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1、西华大学电气信息学院虚拟仪器课程设计报告目 录1 前言.12 虚拟仪器.22.1 虚拟仪概述.22.1.1 虚拟仪器基本概念.2 2.1.2 虚拟仪器的构成及分类.32.1.3 虚拟仪器的发展.32.2 LabVIEW 开发平台.42.2.1 LabVIEW 开发平台简介.42.2.2 LabVIEW 编程.63 调制解调器.83.1 调制解调器的概念及分类.83.2 调制解调器的作用.93.3 调制解调器的工作原理.94 巴特沃斯低通滤波器.105 虚拟调制解调器.125.1 调制解调原理及算法.125.2 程序设计.136 总结与体会.187 谢辞.198 参考文献.20西华大学电气信息学
2、院虚拟仪器课程设计报告西华大学电气信息学院虚拟仪器课程设计报告第 0 页1 前言进入 90 年代以来,随着计算机技术的迅猛发展,测试技术在这一巨大的推动下,从传统的仪器模式脱颖而出,出现了新的测试仪器-虚拟仪器。虚拟仪器是通过应用程序将通用计算机与仪器硬件结合起来,用户可以通过友好的图形界面(通常叫作虚拟前面板)操作这台计算机,就象在操作自己定制的一抬传统仪器一样.虚拟仪器以透明的方式把计算机资源(如微处理器,内存,显示器等)和仪器硬件(如 A/D,D/A/,数字 I/O,定时器,信号调理等)的测量,控制能力结合在一起,通过软件实现对数据的分析处理表达以及图形化用户口。本次主要设计基于LabV
3、IEW 的虚拟调制解调器。能够实现用该调幅波解调器可观察调幅波，以及经过巴特斯滤波器后的解调信号波形。此系统具有参数调节方便、易实现、可靠度高等优点。本设计的意义在于在高等工程教育中采用虚拟实验室，可以从根本上解决实验与实习经费严重短缺问题。作为传统电子技术实验的补充，使学生初步掌握仿真软件技术，可使实验内容紧密联系课本内容，比较全面地概括和反映部分所学的知识点，将课堂内容具体化。西华大学电气信息学院虚拟仪器课程设计报告第 1 页2 虚拟仪器2.1 虚拟仪器概述虚拟仪器彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，从而使得任何一个用户都可以方便灵活地用鼠标或按键在计算机显示屏幕上操
4、作虚拟仪器软面板的各种“旋钮”进行测试工作，并可以根据不同的测试要求通过窗口切换不同的虚拟仪器，或通过修改软件来改变、增减虚拟仪器系统的功能与规模。虚拟仪器具有的这种“可开发性”和“可扩展性”等优越特点使虚拟仪器具有强大的生命力和竞争力。2.1.1 虚拟仪器基本概念虚拟仪器的概念最早由美国 NI 公司于 1895 年提出，其英文原称为 Vrul Instrument，简称 vi。所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机测试系统.虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出
5、检测结果:利用计算机强大的软件功能来实现信号数据的运算、分析和处理:利用 I/0 接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而建立集各种测试功能为一体的计算机仪器系统。使用者通过鼠标和键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测盆仪器一样。虚拟仪器的“虚拟”两字主要包含以下两方面的义。 (1)虚拟仪器的面板是虚拟的 虚拟仪器面板上的各种“图标”与传统的仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的;由各种开关、按钮、显示器等图标实现仪器电源的 “通”、“断”;被测信号的“输入通道”、“放大倍数”等参数设置 ,及测量结果的“数值显示”、“波形显示等”。 传统仪器面板上的器件都是实物,而且是由手动和触摸进行操
6、作的;虚拟仪器前面板是外形与实物相像的图标,每个图标的通、断、放大等动作通过用户操作计算机鼠标或键盘来完成。因此,设计虚拟仪器前面板就是在前面板设计窗口中摆放所需图标,然后对图标的属性进行设置。(2)虚拟仪器测量功能是通过对图形化软件流程土的编程来实现的 虚拟仪器是在以 PC 为核心组成的平台支持下 ,通过软件编程来实现仪器功能的。因为可以通过不同测试功能软件模块的组合来实现多种测试功能，所以,在硬件平台确定后,就有“软件就是仪器”的说法。这也具体体现了测试技术与计算机深层次的结合。西华大学电气信息学院虚拟仪器课程设计报告第 2 页2.1.2 虚拟仪器的构成及分类虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简
7、称硬件平台)和应用软件两大部分构成。 (1)虚拟仪器的硬件平台虚拟仪器的硬件平台由两部分组成:(a) 计算机：一般为一台 PC机或者工作站，其为硬件平台的核心。(b)I/0 接口设备：I/0 接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、A/D转换。不同的总线有其相应的I/0接口硬件设备，如利用PC机总线的数据采集板卡、GPIB总线、VXI总线仪器模块、PXI总线仪器模块、串行总线仪器等。虚拟仪器的构成方式主要有5种类型：(a)PC-DAQ系统：PC-DAQ系统是以数据采集卡、信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系统采用计算机的PCI或工SA 总线，数据采集卡直接插入计
8、算机底板上的相应总线插槽.(b)GPIB系统：GPB系统是以PB标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器测试系统。(c)VXI系统：VX6是以VXI标准总线仪器模块与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器测试系统。(d)PXI系统：PX工系统是以PXI标准总线仪器模块与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器测试系统。(e)串口系统：串口系统是以Serial标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器测试系统。 (2)虚拟仪器的软件 目前虚拟仪器软件开发工具有如下两类:(a)文本式开发平台：VisualC+,VisualBasic,LabWindows/CVI等；(b)图形化开发平台：如LabVIEW,HP
9、VE等。2.1.3 虚拟仪器的发展虚拟仪器发展至今，大体可以分为四代：模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。第一代-模拟仪器。这类仪器看起来在某些实验室仍然恩能够看到，是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表、指针式电压表、指针式电流表等。这类指针式仪器借助指针来显示最终结果。第二代-分立元件式仪器。当 20 世纪 50 年代出现电子管，20 世纪60 年代出现晶体管时，便产生了以电子管或晶体管电子电路为基础的第二代测试仪器-分立元件式仪器。第三代-数字化仪器。20 世纪 70 年代，随着集成电路的出现，诞生了以集成电路芯片为基础的第三代仪器这类仪器目前相当普及，如数字电压表，数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。第四代-智能仪器。随着微电子技术的发展和微处理器的普及，以微处理器为核心的第四代仪器-智能仪器也迅速普及。这类仪器内置微处理器，既能进行西华大学电气信息学院虚拟仪器课程设计报告第 3 页自动测试，又具有一定的数据处理功能，可取代部分脑力劳动，习惯上称之智能仪器。其缺点是它的功能模块全部都以硬件的形式存在，无论对开发还是针对应用，都缺乏灵活性。随着计算机、通信、微电子技术的不断发展，以及网络时代的到来和信息化要
