虚拟仪器设计与仿真实验报告段毓.docx

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虚拟仪器设计与仿真实验报告段毓

虚拟仪器设计与仿真

实验报告

学院名称

宇航学院

专业名称

航空宇航推进理论与工程

学生姓名

段毓

学号

SY1615306

2016年11月1日

（一）基础实验：

虚拟信号发生器设计

1.1实验目的

本实验属于虚拟仪器仿真基础实验。

通过查阅相关的资料、学习LabVIEW软件，掌握编程过程、思路和方法。

独立设计一个虚拟信号发生器的前面板和软件编程，进行程序的调试，研究实验现象，解决实验过程中的问题，根据信号发生器的工作原理，实现基本功能。

1.2实验设备

惠普_暗影精灵二代

1.3实验原理说明

利用LabVIEW的运算控件、基本波形发生器、任意波形发生器和波形图控件，设计虚拟信号发生器。

并能够实现实际信号发生器的主要功能。

要求：

运行时使用界面简单、易于操作。

1.4实验要求

1）实现功能：

要有正弦波、方波、三角波、锯齿波、噪声以及任意波形的发生，并能任意切换产生信号类型。

2）实现指标：

（1）任意波型可实现公式输入；

（2）频率、幅度、相位、偏移量可调可控；

（3）方波占空比可控；

（4）噪声任意可加、波形与数码同时显示，同时显示输出频谱特性；

（5）所有调制都可微调与粗调。

1.5实验步骤

1）打开LabVIEW程序，新建一个VI程序。

2）先按照方案设计的内容建立前面板图，分别写好它们的标签，再分别调用显示和输入组件，设计波形图显示界面、停止控件、可调旋钮和输入控件的位置，使界面简单，利于操作，添加必要说明美化操作界面。

3）设计后面板，编写信号发生器的程序。

首先设计整体的while循环，然后设置基本信号发生器、任意信号函数发生器和噪声发生器的基本参数，采样频率、幅值、偏移量、相位等参量，并配置可调旋钮。

4）将两个信号发生器和波形显示器连接，任意波形发生器和噪声信号连接。

5）调试程序。

通过调试，检查信号发生器的功能是否实现，各项指标是否满足设计要求。

如满足要求，则进行面板修饰，如不满足要求，则进行修改，直至满足要求为止。

1.6软硬件设计（框图）

1）前面板如图1所示。

频率、幅值、偏移量、相位可调，方波占空比可控。

采样信息采用簇结构。

图1

2）程序框图如图2所示，程序整体采用了While循环，并利用了基本函数发生器、公式波形和均匀白噪声波形。

图2

1.7实验结果及分析

1）信号发生器实现了双通道输出信号的要求。

可以同时输出基本信号和任意输入波形的信号。

2）基本信号发生通道，可以输出正弦波、方波、三角波、锯齿波。

可以随时进行切换，并可以通过可调控件来改变信号的幅值、频率、偏移量等。

3）任意波形发生通道，可以按任意输入的函数输出信号，同时可调节粗调、精调控件来改变信号的幅值、频率、偏移量等。

并且在任意波形输入时加入了均匀白噪声，噪声的幅值可调。

4）信号显示。

可以通过标尺测量输出信号的幅值和相位。

5）各通道之间互不干扰。

信号之间切换顺畅，输出信号稳定、可控。

（二）自主开发设计实验：

基于LabVIEW的十字路口交通灯控制系统

1.实验目的：

本次设计要完成一个十字交通信号灯的设计，这个交通信号灯系统能为行驶的车辆指示能否通行。

这个交通路口每一个方向上的红绿黄灯按绿—黄—红的顺序循环，每个循环的时间为70s，其中通行（绿灯）的时间为30s，等待通行（黄灯）的时间为5s，禁止通行（红灯）的时间为35s。

