導(dǎo)語(yǔ)：調(diào)制解調(diào)器研究論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1緒論

1.1虛擬儀器

1.1.1虛擬儀器的概念

虛擬儀器的概念最早由美國(guó)N工公司于1895年提出n，其英文原稱為VrulInstrument，簡(jiǎn)稱vi。所謂虛擬儀器，就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，其功能由用戶設(shè)計(jì)和定義，具有虛擬面板，其測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng).虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果:利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理:利用工/0接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)1t與調(diào)理，從而建立集各種測(cè)試功能為一體的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺(tái)專用測(cè)盆儀器一樣。

虛擬儀器徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由生產(chǎn)廠家定義，用戶無(wú)法改變的局面，從而使得任何一個(gè)用戶都可以方便靈活地用鼠標(biāo)或按鍵在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上操作虛擬儀器軟面板的各種“旋鈕”進(jìn)行測(cè)試工作，并可以根據(jù)不同的測(cè)試要求通過(guò)窗口切換不同的虛擬儀器，或通過(guò)修改軟件來(lái)改變、增減虛擬儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。虛擬儀器具有的這種“可開(kāi)發(fā)性”和“可擴(kuò)展性”等優(yōu)越特點(diǎn)使虛擬儀器具有強(qiáng)大的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。

1.1.2虛擬儀器的構(gòu)成及其分類

虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)(簡(jiǎn)稱硬件平臺(tái))和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。

（1）虛擬儀器的硬件平臺(tái)

虛擬儀器的硬件平臺(tái)由兩部分組成:

(a)計(jì)算機(jī)一般為一臺(tái)PC機(jī)或者工作站，其為硬件平臺(tái)的核心。

(b)I/0接口設(shè)備I/0接口設(shè)備主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、A/D轉(zhuǎn)換。不同的總線有其相應(yīng)的I/0接口硬件設(shè)備，如利用PC機(jī)總線的數(shù)據(jù)采集板卡、GPIB總線、VXI總線儀器模塊、PXI總線儀器模塊、串行總線儀器等。

虛擬儀器的構(gòu)成方式主要有5種類型:

.PC-DAQ系統(tǒng)

PC-DAQ系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)調(diào)理電路及計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)的PCI或工SA總線，數(shù)據(jù)采集卡直接插入計(jì)算機(jī)底板上的相應(yīng)總線插槽.

.GPIB系統(tǒng)GPB系統(tǒng)是以PB標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。

.VXI系統(tǒng)VX6是以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。

.PXI系統(tǒng)PX工系統(tǒng)是以PXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。

.串口系統(tǒng)串口系統(tǒng)是以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。

（2）虛擬儀器的軟件

目前虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具有如下兩類:

.文本式開(kāi)發(fā)平臺(tái):如VisualC+,VisualBasic,LabWindows/CVI等，

.圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái):如LabVIEW,HPVE等。.

虛擬儀器軟件由兩部分組成，即應(yīng)用程序和I/0接口儀器驅(qū)動(dòng)程序.應(yīng)用程序又包含實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的軟件程序和定義測(cè)試功能的流程圖軟件程序.I/0接口儀器驅(qū)動(dòng)程序完成對(duì)特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信.

1.2LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介及G語(yǔ)言

LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境(LaboratoryVirtualInstrumentEniernokec)NTOANTUET'''',gnigWrbnh的縮寫(xiě)，是美國(guó)國(guó)家儀器公司(AINLISRMNS"簡(jiǎn)稱NI)推出的基于G語(yǔ)言(GraphicsLanguage,圖形化編程語(yǔ)言)的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，全球僅次于C/C+十開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

1.3目的與意義

用LABVIEW構(gòu)建一個(gè)模擬電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)——調(diào)制解調(diào)器。

從現(xiàn)實(shí)的意義上來(lái)說(shuō)，在高等工程教育中采用虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以從根本上解決實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重短缺問(wèn)題。作為傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，使學(xué)生初步掌握仿真軟件技術(shù)，可使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密聯(lián)系課本內(nèi)容，比較全面地概括和反映部分所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，將課堂內(nèi)容具體化。

