基于LabVIEW的数字滤波器.docx

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基于LabVIEW的数字滤波器

基于LabVIEW的数字滤波器

本科毕业论文（设计）

论文题目

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基于LabVIEW的数字电路的

仿真实现

姓名

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学号

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班级

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专业

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指导教师

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完成时间

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作者声明

本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。

对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中已明确的方式标明。

因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。

毕业论文（设计）成果归XX所有。

特此声明。

作者专业：

作者

学号：

作者签名：

年月日

基于LabVIEW的数字电路的仿真实现

X

SimulationandRealizationofDigitalSimulationPlatformBasedonLabVIEW

摘要

虚拟仪器是一种高效用于构建数据采集与监测系统图形化编程语言，它充分利用最新的计算机技术来实现和扩展仪器的功能，用计算机屏幕可以简单地模拟大多数仪器的调节控制面板，以各种需要的形式表达并且输出检测结果。

本课题主要研究了利用虚拟仪器软件开发数字仿真平台，在计算机上通过对前面板和程序框图的编写来完成对数字仿真平台的研究与设计。

仿真平台上主要研究的数字电路包括了门电路，触发电路，组合逻辑电路，计数器，编码器，译码器，抢答器，表决器等。

这些都是数字电子技术课程中的基础实验，该平台充分利用LabVIEW语言的灵活开放和良好的人机界面等特点，简单直观的再现了实验现象，使得试验和分析变得简单明了，用这些基础的逻辑电路可以实现其它更复杂的功能，同时也能更好的理解数字电子技术的相关知识和试验原理。

关键词：

虚拟仪器；LabVIEW；数字电路；仿真平台

Abstract

LabVIEWisahighlyproductivegraphicalprogramminglanguageforbuildingdataacquisitionaninstrumentationsystems.Itfullyutilizesthelatestcomputertechnologytoimplementandextendtheinstrumentfunction.Usingtheimageofacomputerscreencanbeeasilysimulateavarietyofequipmentcontrolpanelstotheneedsexpressedintheformoftheoutputoftestresults.

Thismajorstudyontheuseofvirtualinstrumentsoftwaredevelopmentplatform,onyourcomputerthroughthefrontpanelandrearpanelpreparedtocompletetheresearchanddesignofdigitalsimulationplatform.Researchonsimulationplatformofdigitalcircuitsincludingthecircuit,triggeringcircuits,combinationallogiccircuits,counters,encoders,decoders,preemptiveanswer,vote,andsoon.Thesearebasicexperimentofdigitalelectronictechnologycourse,takefulladvantageoftheplatformflexibleopenLabVIEWlanguageandagoodman-machineinterfaceandotherfeatures,simpleVisualrepresentationofatest,makesitsimpletotestandanalysis,logiccircuitscanimplementonthebasisofother,morecomplexfeatures,butalsobetterknowledgeandunderstandingofdigitalelectronictechnologytest.

Keywords：

virtualinstruments;labview;digitalcircuits;simulationplatform

1绪论

1.1引言

随着科学技术的进步，数字电子技术已经广泛地应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等各个领域。

数字电路在现代高科技中的作用是相当重要的，它的高速发展标志着现代化电子技术的高水准、高质量、电子计算机、数字式仪表、数字控制装置和工业逻辑系统等方面都是以数字电路为基础的。

在虚拟仪器推出之前数字电路实验只能在教学实验室中进行，受场地和设备的影响很大，而且实验设备较贵易损坏。

随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大的变化，

计算机技术与仪器技术相结合，形成了一种新概念仪器—虚拟仪器。

它把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力集合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并且突破了传统仪器在数据处理、显示、传送等方面的限制，使使用者可以方便得对其进行维护、扩展、升级等，这些特点是传统仪器所不能比拟的。

