基于LabVIEW的李萨如图形的设计与实现

1、武汉理工大学能力拓展训练报告书 目录 1 技术要求 .1 2 基本原理 .1 3 利用 labview 创建李萨如图的程序框图.1 4 李萨如图的实现 .3 5 心得体会 .5 6 参考文献 .6 武汉理工大学能力拓展训练报告书 1 基于 labview 的李萨如图形的设计与实 现 1 技术要求 利用 labview 仿真软件完成对李萨如图形的设计与实现。 2 基本原理 李萨如图形(lissajous figures) 是由互相垂直的方向上的两个频率成简单整数比的简谐 振动所合成的轨迹图形，因由法国物理学家李萨如发现而得名。在互相垂直的方向上， 两个频率不同的简谐振动的合运动一般比较复杂，其运

2、动轨迹一般是不闭合的。当两振 动的频率成简单的整数比时，其合运动的轨迹才是一条闭合曲线，运动呈周期性。在已 知一个分振动的频率时，根据李萨如图形的花样可以推测另一分振动的频率及它们之间 的相位差。 在普通物理和电子技术实验中，经常会利用李萨如图形法，例如使用示波器测量求 知信号频率、测量音叉的频率、验证普通物理中“相互垂直的两个简谐运动的合运动”。随 着李萨如图形在频率计算、系统检测等方面的应用，人们越来越重视研究李萨如图形。 李萨如图的模拟实现 labview 程序又称虚拟仪器，即 vi ，其外观和操作类似于真实的 物理仪器(如示波器和万用表) 。 labview 提供众多输入控件和显示控件

3、用于创建用户界面，即前面板。输入控件指 旋纽、按钮、转盘等输入装置。显示控件指图形、指示灯等输出显示装置。labview 不 仅可与数据采集、视觉、运动控制设备等硬件进行通信，还可与 gpib、pxi、vxi、rs232 以及 rs485 等仪器通信。 3 利用 labview 创建李萨如图的程序框图 本例中使用的是 labview8.6 试用版，可以演示多种波形的合成，如正弦波、方波、 武汉理工大学能力拓展训练报告书 2 锯齿波和三角波及它们之间的相互垂直合成。使用 labview 建立一个显示李萨如图形的 vi ，步骤如下： (1) 选择文件新建，打开一个新的前面板窗口。 (2) 选择文件

4、保存，把该 vi 保存在自选目录中，命名为李萨如图.vi 。 (3) 数值输入控件中选择 1 个水平指针滑动杆、2 个垂直指针滑动杆，放置到前面板中， 滑 动杆长度、宽度设置合适。 (3) 从控制模板图形显示控件中选择 express xy 图放置到前面板中，尺寸大小设置合适。 (4) 从控制模板图形显示控件中选择波形图放置到前面板中，尺寸大小设置合适。 (5) 从控制模板按钮与开关中选择停止按钮放置到前面板中，设置属性为释放时触发，用 来控制 while 循环的结束。 (6) 打开流程图，进行设计并连线，完成程序框图的创建，如图 1 所示。 图 1 李萨如图程序框图 a. 从函数模板的编程结

5、构中选择 while 循环，把它放置在流程图中。将其拖至适当大小， 武汉理工大学能力拓展训练报告书 3 将相关对象移到循环圈内。 b. 从函数模板中算术与比较中选择公式。并且配置公式，x1： slider ，x2： trim，公 式为 slider + trim/ 500。 c. 从函数模板中输入中选择仿真信号，把它放置在循环圈内，并且将仿真信号改名为水 平方向。 d . 从函数模板中输入中选择仿真信号，把它放置在循环圈内，并且将仿真信号改名为垂 直方向。 e. 从函数模板中执行过程控制中选择时间延迟，把它放置在循环圈内，配置时间延迟为 0. 01 秒。 f. 用连线工具，将各对象按规定连接。

