LabVIEW在高频电路课程中的仿真应用

科技与经济２００６￣８期　五盟ｄ／／珊册　口　ＬａｂＶ　ＩＥＷ在高频电路课程中的仿真应用　侯海鹏，陈　波　（内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头０１４０１０）　摘　要：美国国家仪器公司（ＮＩ）开发的ＬａｂＶＩＥＷ软件平台，是一个基于图形化编程的虚拟仪器软　件的开发平台。虚拟仪器概念的出现，是对传统仪器概念的重大突破，这为以往的高频电路仿真提供了　一种简单高效的方法；本文利用ＬａｂＶＩＥＷ提供的信号产生及处理的基本单元对高频电路中的典型ＡＭ　调制以及利用超外差式接收机解调的实例进行了仿真分析。　关键词：虚４ｗｆ￣．器；ＬａｂｖＩＥＷ；高频电路　中图分类号：ＴＭ７４３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７－－６９２１（２００６）０８—０１５９—０２　高频电路是广大电子信息工程专业中的一门技　ＬａｂＶＩＥＷ提供了丰富的信号及信号处理单元．且　术基础课程。如何在教学中使学生更好更快地学习　具有直观、形象生动的特点。比较适合于高频电路中　这门课程以及对复杂调制解调方法进行验证，是一　调制解调过程的仿真。用ＬａｂＶＩＥＷ软件对系统进　个比较繁琐的问题。为此。软件商们编制出了许多　行仿真。用户只需从模块库中选择所需的功能模块　专业软件。如ＰＲＯＴＥＬ、ＯＲＣＡＤ、ＰＳＰＩＣＥ等来解决　组合即可。而且用户还可以自定义模块和模块库．　这方面的问题。本文提出了另外一种软件的解决方　从而大大加强了系统仿真的功能。本文在Ｌａｂ．　案。与专业软件相比．使用ＬａｂＶＩＥＷ对高频电路仿　ｖＩＥｗ开发环境下介绍如何在教学中对高频电路的　真具有更快捷、更形象的效果，因而其更适合于在教　调制解调原理进行仿真。　学中采用。　２高频电路中的仿真应用　１虚拟仪器的技术背景　２．１信号产生与处理的基本单元　虚拟仪器的起源可以追朔到２０世纪７０年代，　在高频电路中需要产生大量的连续性周期振荡　那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了　信号．如发射机中正弦载波信号，接收机中作为混频　相当的发展。随着计算机与信息技术的飞跃发展。　需要的本地振荡信号等，现实中这些都要依靠振荡　虚拟现实技术已成为一个非常重要的领域。这是一　电路来完成．而在实际教学中要采用专业软件仿真　种新的人机交互系统．利用计算机等设备及相应的　时。则需在对工作电路十分熟悉的基础上才能进行，　软件对真实的物理世界进行实时仿真和实时交互作　但在ＬａｂＶＩＥＷ这种图形化的编程环境下仿真却快　用，在虚拟的环境中，用户与系统直接而自然地交　捷简便，就像搭积木一样。把各种功能模块调出后加　互，进行一定的操作，从而达到实际的效果。Ｌａｂ　以连结即可完成特定的任务。下面就是ＬａｂｖＩＥｗ　ｖＩＥｗ是美国国家仪器公司（ＮＩ）于１９８６年推出的　中常用的几种连续波和噪声信号源，以及一些基本　一种图形化编程的工程软件包，它是一个基于图形　的信号运算于处理单元。在ＬａｂＶＩＥＷ的功能模板　化编程的虚拟仪器软件平台，用它来开发各种仪器　（Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）中的下属子模块Ｓｉｇｎａｌ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（信　及虚拟电路具有独到之处。ＬａｂＶＩＥＷ图形化软件　号发生）中提供了一些常用的产生数字特性曲线和　平台具有一般编程语言的特点。带有各种软件包和　波形的信号源，其中连续波和噪声源都直接以模块　过程库，它的特点在于①图形化编程，使得编程十分　给出。另外它还提供了子模块Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（信　方便、快捷；②具有类似仪器的用户界面，诸如开关、　号处理）来完成一些复杂的运算操作功能，如Ｄｉｇｉ　按钮、各种显示等等功能，使用户操作计算机如同操　ｔａｌ　Ｆｉｌｔｅｒｓ（数字滤波器）中的一些模块被用来执行　作实际的仪器；③带有较全的仪器接口、数据采集接　ＩＩＲ、ＦＩＲ和非线性滤波功能。除此之外它还包括了　口、网络接口软件包，在与外界打交道时只须作相应　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｅｓ（数学）子模块用来完成常见信号的数　的配置．而不需编写繁锁的驱动程序；④带有很多的　学运算。这就大大简化了数字逻辑电路仿真的实现　分析软件包，可以直接对数据进行分析、处理，被广　过程。　泛应用于数据检测与分析、过程控制等领域。由于　连续波及噪声信号和基本的信号运算与处理单元　收稿日期：２００６—０２—１０　作者简介：侯海鹏（１９７６一），内蒙古包头人，助教。主要从事通信系统的应用设计与研究。　・１５９・　维普资讯 http://www.cqvip.com

