性進 行操作,可以擴大屬性節(jié)點讓它顯示更多的屬性條目。代碼調(diào)用節(jié)點和調(diào)用庫 函數(shù)節(jié)點。 包含節(jié)點和使用參考號調(diào)用節(jié)點。 Labview 程序框圖有以下幾類端口： 控件端口：控件端口有圖標和數(shù) 據(jù)類型端口兩種顯示方式,圖標形式的控件端口用一個縮略圖顯示控件的形狀, 用邊框的顏色表示控件的數(shù)據(jù)類型,并在下方用一個小方框里的文字進一

24、步說明 控件的數(shù)據(jù)類型.控件端口的圖標形式對于編程時了解端口所代表的空間很方便,但 是占據(jù)程序框圖的位子也比較大.控件端口另外一種顯示方式是數(shù)據(jù)類型形式. 數(shù)據(jù)類型形式的控件端口用整體的顏色表示控件的數(shù)據(jù)類型,并用文字進一步說 明控件的數(shù)據(jù)類型.控件端口兩種顯示方式的轉(zhuǎn)換可以通過在控件端口上彈出快 菜單,選中或不選中 VIEW AS ICON 來實現(xiàn)。 節(jié)點端口：節(jié)點端口節(jié)點連線的 位置,即數(shù)據(jù)傳遞的端點。函數(shù)節(jié)點圖標都可以顯示為端口形式,我們在前面創(chuàng) 建的 VI 程序框圖里,各個節(jié)點上彈出的快捷菜單中,選命令 Visible ItemsTerminals.程序框圖變?yōu)橐环N很方便連線的形式，但

25、不利于了解函數(shù)功 能.有些函數(shù)節(jié)點缺省的端口數(shù)不能滿足程序設計的要求,增減端口數(shù)量的方法 和縮放控件大小的方法類似.即用定位工具拖動圖標邊緣.也可以在已有端口上 彈出快捷菜單選 Add Input、Remove Input、Remove Output 等命令。節(jié)點端口 也用顏色表示數(shù)據(jù)類型。 結(jié)構(gòu)端口：結(jié)構(gòu)上數(shù)據(jù)輸入輸出的端點就叫結(jié)構(gòu)端 點。 常數(shù) ：Labview 有兩類常數(shù)。通用常數(shù)：例如自然對數(shù)的底 e,回車 符等。用戶定義常數(shù)：Labview 函數(shù)模板中有各種常用數(shù)據(jù)類型的常數(shù),用戶 可以在編寫程序時為它賦值.例如數(shù)值型常數(shù) Numeric Constant 位于數(shù)值字模 板,它的默認

26、值是 32 位整型數(shù) 0,用戶可以給它定義任意類型的數(shù)值,程序運行時 就保持這個值。也可以從 VI 前面板,甚至其他 VI 前面板拖動或復制一個控件到 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 7 頁 程序框圖產(chǎn)生一個用戶定義的常數(shù)。 連線是編寫 LabVIEW 程序的一項主要工作，下面詳細介紹連線的知識和技 巧。 線型：LabVIEW 用連線的形狀與顏色表示不同的數(shù)據(jù)類型。例如橙色代 表沸點數(shù)藍色代表整型數(shù)等。細線代表單個數(shù)據(jù)，點線代表布爾量，粗線代 表數(shù)組等。 手工連線：連線工具是經(jīng)過一個端口時，端口將閃爍，提示操 作者單擊鼠標， 將連線連接到這里，并彈出一個提示條用黃色的文本框顯示出

27、端口的名稱。 在端口之間移動連線工具時不必按下鼠標。連線可以直角彎折一次。需要更多 彎折時，在彎折處單擊鼠標即可。 需要移動或者刪除連線時，選中該連線可 用鼠標直接拖動，按 Delete 鍵就 可以刪除。 自動布線：自動布線功能幫 助我們更合理的布置連線?？梢杂貌藛蚊?ToolsOptions 打開 Block Diagram 設置對話框，選中或不選 Enable automactic wire routing 來切換自 動布線功能的 打開與關閉。也可以在連線開始時按 A 鍵進行切換。對于手工連 線也可以在線上彈出快捷菜單用 Clean Up Wire 命令重新布置。 自動連線： LabVI

