LabVIEW電子電路模擬仿真設計

文/袁嘉嶸

LabVIEW是將虛擬器（VI）作為應用設計的硬件資源，其具有數據分析的功能。LabVIEW作為圖像化編程語言開發環境，其中具有電子電路模擬機仿真設計中需要的工具，能夠實現開發人員的設計直到測試的所有步驟，使仿真系統能夠便捷的對所有數據進行采集、分析及訪問，并且還能夠直觀的展現出電子電路的實際運行，對電子電路的運行進行模擬仿真，以此有效提高學生對電子電路的理解，并且加深學生對電子電路的使用。

1 LabVIEW電子電路模擬仿真設計的原理

虛擬儀器包括三個部分，分別為框圖程序、程序前面板及圖標/連接器。程序連接器的主要目的就是對輸入的數值進行設置，并且對輸出的量進行觀察，其適用于模擬真實儀表中的前面板。在程序前面板中，輸入量為控制，輸入量為顯示?？刂萍帮@示會通過不同的圖表形式在前面板中初選，比如圖表、開關、旋鈕及圖形等，以此使前面板能夠更加簡單且直觀。圖1為溫度計的程序前面板。

程序前面板都對應相應的框圖程序，其主要是通過LabVIEW圖形編程語言進行編寫的，能夠將其理解為傳統的程序源代碼。框圖程序主要包括四部分組成，分別為連線、圖框、節點和端口。連線主要表示程序在執行過程中的數據流，對框圖中的數據的流動方向進行了定義；圖框的主要目的是為了對結構化程序進行控制；節點的主要目的是為了實現功能及函數的調用；端口的主要目的是為了控制程序前面板，并且對傳遞的數據進行顯示。圖2為溫度計的框圖程序。

圖標/連接器的主要目的就是為了調用子虛擬儀器，圖表表示的是在其他程序框中，虛擬儀器節點的調用形式表現，連接器表示的是節點的I/O接口，就和函數參數一樣。用戶要通過針對性的連接器端口及前面板，要求兩者能夠相互對應。LabVIEW中有眾多的圖形化操作模板，能夠對程序進行創建和運行，并且還能夠在屏幕中隨便的移動，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，分別為控制、工具及功能。電子電路模擬對信號進行處理使用的子模塊包括信號的時域、發生及頻域分析。

LabVIEW最大的功能就是其具有層次化結構，用戶能夠將創建的虛擬儀器作為子程序進行調用，以此能夠創建更加復雜的程序，這些被調用的層次并沒有一定的限制。和傳統的EDA軟件相比，兩者的仿真下載過程中是不相同的，電子電路的仿真模擬功能能夠通過軟件進行實現，硬件設計能夠通過LabVIEW的數據采集卡和外部的硬件電路相互連接以此實現。

2 LabVIEW電子電路的模擬仿真設計

2.1 LabVIEW電子電路的模擬仿真設計架構

電子電路的模擬和仿真系統的實現主要通過LabVIEW和計算機網絡技術完成，通過實際的電子電路為目標，對其進行抽象處理，之后直觀的將其描述出來，以此實現用戶和系統兩者的互相反應，并且還能夠對電路的工作過程進行展示，對電子電路進行模擬，對波形進行顯示和縮放，之后仿真數字電路，并且還有數字電路和混合電路的仿真工作點。以此就能夠確定本文所使用的架構——B/S，只要在用戶端將計算機安裝進去，實現兩者的連接，就能夠訪問系統，之后就能夠選擇電子電路的模擬內容。圖3為電子電路模擬仿真系統的架構。

系統主要包括模擬電路及系統電路兩個模塊組成，因為LabVIEW使用模塊化的編程，其中的模塊都是通過子虛擬儀器的模式在實驗系統中嵌入，有效提高了系統的擴展性，在全新的子虛擬儀器中能夠實現現有的電子電路變化，對系統中資源的共享及維護具有一定的方便。