科技与经济２００６年第８期　皿ｍ驰羽　坶ｍ　２．２　ＡＭ调幅信号调制过程的仿真　出。当调节调制度旋扭使ｍ＞１时，普通调幅波的　包络变化与调制信号不再相同。产生了包络的失　真，称为过调幅。另外在教学中还要考察ｕ枷（ｔ）；　Ｕ　ｃ０ｓ‘ｌ’　ｔ＋［ｃｏｓ（　＋ｎ）ｔ＋ＣＯＳ（Ｗｅ—ｎ）ｔ］的频谱。可　发现普通调幅的过程是将调制信号频谱搬移到了载　频的左右两旁。形成了三个频率分量：‘ｕｃ（载波）、‘ｕｃ　＋ｎ（上边频）和　一ｎ（下边频）。这在仿真前面板　的频谱图中可容易看出。它可采用ＬａｂＶｌＥＷ中的　常规双边带调幅的框朋程序　功能模板（Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）下的子模板Ｅｘｐｒｅｓｓ中的Ｓｉｇ．　ｎａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ里的Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ模块来实　现，这是通过ＦＦＴ（快速傅里叶变换）来完成的。　２．３超外差式接收机的仿真　普通调幅信号的解调是通过经典的超外差式接　收机来实现的。下图给出了超外差式接收机仿真的　全部框图程序。输入端给出了两个随机信号源来仿　真两个模拟的电台信号，它们通过ＦＤＭ（频分复　用）的方法，即采用两种不同的载波频率分别调制两　常规双边带调幅的框图程序　普通调幅方式（ＡＭ）是用低频调制信号去控制高频　正弦波载波的振幅，使其随调制信号波形的变化而　呈线性变化。在教学中通常可设载波为ｕｃ（ｔ）ｚ　Ｕ　ＣＯＳ（Ｏ　ｔ，在ＬａｂＶＩＥＷ中可以采用功能模板（Ｆｕｎｃ—　个电台信号，以便在同一个信道中来传输。在接收　端先与本振信号完成混频。把已调波信号的频谱搬　ｔｉｏｎｓ）中的子模板Ｅｘｐｒｅｓｓ下Ｉｎｐｕｔ中的Ｓｉｍｕｌａｔｅ（仿　真信号）来仿真。假定调制信号为单频信号。即ｕ。　（ｔ）　Ｕｎｃｏｓｌ２ｔ，同样可用Ｓｉｍｕｌａｔｅ来仿真。则所得　输出的普通调幅波信号为；ｕ＾Ｍ（ｔ）＝（Ｕ＋　ｋＵｎｃｏｓｇｌｔ）ｃｏ　ｔ＝Ｕ　（１－Ｆ　ｍｃｏ￣ｔ）ＣＯ，￣ｏｃｔ，其中ｋ为　移到中频区。这里提到的载波和本振信号都是利用　ＬａｂＶＩＥＷ中功能模板（Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）下的子模板Ｅ）‘．　ｐｒｅｓｓ中Ｉｎｐｕｔ里的Ｓｉｍｕｌａｔｅ（仿真信号）来仿真实现　的。接着让混频后的中频信号通过子模块Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（信号处理）中的Ｆｉｌｔｅｒｓ里的切比雪夫中　频滤波器滤除多余的噪声和干扰。随后通过子模块　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（信号处理）中的Ｓｉｇｎａｌ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　里的峰值检波器，即包络检波器。利用普通调幅信　比例系数，ｍ为调制度，正常工作时０＜ｍ＝三＝１，这一　过程可利用Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ（数学）子模块中的加法器　与乘法器来实现。下面的框图程序中给出了具体实　现过程。同时从给出的仿真前面板的波形图中可看　号的包络反映了调制信号波形变化这一特点。将包　络（信号振幅各峰值点的连线）提取出来。就可以恢　复原来的调制信号。最后通过同在Ｆｉｌｔｅｒｓ中的切　比雪夫低通滤波器来平滑输出的波形，这样就完成　了ＡＭ调幅信号解调的全过程。　出普通调幅信号的包络（信号振幅各峰值点的连线）　完全反映了调制信号的变化规律。从中可明显看　超外差式接收机的仿真框图程序　３结语　特性也丝毫不逊于其他专业软件。从文中提供的几　个例子来看，ＬａｂＶＩＥＷ绝好的可视化特性表明其　用于高频电路的辅助教学也是一种很好的工具。　［参考文献】　本文简要介绍了用ＬａｂＶＩＥＷ软件来实现高频　电路仿真的方法，并给出了一个完整的仿真实例。　从教学辅助设计方面考虑ＬａｂＶＩＥＷ良好的图形界　面特性，为高频电路基本元件模拟提供强有力的支　持；从实验应用方面考虑，尽管ＬａｂＶＩＥＷ不如一些　［１］　曾兴雯主编．高频电子线路．北京：高等教育　出版社。２００５．　专业软件功能强大，但ＬａｂＶＩＥＷ的快速编程特性　和强大的实时图形演示功能为在高频电路教学中动　态仿真提供了一种可能工具。如果ＬａｂｖＩＥｗ能提　供一些专用功能库，那么它在高频电路仿真方面的　・［２】　谢嘉奎主编．电子线路一非线性部分．北京：　高等教育出版社。２０００．　［３］ＬａｂＶＩＥＷ　Ｕｓｅｒ　Ｍａｎｕａ１．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｃｏｒｐ。２００５．　１６０・