28、EW 可以自動為方今程序框圖的對象連線。當移動一個對象接近其他對象時， 會出現(xiàn)一段臨時連線，當它防進程序框圖后，兩個對象就連接起來。LabVIEW 找 到它認為數(shù)據(jù)類型最匹配的端口進行連線。 總之，連線型圖標表示程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流及其流動方向，類似于普 通程序中的變量。在 LabVIEW 開發(fā)平臺創(chuàng)建虛擬儀器就是在前面板開發(fā)窗口與 流程圖編輯窗口進行虛擬前面板及其想對應的流程圖程序設計。編輯好的流程 圖程序是用圖形化表示的。圖形化的變成思想與用源代碼的傳統(tǒng)程序編程思想 是一致的。為了完成對信號數(shù)據(jù)的采集，需要編寫對 I/O 借口硬件設備的驅(qū)動 程序。為了對采集的信號數(shù)據(jù)進行運算，分析處理，

29、需要編寫運算，分析處理 程序等。 使用 LabVIEW 開發(fā)平臺編輯程序的特別之處就是將傳統(tǒng)程序所需 要的常量，數(shù)組，數(shù)據(jù)流控制命令等語句代碼都用圖標表示，不熟悉用源代碼 進行語言編程的工程師，科學家一樣可以隨心所欲地編制流程圖程序。我們可 以把用 LabVIEW 圖形編寫的流程圖程序理解為就是源代碼編寫的傳統(tǒng)程序，他 們的區(qū)別只是表達方式不同而已。 3 調(diào)制解調(diào)器 3.1 調(diào)制解調(diào)器的概念及分類 調(diào)制解調(diào)器（即 Modem），是計算機與電話線之間進行信號轉(zhuǎn)換的裝置， 由調(diào)制器和解調(diào)器兩部分組成，調(diào)制器是把計算機的數(shù)字信號（如文件等）調(diào) 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 8 頁 制

30、成可在電話線上傳輸?shù)穆曇粜盘柕难b置，在接收端，解調(diào)器再把聲音信號轉(zhuǎn) 換成計算機能接收的數(shù)字信號。通過調(diào)制解調(diào)器和電話線就可以實現(xiàn)計算機之 間的數(shù)據(jù)通信。 目前調(diào)制解調(diào)器主要有兩種：內(nèi)置式和外置式。(1)內(nèi)置式調(diào)制解調(diào)器其實 就是一塊計算機的擴展卡，插入計算機內(nèi)的一個擴展槽即可使用，它無需占用 計算機的串行端口。它的連線相當簡單，把電話線接頭插入卡上的“Line”插口， 卡 上另一個接口“Phone”則與電話機相連，平時不用調(diào)制解調(diào)器時，電話機使用 一點也不受影響。(2)外置式調(diào)制解調(diào)器則是一個放在計算機外部的盒式裝置， 它需占用電腦的一個串行端口，還需要連接單獨的電源才能工作，外置式調(diào)制 解調(diào)

31、器面板上有幾盞狀態(tài)指示燈，可方便您監(jiān)視 Modem 的通訊狀態(tài)，并且外置 式調(diào)制解調(diào)器安裝和拆卸容易，設置和維修也很方便，還便于攜帶。外置式調(diào) 制解調(diào)器的連接也很方便，phone 和 line 的接法同內(nèi)置式調(diào)制解調(diào)器。但是外置 式調(diào)制解調(diào)器還得用一根串行電纜把計算機的一個串行口和調(diào)制解調(diào)器串行口 連起來。3.2 調(diào)制解調(diào)器的作用 調(diào)制解調(diào)器是調(diào)制器解調(diào)制器的簡稱。它安裝在電腦和電話系統(tǒng)之間， 使電腦可以通過電話線與另一臺電腦進行信息交換。 電話系統(tǒng)的主要功能是傳輸聲音信號。由于電話線路分布很廣，為電腦之 間的連接提供了條件，也為人們連入互聯(lián)網(wǎng)（Internet ）提供了方便。電話線路 是傳輸