同時(shí)，利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備的遠(yuǎn)程、分布式控制，。一方面繼承實(shí)物實(shí)驗(yàn)可操作性、參與性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，另一方面又可利用計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮其直觀、動(dòng)態(tài)模擬、迅速準(zhǔn)確、資源共享、資金投入量少等特點(diǎn)，從而建立一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，進(jìn)一步提高教學(xué)效率。

2工具LABVIEW

2.1LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介

LabVIEW是一個(gè)完全的、開(kāi)放式的虛擬儀器開(kāi)發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，利用它組建儀器測(cè)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以大大簡(jiǎn)化程序的設(shè)計(jì)。LabVIEW與VisualC++、VisualBasic、

LabWindows/CVI等編程語(yǔ)言不同，后者采用的是基于文本語(yǔ)言的程序代碼（Code），而LabVIEW則是使用圖形化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言G（Graphic），用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。LabVIEW所運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過(guò)程和思維過(guò)程非常的相似。

LabVIEW包含有專門用于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序和儀器控制程序的函數(shù)庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)。

LabVIEW的程序設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)的“虛擬儀器”，即“VIs”。在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上利用函數(shù)庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)產(chǎn)生一個(gè)前面版（FrontPanel）；在后臺(tái)則是利用圖形化的編程語(yǔ)言編制用于控制前面板的框圖程序。程序的前面板具有與傳統(tǒng)儀器相類似的界面，可接受用戶的鼠標(biāo)和鍵盤指令。一般來(lái)說(shuō)，每一個(gè)VI都可以被其他VI調(diào)用，其功能類似于文本語(yǔ)言的子程序嵌套；而這種嵌套的層次，從理論上講，是不受任何限制的。

LabVIEW是帶有可擴(kuò)展函數(shù)庫(kù)和子程序庫(kù)的通用程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它提供了用于GPIB設(shè)備控制、VXI總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)的應(yīng)用程序模塊。

LabVIEW可方便的調(diào)用Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和用戶自定義的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的函數(shù)；LabVIEW還提供了CIN(CInterfaceNode)節(jié)點(diǎn)使得用戶可以使用由C或C++語(yǔ)言，如ANSIC,編譯的程序模塊，使得LabVIEW成為一個(gè)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。LabVIEW還直接支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）、結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）、TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。此外，LabVIEW還提供了專門用于程序開(kāi)發(fā)的工具箱，使得用戶能夠很方便的設(shè)置斷點(diǎn)，動(dòng)態(tài)的執(zhí)行程序來(lái)非常直觀形象的觀察數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程，以及進(jìn)行方便的調(diào)試。

LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮·諾伊曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（如C）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機(jī)制所代替；從本質(zhì)上講，它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式（DataFlowMode），這種方式確保了程序中的函數(shù)節(jié)點(diǎn)（FunctionNode）只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。

也就是說(shuō)，在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，它不受操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等因素的影響。

既然LabVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的，數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)規(guī)定，一個(gè)目標(biāo)只有當(dāng)它的所有輸入有效時(shí)才能夠被執(zhí)行；而目標(biāo)的輸出只有當(dāng)它的功能完全時(shí)才是有效的。這樣，LabVIEW中被連接的函數(shù)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。從而，我們可以通過(guò)相互連接函數(shù)節(jié)點(diǎn)快速簡(jiǎn)潔的開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，甚至還可以有多個(gè)數(shù)據(jù)通道同步運(yùn)行，即所謂的多線程（Multithreading）。

LabVIEW的核心是VI。VI有一個(gè)人機(jī)對(duì)話的用戶界面——前面板（FrontPanel）和相當(dāng)于源代碼功能的框圖程序（Diagram）。前面板接受來(lái)自框圖程序的指令。在VI的前面板中，控件（Controls）模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的框圖程序；而指示器（Indicators）則是模擬了儀器的輸出裝置并顯示由框圖程序獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。當(dāng)把一個(gè)控件或指示器放置到前面板上時(shí)，LabVIEW便在框圖程序中相應(yīng)的產(chǎn)生了一個(gè)終端（Terminals），這個(gè)從屬于控件或指示器的終端不能隨意的被刪除，只有刪除它對(duì)應(yīng)的控件或指示器時(shí)它才會(huì)隨之一起被刪除。

