课程设计—连续时间系统的时域分析

1、目 录目 录I1.引言12.虚拟仪器开发软件Labview入门22.1 Labview介绍22.2 利用Labview编程完成习题设计23. 利用Labview实现连续时间系统的时域分析的设计193.1 连续时间系统的时域分析的基本原理193.2 连续时间系统的时域分析的编程设计及实现193.3运行结果及分析204.总结205.参考文献201.引言虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小

2、，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。上面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。 虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 Microsof t公司的 Windows 诞生之

3、前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0 以前的版本。对虚拟仪器和 LabVIEW 2长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LabVIEW 的最新版本为 LabVIEW2011，LabVIEW 2009 为多线程功能添加了更多特性，这种特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEW Real-Time 工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。 普通的 PC 有一些不可避免的弱点。用它构建的虚

4、拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI 标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的 VXI 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI 仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的 PXI 标准仪器。 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。Labview程序又称为虚拟仪器（

5、Virtual Instrument，简称VI）。它的表现形式和功能类似于实际的仪器，而它同时又很容易改变设置和功能。因此，Labview特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要改变仪器和设备参数和功能的场合，以及对信号进行分析、研究、传输等场合。通过本次课程设计进一步对LABVIEW学习和应用，从而更熟悉LABVIEW的原理和相关设计并提高了开发软件，硬件的能力。本设计主要设计基于LABVIEW的函数信号发生器，频谱分析仪。从而达到对信号的产生、测量、处理和传输特性的深入理解。2.虚拟仪器开发软件Labview入门2.1 Labview介绍LabVIEW（Laboratory Virtu

6、al Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是美国NI公司（National Instrument Company）推出的一种G语言（Graphics Language，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具。是一个划时代的图形化编程系统，它提供了一套全新的程序编写方法，用于测试与测量、数据采集与控制，及过程监控等方面，可通过图形化前面板来控制系统，并显示所得结果。 在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示

7、和存储的自动化测试测量系统。它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。 LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统。在美国Lawrence Livermore国家实验室，一个花费2000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统就是基于LabVIEW开发的。 在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制系统中，大约有30种物理量共7000多点的现场数据点需要实时采集控制和分析记录等。2.2 利用Labview编程完成习题设计1.写一个类正弦波发生器，要求频率和幅度可调图2.1习题1前面板图图2.2习

8、题1程序面板图2. 新建一个VI，进行如下练习：任意放置几个控件在前面板，改变它们的位置、名称、大小、颜色等等。在VI前面板和后面板之间进行切换并排排列前面板和后面板窗口图2.3习题2前面板图图2.4习题2程序面板图3. 编写一个VI求三个数的平均值，如右图所示。要求对三个输入控件等间隔并右对齐，对应的程序框图控件对象也要求如此对齐。添加注释分别用普通方式和高亮方式运行程序，体会数据流向。单步执行一遍图2.5习题3前面板图图2.6习题3程序面板图 4. 写一个VI判断两个数的大小，当AB时，指示灯亮图2.7习题4前面板图图2.8习题4程序面板图5.写一个VI获取当前系统时间，并将其转换为字符串

9、和浮点数。这在实际编程中会经常遇到图2.9习题51前面板图图2.10习题5程序面板图6. 写一个温度监测器，当温度超过报警上限，而且开启报警时，报警灯点亮。温度值可以由随即数发生器产生。图2.11习题6前面板图图2.12习题6程序面板图 7. 给定任意x, 求如下表达式的值图2.13习题7前面板图图2.14习题7程序面板图8.利用顺序结构和timing面板下的tick count VI，计算for循环产生一个长度为20000点的随机波形所需的时间图2.15习题8前面板图图2.16习题8程序面板图9. 为习题6添加一个While循环和定时器，实现连续的温度采集监测图2.17习题9前面板图图2.1

10、8习题9程序面板图10. 计算学生三门课（语文，数学，英语）的平均分，并根据平均分划分成绩等级。要求输出等级A,B,C,D,E。90分以上为A，8089为B，7079为C，6069为D，60分以下为E。图2.19习题10前面板图图2.20习题10程序面板图11.为习题9连续温度采集监测添加报警信息，当报警发生时输出报警信息，例如“温度超限！当前温度78.23”，正常情况下输出空字符串。图2.21习题11前面板图图2.22习题11程序面板图12.将一些字符串和数值转换成一个新的输出字符串，输出的字符串是一个GPIB命令字符串，它可以用来与串口仪器进行通信图2.23习题12前面板图图2.24习题1

11、2程序面板图13.用for循环创建一个数组，并用图形显示输出的数组图2.25习题13前面板图图2.26习题13程序面板图14.利用簇模拟汽车控制，如右图所示，控制面板可以对显示面板中的参量进行控制。油门控制转速，转速油门*100，档位控制时速,时速档位*40，油量随VI运行时间减少。图2.27习题14前面板图图2.28习题14程序面板图15.利用随机数发生器仿真一个0到5V的采样信号，每200ms采一个点，利用实时趋势曲线实时显示采样结果。图2.29习题15前面板图图2.30习题15程序面板图16. 在习题15的基础上再增加1路电压信号采集，此路电压信号的范围为5到10V图2.31习题16前面

12、板图图2.32习题16程序面板图17.利用随机数发生器仿真一个0到5V的采样信号，每200ms采一个点，共采集50个点，采集完后一次性显示在Waveform Graph上。图2.33习题17前面板图图2.34习题17程序面板图18. 在习题17的基础上再增加1路电压信号采集，此路电压信号的范围为5到10V，采样间隔是50ms，共采100个点。采样完成后，将两路采样信号显示在同一个Waveform Graph中图2.35习题18前面板图图2.36习题18程序面板图3. 利用Labview实现连续时间系统的时域分析的设计3.1 连续时间系统的时域分析的基本原理二阶齐次微分方程的一般算子形式为由此可

13、解出1，2. 又由 可解出,将以上结果代入方程得3.2 连续时间系统的时域分析的编程设计及实现 图3.1程序面板图3.3运行结果及分析图3.2运行结果图4.总结为期两周的LABVIEW课程设计，是理论知识运用到实践的一个过程。在这过程中，收获很大，同时也证明了自己的知识掌握的还不够深，今后一定会用心学习，踏踏实实地掌握好所学知识。本设计根据要求完成了函数发生器、频谱分析仪、消噪演示仪的基本功能，并作了一些扩充，在现有条件下应该是完成了应该达到的或可以达到的功能。当然，本设计可以进一步丰富功能，但扩充需要根据需求来添加。还是说说本设计需要改进的地方。首先是程序流水线式设计运行不够人性化，其次是没有机会增加存储功能。由于时间有限，只能留下这些遗憾了，希望以后有时间继续完善。总之，在这个制作并学习的过程里，自己的收获很大。学习了知识并且收获