32、聲音信號的，而電腦發(fā)送的是數(shù)字信號，要使數(shù)字信號能夠通過電話線 路傳輸，必須使用一種叫作調(diào)制解調(diào)器的設備。調(diào)制是將數(shù)字信號與音頻載波 組合，產(chǎn)生適合于電話線上傳輸?shù)囊纛l信號（模擬信號），解調(diào)是從音頻信號 中恢復出數(shù)字信號。 調(diào)制解調(diào)器從電腦接收到數(shù)字信號后，將它們轉(zhuǎn)換成聲音信號，然后通過 電話系統(tǒng)傳輸出去；在接收端，另一個調(diào)制解調(diào)器將這些聲音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號，即進行解調(diào)，再發(fā)送給電腦。這樣，通過電話線就把兩臺電腦連接起來 了。它是為數(shù)據(jù)通信的數(shù)字信號在具有有限帶寬的模擬信道上進行遠距離傳輸 而設計的，一般由基帶處理、調(diào)制解調(diào)、信號放大和濾波、均衡等幾部分組成。 3.3 調(diào)制解調(diào)器的工作原理

33、 調(diào)制解調(diào)器由發(fā)送、接收、控制、接口、操縱面板及電源等部分組成。數(shù) 據(jù)終端設備以二進制串行信號形式提供發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換為內(nèi)部邏輯電 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 9 頁 平送入發(fā)送部分，經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制成線路要求的信號向線路發(fā)送。接收部分接 收來自線路的信號，經(jīng)濾波、反調(diào)制、電平轉(zhuǎn)換后還原成數(shù)字信號送入數(shù)字終 端設備。電話線可以使通信的雙方在相距幾千公里的地方相互通話，是由于在 每隔一定距離都設有中繼放大設備，保證話音清晰。在這些設備上若再配置 Modem，則能通電話的地方就可傳輸數(shù)據(jù)。一般電話線路的話音帶寬在 3003400Hz 范圍，用它傳送數(shù)字信號，其信號頻率也必須在

34、該范圍。常用的 調(diào)制方法有三種:頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK) 、相位幅度調(diào)制(PAM)。 Modem 通常有三種工作方式:掛機方式、通話方式、聯(lián)機方式。電話線未接 通 是掛機方式;雙方通過電話進行通話是通話方式;Modem 已聯(lián)通，進行數(shù)據(jù)傳輸是 聯(lián)機方式。 數(shù)模轉(zhuǎn)換的調(diào)制方法也有三種:（1）頻移鍵控(FS K)。用特殊的 音頻范圍來區(qū)別發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。如調(diào)頻 ModemBell-103 型發(fā)送和接收數(shù) 據(jù)的二進制邏輯被指定的專用頻率是:發(fā)送，信號邏輯 0、頻率 1070Hz，信號邏 輯 1、頻率 1270Hz;接收，信號邏輯 0、頻率 20 25Hz，信號邏輯 1、頻率 222

35、5Hz。(2)相移鍵控(PSK)，高速的 Modem 常用四相制，八相制，而四相制是 用四個不同的相位表示 00、01、10、11 四個二進制數(shù)，如調(diào)相 ModemBell-212A 型。該技術可以使 3 00bps 的 Modem 傳送 600bps 的信息，因此在不提高線路調(diào) 制速率僅提高信號傳輸速率時很有意義，但控制復雜，成本較高，八相制更復 雜。(3)相位幅度調(diào)制(PAM)，為盡量提高傳輸速率，不提高調(diào)制速率，采用相 位調(diào)制和幅度調(diào)制結(jié)合的方法。它可用 16 個不同的相位和幅度電平，使 1200bps 的 Modem 傳送 19200bps 的數(shù)據(jù)信號。該種 Modem 一般用于高速同

36、步通 信中。 調(diào)制解調(diào)器通電后，通常先進入掛機方式，通過電話撥號撥通線路后進入 通話方式，最后通過 Modem 的握手 過程進入聯(lián)機方式。正常使用時，由使用 者通過控制電話機或 Modem 前面板的按鍵、內(nèi)部開關實現(xiàn)三種方式間的轉(zhuǎn)換。 4 巴特沃斯低通濾波器 （1）幅頻特性的一般表達式 巴特沃斯低通濾波器是一種用所謂最平通帶特性去逼近理想低通特性的濾 波器。其幅頻特性為|H()|=1/1+(/c)2n式中 ， n=1,2,3為濾波器的階次。 （2）一階巴特沃斯低通濾波器 傳遞函數(shù)為：H(s)=Kb0/(b1s+b0)=K/(s+1) 式中。 =b1/b0 ,s=+j. 若令 西華大學電氣信息學