用LabVIEW編制框圖程序時(shí)，不必受常規(guī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)法細(xì)節(jié)的限制。首先，從函數(shù)面板（FunctionPalette）中選擇需要的函數(shù)節(jié)點(diǎn)（FunctionNode），將之置于框圖上適當(dāng)?shù)奈恢茫蝗缓笥眠B線（Wires）連接各函數(shù)節(jié)點(diǎn)在框圖程序中的端口（Port），用來(lái)在函數(shù)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。這些函數(shù)節(jié)點(diǎn)包括了簡(jiǎn)單的計(jì)算函數(shù)、高級(jí)的采集和分析VI以及用來(lái)存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的文件輸入輸出函數(shù)和網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。

用LabVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。我們可以將之用于頂層（TopLevel）程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。一個(gè)VI用在其它VI中，稱之為subVI，subVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個(gè)圖標(biāo)的形式出現(xiàn)的；為了區(qū)分各個(gè)subVI，它們的圖標(biāo)是可編輯的。LabVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計(jì)的概念。用戶可以把一個(gè)應(yīng)用任務(wù)分解成為一系列的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)還可以分解成許多更低一級(jí)的子任務(wù)，直到把一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題分解成為許多子任務(wù)的組合。首先設(shè)計(jì)subVI完成每個(gè)子任務(wù)，然后將之逐步組合成為能夠解決最終問(wèn)題的VI。

圖形化的程序設(shè)計(jì)編程簡(jiǎn)單、直觀、開(kāi)發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，圖形化的編程語(yǔ)言必將成為測(cè)試和控制領(lǐng)域內(nèi)最有前途的發(fā)展方向。

2.2LabVIEW的優(yōu)勢(shì)

我們以前在實(shí)驗(yàn)室做模電實(shí)驗(yàn)的時(shí)候面對(duì)的是各種各樣的真實(shí)的儀器，但是這種傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ接幸恍┕逃械娜毕荩纾?/p>

（1）學(xué)生不熟悉線路連接，在連接儀器時(shí)極易出錯(cuò)。

（2）線路連接錯(cuò)誤，易造成電子元器件及測(cè)試儀器的損壞。學(xué)生不熟悉儀器操作也是造成儀器容易損壞的原因。

（3）學(xué)生不能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，更不能像做家庭作業(yè)一樣在課余時(shí)間進(jìn)行練習(xí)。有限的教學(xué)時(shí)數(shù)與學(xué)生技能的提高矛盾突出。

（4）實(shí)驗(yàn)的元器件離散性大，環(huán)境變化引起的溫漂、干擾等因素會(huì)造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差。

（5）傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是以實(shí)物為主的，設(shè)備易磨損老化，需要定期更新；教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備配置與教學(xué)大綱的教學(xué)要求相對(duì)應(yīng)，隨著教學(xué)要求的提高及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)水平也不斷提高，數(shù)量也要有所增加，這要消耗我們有限的教學(xué)經(jīng)費(fèi)。

而使用LABVIEW恰好能夠彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)的不足。它的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）在計(jì)算機(jī)上即可完成和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的線路連接，例如，顯示檢測(cè)點(diǎn)的電壓電流波形及對(duì)電路進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析等多種分析，及時(shí)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（2）評(píng)估元器件參數(shù)變化（包括故障）對(duì)電路造成的影響。分析一些較難測(cè)量的電路特性，如進(jìn)行噪聲（Noise）、頻譜（Fourier）、器件靈敏度（Sensitivity）、溫度特性（Temperature）分析等。

（3）可以在短暫的實(shí)驗(yàn)時(shí)間里快速完成較復(fù)雜的線路連接、測(cè)試工作。

（4）可以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的量化評(píng)估。

2.3LabVIEW應(yīng)用解決方案

LabVIEW自1986年正式推出，至今已發(fā)展到以最新版本LabVIEW7.0Express為核心，包括控制與仿真、高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制、模糊控制和PID控制等眾多軟件包，可運(yùn)行于現(xiàn)今所有Windows系統(tǒng)、Linux,Macintosh,Sun和HP-UX等多種平臺(tái)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境〔，們。其已被廣泛應(yīng)用于包括航空航天、工業(yè)自動(dòng)化、通信、汽車、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等世界范圍內(nèi)的眾多領(lǐng)域，其概括如下:

（1）.LabV工EW應(yīng)用于測(cè)試與測(cè)量

LabVIEW已成為測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)GPIB,VXI,PLC、串行設(shè)備和插卡式數(shù)據(jù)采集板卡可以構(gòu)成實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它提供了工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，同時(shí)還支持通過(guò)Internet,ActiveX,DE、和SQL等交互式通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，它提供的眾多開(kāi)發(fā)工具使復(fù)雜的測(cè)試測(cè)量任務(wù)變得簡(jiǎn)單易行.

