虚拟模拟电子线路实验的研究和实现

摘要

虚拟仪器代表了测试仪器发展方向，我国高校实验教学和科研仪器基本还是传统仪器，用PC机开发虚拟仪器并应用于实验教学目前还很少。为加快虚拟仪器进入实验室的进程，推进实验教学改革，论文作者研究和开发了模拟电子线路实验虚拟仪器。 论文分析了选题背景、意义及应用需求，比较分析了当前流行的虚拟仪器体系结构和开发环境，讨论了数据采集卡的性能指标和虚拟仪器波形采集、波形输出及其关键技术。 介绍了用LabVIEW环境开发的低频放大器、高频放大器、调幅及检波、调频及鉴频、调相及鉴相5个实验项目虚拟仪器研究成果。提出了直接鉴频、直接鉴相和间接调相的新方法，并将它们应用于调相及鉴相虚拟仪器，这些方法易于实现且能得到期望结果。对比分析了虚拟仪器与传统仪器所得数据，为教学和科研积累了有意义的参考素材。指出了虚拟仪器具有以三角波和方波为调制信号演示调频及鉴频、调相及鉴相的仿真功能和丰富多样的实测功能的特点。 结合虚拟仪器研制成果，总结讨论了虚拟仪器的研发方法，工程研发中的技术要点，遇到的难题及解决措施，实验测试与分析比较的策略、方法、过程和结果。给出的方法、过程和结论，对虚拟仪器的研制课题和把虚拟仪器用于实验教学都有重要的指导意义和实用参考价值。 论文最后对比分析了虚拟仪器测量精度，讨论了虚拟仪器特有参数和它们对测量结果的影响，分析了虚拟仪器的性能及其制约因素，指出了模拟电子线路实验虚拟仪器的不足，并提出了进一步改进性能和扩展功能的措施，展望了虚拟仪器的发展和应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明及关于论文使用授权的说明

第1章前言

1.1虚拟仪器基本概念

1.1.1虚拟仪器

1.1.2虚拟仪器特点

1.2虚拟仪器发展现状

1.2.1测量仪器发展历史

1.2.2虚拟仪器发展现状

1.3课题研究内容及意义

1.3.1研究内容

1.3.2研究意义

1.4本人所做工作及论文结构

第2章虚拟仪器工作原理与基本结构

2.1虚拟仪器工作原理

2.1.1传统仪器工作原理

2.1.2虚拟仪器工作原理

2.2虚拟仪器硬件系统结构

2.2.1基于GPIB总线的虚拟仪器系统结构

2.2.2基于VXI总线的虚拟仪器系统结构

2.2.3基于PXI总线的虚拟仪器系统结构

2.2.4基于DAQ卡的虚拟仪器系统结构

2.2.5基于USB总线的虚拟仪器系统结构

2.3虚拟仪器软件系统

2.3.1 VISA库

2.3.2仪器驱动程序

2.3.3应用程序

2.4虚拟仪器优点

2.5虚拟仪器应用

2.5.1工业自动化

2.5.2仪器产业改造

2.5.3实验室应用

第3章虚拟仪器开发环境LabVIEW

3.1虚拟仪器开发环境

3.1.1 LabWindows/CVI

3.1.2 LabVIEW

3.1.3 HP VEE

3.2 Lab VIEW的模板

3.2.1 LabVIEW特点

3.2.2 LabVIEW的模板

3.3 LabVIEW开发虚拟仪器方法

第4章虚拟仪器波形采集和波形输出

4.1数据采集卡

4.1.1被测信号实时采集原理

4.1.2数据采集卡的功能

4.1.3数据采集卡的结构

4.1.4数据采集卡的性能指标

4.2虚拟仪器波形采集

4.2.1有限数量的波形采集

4.2.2连续的波形采集

4.3虚拟仪器波形输出

4.3.1波形输出概述

4.3.2有限数量和连续波形信号输出

第5章模拟电子线路实验虚拟仪器

5.1低频放大器实验虚拟仪器

5.1.1低频放大器实验内容

5.1.2低频放大器实验虚拟仪器

5.2高频放大器实验虚拟仪器

5.2.1高频放大器特点及测量指标

5.2.2高频放大器实验虚拟仪器

5.3调幅及检波实验虚拟仪器

5.3.1调幅及检波实验目的和内容

5.3.2调幅及检波实验虚拟仪器

5.4调频及鉴频实验虚拟仪器

5.4.1调频及鉴频实验内容

5.4.2仪器设计

5.5调相及鉴相实验虚拟仪器

5.5.1实验内容

5.5.2仪器设计

5.6模拟电子线路实验虚拟仪器实测结论

5.6.1虚拟仪器与传统仪器测量低频放大器数据对比

5.6.2高、低频放大器、调幅及检波实验虚拟仪器实测波形分析

5.6.3调频及鉴频、调相及鉴相实验虚拟仪器仿真波形分析

5.6.4虚拟仪器实测结论

5.7虚拟仪器设计总结

5.7.1模拟电子线路实验虚拟仪器特点

5.7.2遇到的主要问题及解决措施

5.7.3虚拟仪器设计和检测一般方法

5.7.4提高和收获

第6章虚拟仪器性能

6.1虚拟仪器测量精度

6.1.1传统电压表测量误差

6.1.2虚拟仪器测量电压有效值原理及误差分析

6.1.3结论

6.2虚拟仪器特有参数讨论

6.2.1采样频率

6.2.2采样点数

6.3虚拟仪器性能

6.3.1数据采集卡

6.3.2计算机

6.3.3测量程序

第7章模拟电子线路实验虚拟仪器的进一步改进和发展

7.1模拟电子线路实验虚拟仪器需改进之处

7.1.1虚拟仪器允许的最高信号频率与现有的实验电路板参数不完全匹配

7.1.2不能用来做高频电路课程中个别实验

7.1.3虚拟仪器必须采取适当的保护措施

7.1.4程序性能可能需要改进和提高

7.2进一步改进的措施

7.2.1用采样率更高的采集卡或降低电路板频率解决虚拟仪器和电路板参数不匹配问题

7.2.2设计满足其他实验要求的虚拟仪器

7.2.3局域网环境下保护虚拟仪器的措施

7.2.4改进和提高程序性能

7.2.5组建虚拟模拟电子线路实验室对计算机和采集卡的要求

7.3模拟电子线路实验虚拟仪器的未来发展

7.3.1功能扩展

7.3.2性能提高

7.3.3网络化

7.3.4用于科研

结束语

致谢

参考文献