37、院虛擬儀器課程設計報告 第 10 頁 =0，得到頻率特性如下：H(j)= H()=k/(j+1)。幅頻特征： A()= |H(j)|= k/1+(/c)2，式中 =1/ 為轉(zhuǎn)折頻率，與式相比它就是 n=1 時的式相頻特性為： (j)= ()=-arctg=-arctg(/c)。 （3）butterwoeth filter.vi 圖標的調(diào)用 butterwoeth filter.vi 圖標的調(diào)用路徑,執(zhí)行 functionsanalyzesignal processingfilterbutterwoeth filter.vi 操作。 butterwoeth filter.vi 圖標的參數(shù)設置如圖

38、 4.1 所示： 圖 4.1 butterwoeth filter.vi 圖標及其窗口 巴特沃斯低通濾波器的輸入端口參數(shù)如下： X 欲處理數(shù)據(jù):Sanpling feq；fs：采樣頻率，通常就是輸入數(shù)據(jù) X 的采樣頻率， 默認為 1.0，此值必須大于 0。 High cutoff freq：fh：濾波器的低截止頻率，對低通和高通濾波器，這個參 數(shù)被忽略。 Low cutodd freq：fl：濾波器的低截止頻率，此頻率必須滿足采樣定律，fl 的 取值范圍為： 0f1fs/2,其中，fs 為采樣頻率。默認值為 0.125。 order：濾波器的階次，其值必須是大于 0 的整數(shù)。 Filter t

39、ype：濾波器的類型，0 表示 lowpass（低通），1 表示 highpass（高 通），2 表示 bandpass（帶通），3 表示 bandstop（帶阻）。 巴特沃斯低通濾波器的輸出端口如下： filtered X：濾波后的數(shù)據(jù)。 Error：錯誤代碼值，返回值模塊執(zhí)行中的錯誤代碼。 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 11 頁 5 虛擬調(diào)制解調(diào)器 5.1 調(diào)制解調(diào)原理及算法 （a）調(diào)幅波的數(shù)字表達式及其特性 u(t)=Em*z(t)sin0t 式中，Em常量 w高頻載波角頻率。z(t)低頻緩變信號，其上限角 頻 率為 上式就是調(diào)幅波的一般數(shù)字表達式，它反映了低頻緩變信號

40、z(t)對一高頻 振蕩信號 sin0t 的控制。通常一般將控制高頻信號的緩變信號稱為調(diào)制信號， 載送緩變信號的高頻 0 振蕩信號 sin0t 稱為載波。利用信號 z(t)來控制或 改 變高頻振蕩的幅值稱為調(diào)制過程，其原理框圖如下： 圖 5.1.1 調(diào)制原理框圖 (b) 調(diào)幅波的解調(diào) 調(diào)幅波 u(t)的幅值反映調(diào)制信號數(shù)值的變化，在調(diào)制器之后加解調(diào)器，可將 被測的調(diào)制信號 z(t)與調(diào)幅波 u(t)分離，并最后提取出來。解調(diào)器由乘法器和低 通濾波器組成，其原理框圖如圖所示： 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 12 頁 圖 5.1.2 解調(diào)原理框圖 解調(diào)器中的乘法器有兩個輸入信號，一個

41、是待解調(diào)的調(diào)幅波 u(t)。 u(t)=Ez(t)*sin0t 式中，E比例常數(shù)。 乘法器的另一個輸入信號 u(t)稱為參考信號，它應是與載波頻率 0 相同頻 率的高頻信號，考慮到實際情況中，載波信號 sin0t 會有一個相位差 ，則 u(t)為：u(t)= Ur*sin(0t+ ）于是，乘法器的輸出 y(t)為： y(t)=u(t)*sin(0t+ )= Ez(t）*sin0t*U*sin(0t+)令 A=EUr,并根據(jù)三角 函 數(shù)關系，上式可寫為： y(t)= A z(t) sin0t*sin(0t+) =0.5A z(t)cos-cos(20t+) =0.5A z(t)cos-0.5A

42、z(t)cos(20t+ ) 當乘法器后接的低通濾波器的截止頻率遠遠小于頻率 20，并大于信號 z(t) 的最高頻率 時，上式中的頻率分量 cos(20t+ )項將被低通濾波器大大衰減， 而只有差頻信號項 0.5A z(t)cos 輸出，于是解調(diào)器的輸出為 f(t) 為： f(t)= 0.5A z(t)cos=kz(t) 式中，k=0.5A cos 為比例常量，可由實際標定得到。 5.2 程序設計 程序總體設計分為前面板設計和程序框圖的設計，其程序流程圖如下圖所 示： 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 13 頁 圖 5.2.1 程序流程圖 1、前面板設計具體步驟如下： （a）九個輸