（2）.LabV工EW應(yīng)用于過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化

LabVIEW強(qiáng)大的硬件驅(qū)動(dòng)、圖形顯示能力和便捷的快速程序設(shè)計(jì)為過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化提供了優(yōu)秀的解決方案.同時(shí)由于NI公司提供有全系列的基于PC的多功能板卡，其與LabVIEW在底層即實(shí)現(xiàn)了軟、硬件的無(wú)逢連接，節(jié)約了系統(tǒng)的構(gòu)建時(shí)間并增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性。

（3）.LabVIEW應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究與自動(dòng)化

LabVIEW為科學(xué)家和工程師提供了功能強(qiáng)大的高技數(shù)學(xué)分析庫(kù)，包括統(tǒng)計(jì)、估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號(hào)生成算法、時(shí)域和頻域分析等眾多科學(xué)領(lǐng)域。在聯(lián)合時(shí)域分析、小波和數(shù)字濾波器等高級(jí)或特殊分析場(chǎng)合，LabV工EW提供有專門的附加軟件包。

3方案論證

3.1可行性研究

在虛擬儀器系統(tǒng)中，信號(hào)的獲取與采集是由以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)來(lái)完成的。在此硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，調(diào)用測(cè)試軟件來(lái)完成某種功能的測(cè)試任務(wù)，便可構(gòu)成該種功能的虛擬測(cè)量?jī)x器。在同一硬件平臺(tái)上，調(diào)用不同的測(cè)試軟件的可構(gòu)成不同功能的虛擬儀器。因此，出現(xiàn)了‘軟件就是儀器’的概念。如對(duì)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)測(cè)試軟件進(jìn)行標(biāo)定和數(shù)據(jù)點(diǎn)的顯示就構(gòu)成了一臺(tái)數(shù)字示波器；如對(duì)采集的數(shù)據(jù)利用軟件進(jìn)行FFT變換，則構(gòu)成了一臺(tái)頻譜分析儀……信號(hào)分析與處理要求取的特征值，如峰值，真有效值，均值，均方值，方差，標(biāo)準(zhǔn)差，以及頻譜，相關(guān)函數(shù)，概率密度函數(shù)等，如用硬件電路來(lái)獲取，其電路是復(fù)雜的，昂貴的，甚至是不易實(shí)現(xiàn)的，然而用軟件編程來(lái)獲取是很容易實(shí)現(xiàn)的。這是虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器具有的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)所在。

LabVIEW提供了各種常用的包括信號(hào)時(shí)域分析，相關(guān)分析，曲線擬合，微分，積分等信號(hào)分析、處理所需的圖標(biāo)。這些圖標(biāo)各自對(duì)應(yīng)一段軟件子程序，可在流程圖編輯窗口中的‘function’功能模板上的‘signalprocessing’子模板上方便的調(diào)出，供用戶編輯流程圖使用。

3.2系統(tǒng)的功能作用

3.2.1輔助課堂教學(xué)

傳統(tǒng)的模電技術(shù)教學(xué)往往是理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)部分分開(kāi)進(jìn)行。教師在教室內(nèi)用粉筆、黑板傳授抽象的理論知識(shí)，在黑板上畫(huà)電路圖，給學(xué)生分析電路特性，分析電路隨著某一元件的變化而變化的情況。教師講得辛苦，卻得不到理想的效果；學(xué)生聽(tīng)課吃力，往往不得要領(lǐng)，很難對(duì)有關(guān)理論留下深刻的印象。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其主要目的就是為了檢驗(yàn)課堂上傳授的理論知識(shí)，加深對(duì)理論的理解和記憶。但是我們很難將一個(gè)實(shí)驗(yàn)搬到課堂中來(lái)，倘若有虛擬實(shí)驗(yàn)室，便可以很方便地利用其在課堂上進(jìn)行演示，讓抽象的理論及時(shí)得到檢驗(yàn)，給予學(xué)生感官上的認(rèn)識(shí)，達(dá)到從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的有機(jī)過(guò)渡。