美国国家仪器公司（NationalInstruments）在1996年推出了一种革命性的图形语言LabVIEW，开创了虚拟仪器的新纪元。

使用者可以以一般的电脑搭配经济的硬件实现虚拟化，同时最大限度地降低了数字实验室的教学设备成本。

提起“虚拟”人们也许会联想到仿真，但虚拟与仿真其实质上有着很大的区别。

所谓“虚拟”是基于计算机的自动测量与控制技术的关键技术之一，它是信息科学的重要分支。

虚拟仪器技术是以计算机为基础，软件为核心并配以相应的硬的高度智能化的实现信号的采集与控制、数据的测试与分析处理、结果输出、显示等众多功能的高新仪器技术[1]。

数字电子技术作为电子信息类各专业的主要技术基础课程之一，其重要性不言而喻。

但其又有许多实践电路，仅仅学理论知识，没有相应的实验做辅导，对其抽象的知识也不能完全理解，用LabVIEW构建的数字电子虚拟实验平台可以满足这一要求。

1.2数字电路的国内外发展概括

工作于数字信号的电路称为数字电路。

数字电路采用二进制，1、0两种数码正好对应于两种逻辑状态：

真和假，因此可方便的进行逻辑运算和逻辑处理。

逻辑运算是数字电路最基本的运算形式，因此数字电路也称为数字逻辑电路。

数字电路的发展经历了电子管、晶体管分立器件电路，直到现在广泛应用的集成电路，经过半个多世纪的发展，数字电路的应用几乎延伸到了所有的领域。

1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。

它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。

6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。

从此，传统机床产生了质的变化。

近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

1947年：

贝尔实验室肖特莱等人发明了晶体管，这是微电子技术发展的第一个里程碑；1950年：

结型晶体管诞生；还发明了离子注入工艺；1951年：

场效应晶体管发明；1956年：

发明了扩散工艺；1958年：

仙童公司RobertNoyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；1960年：

发明了光刻工艺；1962年美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管；1966年：

美国RCA公司研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列；1988年16MDRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路阶段；1989年：

1MbDRAM进入市场；2000年：

1GbRAM投放市场。

1965年-1978年：

以计算机和军工配套为目标，以开发逻辑电路为主要产品，初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件；1978年-1990年：

主要引进美国二手准备，改善集成电路的国产化；1990-2000年：

以908工程、909工程为重点，以CAD为突破口，抓好科技攻关和北方科研开发地基地建设，为信息产业服务，集成电路行业取得了新的发展。

本系统主要用于初学数字电路者掌握基本逻辑电路。

综上可知，数字电路是今后LabVIEW的主流部件，将在更多的应用领域得到广LabVIEW泛应用。

2虚拟仪器技术介绍

2.1虚拟仪器的基本概念

虚拟仪器（VirtualInstruments，简称VI）的概念，是美国国家仪器公司于1986年提出的。

虚拟仪器技术最核心的思想，就是利用计算机的软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性，真正体现了“软件就是仪器（ThesoftwareisTheinstrument）”的口号。

虚拟仪器就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能，使用者操作这台计算机，就像是在使用一台专门设计的电子仪器。

它突破了传统仪器的特点，将传统仪器由硬件实现的数据分析功能与显示功能，改由功能强大的计算机及其显示器来完成，并配置以相应的I/O接口设备进行数据采集，再编制不同测试功能的软件对获得的信号数据进行分析处理及显示，就可以构成一套完整的测试系统，并具备数据处理的功能和友好的人机界面。

同时，仪器的功能和面板可以由用户根据需要自行定义或扩展，而不是由厂家事先定义且固定不变。

这样，用户不必购买多台不同功能的仪器，不必购买昂贵的集多功能于一身的传统仪器，也不必不断的购买新的仪器。

而且因为有网络的存在，可以应用网络实现仪器共享或远程控制。

虚拟仪器是以通用计算机为核心的硬件平台，用户可根据自己的需要通过编制不同的测试软件来构成各种功能的测试系统，其中许多硬件功能可直接由软件实现，系统具有极强的通用性和多功能性。

虚拟仪器应用软件集成了仪器的所有采集、控制、数据分析、结果输出和用户界面等功能，使传统仪器的某些硬件乃至整个仪器都被计算机软件所代替。

所以软件是整个系统的关键，当基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。

它突破了传统仪器在数据处理、显示存储等方面的限制，实现了部分仪器硬件的软件化，增加了系统的灵活性。

应用虚拟仪器技术不仅能够降低系统的开发与维护费用，而且能够节省综合系统的组建时间。

同时，友好的人机交互界面技术使人感觉像操控真实的仪器一样，具有身临其境的感受，另外，其方便的网络功能，能够实现资源共享[2]。

2.2LabVIEW的基本概念

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：

其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。

与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。

LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。

LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置