43、入型數(shù)字控件 供使用者輸入采樣頻率、采樣點數(shù)、高頻信號頻率、低頻信號頻率、高頻 信號幅值、低頻信號幅值、高頻信號初始相位、低頻信號初始相位、低通濾波 器的低截止頻率。 操作 ControlsNumericnumeric control 連續(xù)九次，得到九個輸入型控件。 （b）添加四個輸出顯示型控件。 四個輸出顯示圖形控件用來顯示載波，調(diào)制信號，調(diào)制波和解調(diào)波形。執(zhí) 行 ControlsGraphWaveform Graph 操作，調(diào)入圖形控件 Graph。其橫軸為時 間軸，在 0.1Hz-4.0Hz 范圍內(nèi)，縱軸為電壓軸，生成信號幅值的范圍應充滿整個 顯示畫面。其控件圖形如下圖所示： 圖 5.2

44、.2 輸出顯示控件 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 14 頁 （c）一個開關控件執(zhí)行 ControlsBooleanLabeled Ruond Button 操作，調(diào)入 開關按鈕控件，標記為“OFF”。 前面板總體設計如下： 圖 5.2.3 前面板設計 2、程序框圖設計 (1)添加兩個正弦波發(fā)生器圖標，執(zhí)行 functionsanalyzesignal processingsignal generationsine wave.vi 操作，其圖標與端口圖如下圖所示： 圖 5.2.4 sine wave.vi 圖標與端口圖 函數(shù)圖標左側(cè)一列為輸入端口，即該函數(shù)調(diào)用錢的參數(shù)設置端口。

45、Samples： 生成波形的總點數(shù) N Amplitude：生成波形的幅值。 F： 生成信號的數(shù)字頻率。 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 15 頁 Phase in：生成波形的初始相位。 Reset phase ：默認生成值為 true。當為 ture 時，函數(shù)以 Phase in 的值作為初始相 位，如果該值為 false，則函數(shù)以上一次調(diào)用后的 Phase out 輸出值為此次波形的 初始相位，顯然，此時產(chǎn)生的信號波形是連續(xù)光滑的。 函數(shù)圖標的右側(cè)一列為輸出端口，其各自的含義如下： Sine wave：數(shù)組名，該數(shù)組內(nèi)存放所生成的波形數(shù)據(jù)。 Phase out ：當 Rese

46、t phase 為 ture 時，該參數(shù)無效。當 Reset phase 為 false 時， 該參數(shù)作為下一次生成正弦波的初始相位。 Error： 錯誤代碼。若有錯誤，則輸出錯誤代碼。根據(jù)錯誤代碼，查找 LabVIEW 幫助文件，可以找到與錯誤代碼對應的錯誤含義。 (2)執(zhí)行： functionsanalyzesignal processingfilterbutterwoeth filter.vi 操作，調(diào)入巴 特沃斯濾波器圖標。 (3)執(zhí)行 FunctionsNumeric5 次，可以分別放置 2 個除法器，1 個倒數(shù)器，2 個 乘法器。所需的數(shù)字頻率 f 有除法器的輸出提供，該除法器完成

47、信號頻率與采樣 頻率之比的運算，同時將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為采樣間隔，給出正弦波形的采 樣間隔，便于顯示。 (3)執(zhí)行 FunctionsClusterBundle,調(diào)入 Bundle 捆綁圖標。 (4)執(zhí)行 FunctionsBoolenaNot 操作，調(diào)入 Not 圖標。 (5)在流程圖中執(zhí)行 FunctionsStructuresWhile Loop 操作，調(diào)入 While 循環(huán)結(jié) 構(gòu)。while 結(jié)構(gòu)是條件信號結(jié)構(gòu)，為一種無限循環(huán)結(jié)構(gòu)，執(zhí)行 while 結(jié)構(gòu)時，先 執(zhí)行框內(nèi)程序，然后判斷條件端子的輸入是否為真，如果為真，則進入下一次 循環(huán)，否則，跳出 while 結(jié)構(gòu)，執(zhí)行下面的流程，其