3.2.2仿真

輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)檢驗(yàn)?zāi)ｋ娂夹g(shù)理論和知識(shí)的環(huán)境。充分利用計(jì)算機(jī)快速準(zhǔn)確將繁瑣的計(jì)算公式通過(guò)編制程序計(jì)算出結(jié)果，畫(huà)出精確仿真圖線，幫助學(xué)生理解和分析復(fù)雜的電路。學(xué)生可以獨(dú)立使用自己計(jì)算機(jī)中構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室，主動(dòng)設(shè)疑、實(shí)驗(yàn)，不斷地得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果；并且可以修改參數(shù)，在不必?fù)?dān)心損壞儀器的情況下，迅速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，檢驗(yàn)自己對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況，這對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)水平是有益處的。

3.2.3便于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性思維

教育的目的在于提高學(xué)生的分析能力、判斷能力及創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。我們知道用實(shí)物設(shè)計(jì)制作復(fù)雜一點(diǎn)的電路，在連線上是十分復(fù)雜的，光連線就要花費(fèi)不少功夫；接好電路后，為了使電路處于滿意的工作狀態(tài)，不斷的調(diào)整參數(shù)也是十分費(fèi)時(shí)費(fèi)工的。學(xué)生要運(yùn)用自己學(xué)到的知識(shí)設(shè)計(jì)制作一個(gè)模電電路是一件很困難的事。現(xiàn)在，虛擬實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)優(yōu)良環(huán)境，學(xué)生可以充分發(fā)揮他們的智慧，展現(xiàn)他們的才華。

3.2.4完善電子線路的遠(yuǎn)程教學(xué)

實(shí)驗(yàn)虛擬化，把實(shí)驗(yàn)室搬到了網(wǎng)絡(luò)，更加完善了模電技術(shù)這門課的遠(yuǎn)程教學(xué)

4LabVIEW模塊

4.1函數(shù)簇bundle

4.2波形圖

4.3正弦波形發(fā)生器簡(jiǎn)介

1sinewave.vi圖標(biāo)調(diào)用路徑

sinewave.vi圖標(biāo)的調(diào)用路徑是functions>>analyze>>signalprocessing>>signalgeneration>>sinewave.vi

2sinewave.vi圖標(biāo)與輸入，輸出端口參數(shù)

圖1sinewave.vi圖標(biāo)

圖2sinewave.vi圖標(biāo)與端口圖

函數(shù)圖標(biāo)左側(cè)一列為輸入端口，即該函數(shù)調(diào)用錢的參數(shù)設(shè)置端口。

Samples：生成波形的總點(diǎn)數(shù)N

Amplitude：生成波形的幅值。

F：生成信號(hào)的數(shù)字頻率。

Phasein：生成波形的初始相位。

Resetphase：默認(rèn)生成值為true。當(dāng)為ture時(shí)，函數(shù)以Phasein的值作為初始相位，如果該值為false，則函數(shù)以上一次調(diào)用后的Phaseout輸出值為此次波形的初始相位，顯然，此時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)波形是連續(xù)光滑的。

函數(shù)圖標(biāo)的右側(cè)一列為輸出端口，其各自的含義如下。

Sinewave：數(shù)組名，該數(shù)組內(nèi)存放所生成的波形數(shù)據(jù)。

Phaseout：當(dāng)Resetphase為ture時(shí)，該參數(shù)無(wú)效。當(dāng)Resetphase為false時(shí)，該參數(shù)作為下一次生成正弦波的初始相位。

Error：錯(cuò)誤代碼。若有錯(cuò)誤，則輸出錯(cuò)誤代碼。根據(jù)錯(cuò)誤代碼，查找LabVIEW幫助文件，可以找到與錯(cuò)誤代碼對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤含義

4.4巴特沃斯低通濾波器

（1）幅頻特性的一般表達(dá)式

巴特沃斯低通濾波器是一種用所謂最平通帶特性去逼近理想低通特性的濾波器。其幅頻特性為|H(ω)|=1/[1+(ω/ωc)2n]式中，n=1,2,3…為濾波器的階次。