2.2 LabVIEW電子電路的模擬仿真詳細設計

圖1：溫度計的程序前面板

圖2：溫度計的框圖程序

圖3：電子電路模擬仿真系統的基本架構

結合以上內容描述，對電子電路的模擬仿真進行詳細的設計。因為在電子電路教學過程中，主要包括各種電路的仿真，比如RCL串聯諧振、負反饋放大、晶體管放大、產生信號等電路。

本文講述的電子電路模擬平臺為LabVIEW虛擬儀器套件，其作為模塊化平臺，在某個較小的組成結構中具有十二中常用的測量工具，能夠調離系統，并且創建實驗電路。電子電路模擬仿真系統設計過程中，首先要檢測被實驗對象的運行狀態，比如電子電壓的頻率、電子電路的輸出值及輸入值等，之后將這些數值信號轉化為能夠滿足實際熟知的信號，從而將其作為電子電路模擬仿真度的基本，使用LabVIEW平臺和相應的數據采集卡，對信號進行收集和分析，之后對其進行處理，從而設計系統模擬仿真模塊。

LabVIEW為平臺的電子電路模擬仿真的構成主要包括軟件系統及硬件系統。軟件系統又分為驅動程序和虛擬儀器，虛擬儀器的設置是通過用戶根據自身的需求實現的，通過LabVIEW的多層次結構，將虛擬儀器程序作為子程序，并且實現子程序的調用，從而實現系統程序的擴展，然后通過計算機的計算功能、存儲功能及數據傳輸功能，得到電子電路實驗的數據，通過軟件內存緩沖區操作電子電路；硬件系統的目的就是隔離信號電路，使電子電路的實驗信號和數據能夠達到數據采集卡在之前所設置的數值。將收集到的模擬信號轉化為數字信號，通過數據總線傳送到計算機系統中，然后通過虛擬儀器面板顯示測試的直觀結構。

3 電子電路模擬仿真的應用案例

通過上述描述，并且根據科研及教學的需求，使LabVIEW為開發平臺，配以采集器創建實驗是虛擬儀器系統。在電子技術實驗過程中，設計一個多功能信號發生器是尤為重要的內容，傳統實驗的設計是通過元器件和面包板的實現的，并且根據示波器所得到的響應信號幅值及頻率，對其他參數在設計的時候添加其他的原件，以此會導致電路的結構更加復雜，因為波形輸出是模擬信號，如果輸出有所誤差，就會導致出現問題，比如雜散、過沖等。LabVIEW的功能能夠成為虛擬儀器設計的平臺，在其中的控制模塊中添加開關及按鈕。因為控制模板具有較高的自由度，所以在設置的時候要添加三個顯示器，以此能夠在同一個屏幕中展現出三個不同的波形，以此進行對比。另外，還要添加部分的必要按鈕，比如復制選擇、頻率選擇及開關等，在此能夠將數值輸入代替頻率選擇，以此能夠將需求的頻率和幅值進行輸入。另外，還能夠將數字濾波器空間加入到虛擬儀器的前面板中，從而能夠結合信號發生器和數字濾波器，通過對虛擬面板進行操作，不僅實現了自身需求的信號輸出，還實現了數字濾波器對時域的功能進行分析。

整個設計的核心為程序設計，能夠將每個程序框作為傳統編程中的源代碼，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、節點及端子等。

4 結束語

本文首先對LabVIEW平臺及在電子電路模擬仿真設計中的原理進行了分析，以此可以看出虛擬儀器通過計算機的圖像環境及計算能力，創建虛擬儀器面板，以此能夠控制儀器，并且對數據進行顯示和分析，創新了傳統儀器的使用，有效提高了一起的使用效率及功能，用戶能夠通過自己的需求對儀器的功能進行設置。LabVIEW實現了電子電路模擬仿真的可視化，并且使編程更加靈活，為系統模塊的設計提供了多種選擇。