48、圖標如下圖所示： 圖 5.2.5 while 循環(huán)結(jié)構(gòu) 其中 為循環(huán)次數(shù)， 為判斷條件端子。本設計只執(zhí)行一次循環(huán)。 總程序框圖設計如下： 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 16 頁 圖 5.2.5 程序框圖設計 3、運行檢驗 設置低頻調(diào)制信號的頻率為 1Hz,幅值為 1V,初始相位 0,設置載波高頻信號的 頻率為 10Hz,幅值為 1V,初始相位為 0,設置巴特沃斯濾波器的低截止頻率為 2Hz, 設置對調(diào)制和載波信號的采樣頻率均為 50Hz,采樣點數(shù)均為 200 點。其運行結(jié)果 圖 5.2.3 所示： 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 17 頁 5.2.6 運行結(jié)果圖

49、西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 18 頁 6 總結(jié)與體會 事實證明將虛擬儀器技術引入到教學實驗中是行之有效的解決方案。應用虛 擬儀器技術，使我們能夠在計算機上按照自己的需求來設計實驗與儀器，方便 靈活而且開發(fā)周期短。它可以提高實驗效率、降低實驗成本、增強學生學習的 積極性，取得較好的教學效果，其具有傳統(tǒng)實驗所無可比擬的優(yōu)勢。本文設計 的調(diào)制解調(diào)器正是通過 LabVIEW 環(huán)境下的各種虛擬器件以及虛擬信號發(fā)生器的 顯示波形實現(xiàn)了模電實驗的仿真。 另外，LabVIEW 本身是一個功能完整的軟件開發(fā)環(huán)境，由于其采用了基于流 程圖的圖形化編程方式，不需要任何代碼，是真正的工程師語言?；?/p>

50、 LabVIEW 下的虛擬儀器設計將是未來虛擬儀器設計方法的主流。 本次課程設計的題目是虛擬調(diào)制解調(diào)器。通過這門課程，我能對虛擬儀器 有了比較深刻的認識，加深了對這門課的理解。我能較好的對書上所學的理論 知識，通過自己查資料，能更好的為自己所用。我個人認為學習一門課程，不 在于你是否能取得高分，而在于你是否能將它靈活應用，真正學好一門課程在 于這個知識點能否成為你以后設計的一部分，能否被你信手捏來。實踐能更好 的檢驗理論的正確與否，實踐能更好的幫助我們探求自身的不足，實踐能更好 的鞏固我們的知識。這次寫論文使我明白了很多東西，做任何事情都需要我們 有一顆細膩的心，外加認真的態(tài)度，不管做什么，都

51、需要我們有堅忍不拔的毅 力。 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 19 頁 7 謝辭 本次設計是在陳高燕老師的悉心指導和嚴格要求下完成的。在課程設計期 間，通過定時的見面答疑，陳老師對我們進行了悉心的指導，對我設計中存在 的問題和不足進行了批評和指正，陳老師為我提供了一些專業(yè)知識上的指導， 正因為有了陳老師的幫助和輔導，這次設計最終才能順利的完成，在此向陳老 師表示深深的感謝和崇高的敬意！ 同時，在課程設計寫作過程中，我還參考了有關的書籍和論文，在這里一并 向有關的作者表示謝意。 西華大學電氣信息學院虛擬儀器課程設計報告 第 20 頁 8 參考文獻 1王海寶.LabVIEW 虛擬儀器

52、程序設計與應用,西南交通大學出版社,2005. 2楊樂平,李海濤,楊磊.LabVIEW 程序設計與應用,電子工業(yè)出版社,2005. 3侯國屏，王坤，葉齊鑫.LabVIEW 編程與虛擬儀器設計，清華大學出版社,2005. 4張凱,周陬,郭棟LabVIEW 虛擬儀器工程設計與開發(fā)，國防工業(yè)出版社，2004 5雷振山LabVIEW 實用技術教程，中國鐵道出版社，2005 6王紅萍，魏玉賓基于虛擬儀器的數(shù)字示波器設計，撫順石油學院學報，2002，（12） 63-65 7彭云輝，劉冬Vxi 總線與虛擬儀器技術，電子工業(yè)出版社，2003，（1）6-8 8林月芳，吉海彥智能儀器及其發(fā)展趨勢，國防工業(yè)出版社，2003，（1）37-39