（2）一階巴特沃斯低通濾波器

傳遞函數(shù)為：

H(s)=Kb0/(b1s+b0)=K/(τs+1)

式中。τ=b1/b0,s=σ+jω.若令σ=0得到頻率特性如下：

H(jω)=H(ω)=k/(τjω+1)

幅頻特征：

A(ω)=|H(jω)|=k/[1+(ω/ωc)2]

式中ω=1/τ為轉(zhuǎn)折頻率，與式相比它就是n=1時(shí)的式

相頻特性為：

θ(jω)=θ(ω)=-arctgωτ=-arctg(ω/ωc)

（3）butterwoethfilter.vi圖標(biāo)的調(diào)用

butterwoethfilter.vi圖標(biāo)的調(diào)用路徑

執(zhí)行functions>>analyze>>signalprocessing>>filter>>butterwoethfilter.vi操作。

其圖標(biāo)為

butterwoethfilter.vi圖標(biāo)

butterwoethfilter.vi圖標(biāo)的參數(shù)設(shè)置

butterwoethfilter.vi圖標(biāo)及其窗口

圖中左側(cè)為輸入端口參數(shù)，右側(cè)為輸出端口參數(shù)。

輸入端口參數(shù)如下：

X欲處理數(shù)據(jù)

Sanplingfeq;fs：采樣頻率，通常就是輸入數(shù)據(jù)X的采樣頻率，默認(rèn)為1.0，此值必須大于0。

Highcutofffreq：fh：濾波器的低截止頻率，對(duì)低通和高通濾波器，這個(gè)參數(shù)被忽略。

Lowcutoddfreq：fl：濾波器的低截止頻率，此頻率必須滿足采樣定律，fl的取值范圍為：

0〈f1〈fs/2,其中，fs為采樣頻率。默認(rèn)值為0.125。

order：濾波器的階次，其值必須是大于0的整數(shù)。

Filtertype濾波器的類型，0表示lowpass（低通）1表示highpass（高通）2表示bandpass（帶通），3表示bandstop（帶阻）。

輸出端口如下：

filteredX：濾波后的數(shù)據(jù)。

Error：錯(cuò)誤代碼值，返回值模塊執(zhí)行中的錯(cuò)誤代碼。

5程序設(shè)計(jì)

5.1虛擬正弦波仿真信號(hào)發(fā)生器

(1)功能描述

該正弦波仿真信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦信號(hào)指標(biāo)如下

頻率范圍0.1Hz~~10kHz可選

初始相位0~~180可選

幅值0.1V~~5.0V可選

生成波的總點(diǎn)數(shù)N=8~~512可選

(2)設(shè)計(jì)步驟

前面板設(shè)計(jì)

（a）五個(gè)輸入型數(shù)字控件

五個(gè)輸入型數(shù)字控件供使用者鍵入生成正弦波的頻率fx，初始相位，幅值，總采樣點(diǎn)數(shù)N和采樣頻率fs操作controls>>numeric>>numericcontrol五次，得到五個(gè)輸入型數(shù)字控件，分別標(biāo)記為‘信號(hào)頻率’‘采樣頻率’‘采樣點(diǎn)數(shù)’‘信號(hào)幅值’和‘初始相位’

(b)一個(gè)輸入顯示圖型控件

輸出顯示型圖形控件用來(lái)顯示所產(chǎn)生的正弦波波形

執(zhí)行controls>>graph>>wavegraph操作，調(diào)入圖形控件graph。其橫軸為時(shí)間軸。應(yīng)考慮到生成的信號(hào)頻率跨度大，在0.1Hz~~10kHz范圍內(nèi)，其周期跨度也大，在10s~~0.1ms范圍內(nèi)，縱軸為電壓軸，生成信號(hào)幅值的范圍應(yīng)充滿整個(gè)顯示畫(huà)面，故選用‘graph’顯示器。

注意，控件參數(shù)設(shè)置應(yīng)考慮到采樣頻率fs，數(shù)字頻率f，一個(gè)周期采樣點(diǎn)數(shù)n與總點(diǎn)數(shù)N=samples的關(guān)系：fs=nfx，故fs的最大值應(yīng)是被測(cè)信號(hào)頻率fx最大值的n倍，且N>=n