6、 将水平指针滑动杆改为x轴滑块，将其接线端与公式里的slider端连接。 将垂直指针滑动杆改为trim ，将其接线端与公式里的trim端连接。trim滑块控制曲线 运动的速度和方向。 将公式的结果端与水平方向仿真信号的频率端连接。 将另一个垂直指针滑动杆改名为y轴滑块，将y轴滑块接线端与垂直方向仿真信号的频 率端连接。 将水平方向仿真信号的正弦输出端与创建xy图的x输入端连接。 将垂直方向仿真信号的 sine 输出端与创建 xy 图的 y 输入端连接。 将 x 输入与 y 输入与示波器相连接。 4 李萨如图形的实现 建立程序框图完成后，返回前面板(按ctrl + e 切换窗口) 中，单击运行按

7、钮，运行该 vi ，调节各滑块并观察各种情况下的李萨如图。 当调节水平输入正弦信号频率至 20hz， 调节垂直输入正弦信号频率至 10hz 时，此时满足水平输入和垂直输入的两正弦信号的频率之比恰好为 2：1，此时输出显示 图形是特殊形状的轨迹，效果与设想相同。如图 3 所示，左图为水平信号和垂直信号波 形图，右图为合成信号波形。 武汉理工大学能力拓展训练报告书 4 图 2 当水平输入与垂直输入频率比为 2：1 时图形 当调节水平输入正弦信号频率至 20hz， 调节垂直输入正弦信号频率至 20hz 时，此 时满足水平输入和垂直输入的两正弦信号的频率之比恰好为 1：1，此时输出显示图形是 特殊形状

8、的轨迹，为椭圆李萨如图形，效果与设想相同。如图 3 所示。 武汉理工大学能力拓展训练报告书 5 图 3 水平输入和垂直输入的信号频率比为 1：1 时图形 当调节水平输入的正弦信号频率至 10hz，垂直输入的正弦信号频率至 20hz 时，此 时满足水平输入和垂直输入的两正弦信号的频率之比为 1：2，此时输出图形如图 4 所示， 所得到效果基本与设想相同。 图 4 水平输入与垂直输入信号频率比为 1：2 时输出图 5 心得体会 为期一周的能力拓展训练一转眼就过去了，我觉得本次拓展训练对于我们非常有意 义。在过去的三年中，我们学到的大多数是书本上的知识，但是很多电路、程序、设计 原理是书本上学不到的

9、，只有自己亲手去做，自己到参考书上查阅，自己不断地摸索与 思考，才能真正学到相关的专业知识。 在这次能力拓展中，我受益匪浅。我认识到了一款没有接触过的仿真软件， labview，在此前，我没有接触过相关使用方法，这就要求我更多的查阅参考书和相关 武汉理工大学能力拓展训练报告书 6 资料，自己去研究，自己去设计。自己的虚席与研究，使我对信号处理方法以及软件的 操作有了更深更广的认识，也使我的相关专业知识学的更加牢固，更加扎实。同时，此 次能力拓展训练也锻炼了我的动手实践能力，使我能够熟练地应用 labview 应用程序。 经过此次锻炼，感觉自己的实践动手能力有了一定的提高。 同时，我深刻的认识到

10、，做事一定要有耐心，无论过程中出现了多少困难、意外， 我们都应该静下心来，沉着应对，只有这样才能把事情做好。在创建程序框图并运行的 过程中，有时候一个小小的错误能花费很长的时间去发现，去改正，这就需要我要有十 足的耐心和细心，并且反复查阅相关资料，最终把程序运行成功。另外，在课程设计中， 我还认识到，要注重同学间的讨论和交流，集思广益，不懂就问，一个人的力量毕竟有 限，虚心求教可以收获很多知识。 最终，我终于把相关程序调试成功，我付出了努力，但付出就有回报，我学到了更 多的知识，锻炼了自己的能力，而这也是课程设计的目的所在。同时我也发现了自己的 一些不足，以及平时课程中的漏洞，我也会引以为戒，在以后的学习生活中不断进行改 进和完