当停止键按下时，循环停止。

2.实验设备：

硬件：

计算机

3.工作原理及实验要求：

此次设计可以用交通灯来指示路口的红绿灯状况，它们分别是东红、东黄、东绿、北红、北黄、北绿、南红、南黄、南绿、西红、西黄、西绿。

如图3所示。

图3

信号灯按一定规律循环点亮，每盏红灯亮35秒，每盏黄灯亮5秒，每盏绿灯亮30秒。

每个循环包括四个阶段。

第一阶段：

北黄、东红、南黄和西红灯点亮，时间为5秒。

第二阶段：

北红、东绿、南红和西绿灯点亮，时间为30秒。

第三阶段：

东黄、北红、西黄和南红灯点亮，时间为5秒。

第四阶段：

北绿、东红、南绿和西红灯点亮，时间为30秒。

每个循环用时70秒。

东、南、西、北四个方向分别放置一个时间显示器来显示离下一个信号到来的时间。

用计数器产生以秒为单位的计时信号，再将产生的时间信号进行分段，每到一个时间段时系统进行相应的动作。

4.实验方法及实验步骤：

本课程设计需要用十二盏灯、四个时间显示器、一个停止按键。

其中的十二盏灯，红、黄、绿各四盏。

在控件选板中选择指示灯，将它放在前面板合适的位置，调整指示灯至合适大小。

将十二个灯均分四组，每组都包含红黄绿三种颜色的灯。

在每组交通灯合适的位置放置一个数值显示控件作为交通灯的计时器。

在前面板合适的位置放置一个开关按钮，控制循环的停止。

如前文图3所示。

5.软件设计

前面板图如图4所示。

图4

其后台程序框图如图5所示。

图5

将得到的时间信号除以每个循环所用的时间70s，取余数。

得到的余数x的范围为0<=x<70,当0<=x<5时，条件满足，执行第一个条件结构里面的程序，北黄和东红灯点亮。

当5<=x<35时，条件满足，执行第二个条件结构里的程序，北红和东绿灯点亮。

当35<=x<40时，条件满足，东黄和北红灯点亮。

当40<=x<70时，x<40的条件不满足，执行条件结构里面为假的程序，北绿和东红灯点亮。

时间分段的详细结构如图6所示。

图6

这里用到了判定范围并强制转换控件，应用这个控件可以判定输入的数是否在上限和下限之间。

如果输出信号在范围之内，“？

”接口将产生一个信号，此信号恰可以输入到条件结构作为分支选择器信号。

第一阶段：

余数在0至5秒之间，此时东红、北黄、西红和南黄四个灯点亮，向东和西方向的时间显示器东和西灯显示为离红灯熄灭的时间（从6s到1s），向北和南方向的时间显示器北和南灯显示为离黄灯熄灭的时间（从6s到1s）。

如图7所示。

图7

第二阶段：

当北黄和南黄灯点亮5秒后，即余数大于5并且小于35时，,北红、东绿、南红和西绿四个灯点亮,向东和向西方向的时间显示器显示离东绿和西绿（通行）熄灭的时间（从30s到1s）,向北和向南方向的显示离北红和南红（禁止通行）熄灭的时间（从35s到6s）。

如图8所示。

图8

第三阶段：

当东绿和西绿灯点亮30秒后，即余数大于35并且小于40时,东黄和西黄灯点亮,而北红和南红未到熄灭的时间，继续点亮。

向东和向西方向的时间显示器显示离东黄和西黄（准备转换）熄灭的时间（从6s到1s）,向北和向南方向的继续显示离北红和南红（禁止通行）熄灭的时间（从6s到1s）。

如图9所示。

图9

第四阶段：

当北黄和南黄灯点亮5秒后，即余数大于40并且小于70时,北绿、东红、南绿和西红四个灯点亮,向东和向西方向的时间显示器显示离东红和西红（禁止通行）熄灭的时间（从35s到6s）,向北和向南方向的显示离北绿和南绿（通行）熄灭的时间（从30s到1s）。

如图10所示。

图10

6.实验结果及分析

其部分运行结果如图11、图12和图13所示。

图11

图12

图13

经过运行观察，一切正常，符合设定。

（三）实验心得体会

本次实验课课时比较少，但是通过自学，我掌握了LabVIEW的基本使用。

在实验过程中，了解了LabVIEW中循环、判断、函数、布尔运算、簇结构等的使用。

在基本实验中，通过LabVIEW自带的范例和互联网教程，完成了波形发生器的设计。

在自主设计试验中，通过查阅互联网等资料，完成了十字路口交通灯控制系统的设计。

虽然本人实验耗时较多，且在设计波形发生器中走了弯路，但这些让我获益匪浅。

在LabVIEW设计中，这些都属于基础设计，LabVIEW在工程中有很多应用，如要掌握它的更多功能，还需要以后更深入的学习。