(c)兩個(gè)開(kāi)關(guān)控件

執(zhí)行controls>>button>>verticalswitch操作，調(diào)入開(kāi)關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為‘復(fù)位相位’

執(zhí)行controls>>button>>textbutton操作，調(diào)入開(kāi)關(guān)按鈕控件，標(biāo)記為‘OFF’

如上設(shè)計(jì)的前面板如圖所示

流程圖設(shè)計(jì)

在流程圖中執(zhí)行functions>>structures>>whileloop操作，調(diào)入while循環(huán)結(jié)構(gòu)

執(zhí)行functions>>numeric四次，可以分別放置一個(gè)除法器，一個(gè)倒數(shù)器，及兩個(gè)常數(shù)在流程圖中執(zhí)行functions>>analyze>>signalprocessing>>signalgeneration>>sinewave.vi操作，可調(diào)入sinewave.vi圖標(biāo)

在流程圖中執(zhí)行functions>>cluster>>bundle操作，調(diào)入bundle圖標(biāo)

在流程圖中執(zhí)行functions>>time&dialog>>wait操作，調(diào)入時(shí)鐘圖標(biāo)

在流程圖中執(zhí)行functions>>Boolean>>not操作，調(diào)入not圖標(biāo)

連線形成的虛擬正弦波發(fā)生器的流程圖如圖所示

圖虛擬正弦波發(fā)生器前面板

注所需的數(shù)字頻率由除法器的輸出提供，該除法器完成信號(hào)頻率與采樣頻率之比的運(yùn)算，同時(shí)將采樣頻率取倒數(shù)轉(zhuǎn)換為采樣間隔，給出正弦波形的采樣間隔，便于顯示。

運(yùn)行檢驗(yàn)

設(shè)置正弦信號(hào)f=0.2Hz，初相位=0，幅值=1.0V，采樣頻率=10Hz復(fù)位相位選為TRUE，采樣點(diǎn)數(shù)為100，生成的正弦波如圖所示

圖虛擬正弦波發(fā)生器流程圖

5.2設(shè)計(jì)舉例虛擬調(diào)制解調(diào)器

（1）功能要求

用該調(diào)幅波解調(diào)器可觀察調(diào)幅波，以及經(jīng)過(guò)巴特沃斯濾波器后的解調(diào)信號(hào)波形。

（2）調(diào)制解調(diào)原理

（a）調(diào)幅波的數(shù)字表達(dá)式及其特性

u(t)=Emz(t)sinω0t

式中。Em——常量w——高頻載波角頻率。z(t)——低頻緩變信號(hào)，其上限角頻率為Ω

上式就是調(diào)幅波的一般數(shù)字表達(dá)式，它反映了低頻緩變信號(hào)z(t)對(duì)一高頻ω振蕩信號(hào)sinω0t的控制。通常一般將控制高頻信號(hào)的緩變信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，載送緩變信號(hào)的高頻ω0振蕩信號(hào)sinω0t稱為載波。利用信號(hào)z(t)來(lái)控制或改變高頻振蕩的幅值稱為調(diào)制過(guò)程。

(b)調(diào)幅波的解調(diào)

調(diào)幅波u(t)的幅值反映調(diào)制信號(hào)數(shù)值的變化，在調(diào)制器之后加解調(diào)器，可將被測(cè)的調(diào)制信號(hào)z(t)與調(diào)幅波u(t)分離，并最后提取出來(lái)。解調(diào)器由乘法器和低通濾波器組成，其原理框圖如圖所示

圖解調(diào)器原理框圖

解調(diào)器中的乘法器有兩個(gè)輸入信號(hào)，一個(gè)是待解調(diào)的調(diào)幅波u(t)

u(t)=Ez(t)*sinω0t

式中。E——比例常數(shù)乘法器的另一個(gè)輸入信號(hào)u(t)稱為參考信號(hào)，它應(yīng)是與載波頻率ω0相同頻率的高頻信號(hào)，考慮到實(shí)際情況中，載波信號(hào)sinω0t會(huì)有一個(gè)相位差θ，則u(t)為：

u(t)=Ur*sin(ω0t+θ)

于是，乘法器的輸出y(t)為

y(t)=u(t)*sin(ω0t+θ)=Ez(t)*sinω0t*U*sin(ω0t+θ)

令A(yù)=EUr,并根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，上式可寫(xiě)為

y(t)=Az(t)sinω0t*sin(ω0t+θ)

=0.5Az(t)[cosθ-cos(2ω0t+θ)]

=0.5Az(t)cosθ-0.5Az(t)cos(2ω0t+θ)

當(dāng)乘法器后接的低通濾波器的截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于頻率2ω0，并大于信號(hào)z(t)的最高頻率Ω時(shí)，上式中的頻率分量cos(2ω0t+θ)項(xiàng)將被低通濾波器大大衰減，而只有差頻信號(hào)項(xiàng)0.5Az(t)cosθ輸出，于是解調(diào)器的輸出為f(t)為：

f(t)=0.5Az(t)cosθ=kz(t)

式中，k=0.5Acosθ為比例常量，可由實(shí)際標(biāo)定得到

設(shè)計(jì)步驟

前面板設(shè)計(jì)

在上例虛擬正弦信號(hào)發(fā)生器發(fā)的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)正弦波發(fā)生器，為兩個(gè)正弦波發(fā)生器一個(gè)做載波，一個(gè)做調(diào)制信號(hào)。

前面板設(shè)計(jì)同上例。需添加參數(shù)輸入型數(shù)字控件，用以設(shè)置低通濾波器的低截止頻率。增加三個(gè)輸出顯示型控件，分別用以顯示載波，調(diào)制波，解調(diào)波的波形，設(shè)計(jì)完畢的前面板如圖所示

圖虛擬調(diào)幅波解調(diào)器前面板

流程圖設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)舉例虛擬正弦信號(hào)發(fā)生器的流程圖基礎(chǔ)上再增加一個(gè)正弦波發(fā)生器圖標(biāo)，另外執(zhí)行functions>>analyze>>signalprocessing>>filter>>butterwoethfilter.vi操作，調(diào)入巴特沃斯濾波器圖標(biāo)

設(shè)計(jì)完畢的流程圖如圖所示

運(yùn)行檢驗(yàn)

設(shè)置低頻調(diào)制信號(hào)的頻率為1Hz,幅值為1V,初始相位0,設(shè)置載波高頻信號(hào)的頻率為10Hz,幅值為1V,初始相位為0,設(shè)置巴特沃斯濾波器的低截止頻率為2Hz,設(shè)置對(duì)調(diào)制和載波信號(hào)的采樣頻率均為50Hz,采樣點(diǎn)數(shù)均為200點(diǎn)。運(yùn)行結(jié)果如圖所示

圖虛擬調(diào)幅波解調(diào)器前面板

6結(jié)論：

事實(shí)證明將虛擬儀器技術(shù)引入到教學(xué)實(shí)驗(yàn)中是行之有效的解決方案。應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，使我們能夠在計(jì)算機(jī)上按照自己的需求來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與儀器，方便靈活而且開(kāi)發(fā)周期短。它可以提高實(shí)驗(yàn)效率、降低實(shí)驗(yàn)成本、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，取得較好的教學(xué)效果，其具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文設(shè)計(jì)的調(diào)制解調(diào)器正是實(shí)現(xiàn)了模電實(shí)驗(yàn)的仿真。

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論文關(guān)鍵詞：LABVIEW模擬電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)調(diào)制解調(diào)器

論文摘要：虛擬技術(shù)的發(fā)展使模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的分析設(shè)計(jì)過(guò)程得以在計(jì)算機(jī)上輕松、準(zhǔn)確、快捷地完成。這樣，一方面克服了實(shí)驗(yàn)室在元器件和規(guī)格上的限制，避免了損壞儀器等不利因素，另一方面使得實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間及空間的限制，從而促進(jìn)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化。本文介紹了基于LabVIEW的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)——虛擬調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。此系統(tǒng)具有參數(shù)調(diào)節(jié)方便、易實(shí)現(xiàn)、可靠度高等優(yōu)點(diǎn)。在高等工程教育中采用虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以從根本上解決實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重短缺問(wèn)題。作為傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，使學(xué)生初步掌握仿真軟件技術(shù)，可使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密聯(lián)系課本內(nèi)容，比較全面地概括和反映部分所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，將課堂內(nèi)容具體化。