LabVIEW电子电路模拟仿真设计

文/袁嘉嵘

LabVIEW是将虚拟器（VI）作为应用设计的硬件资源，其具有数据分析的功能。LabVIEW作为图像化编程语言开发环境，其中具有电子电路模拟机仿真设计中需要的工具，能够实现开发人员的设计直到测试的所有步骤，使仿真系统能够便捷的对所有数据进行采集、分析及访问，并且还能够直观的展现出电子电路的实际运行，对电子电路的运行进行模拟仿真，以此有效提高学生对电子电路的理解，并且加深学生对电子电路的使用。

1 LabVIEW电子电路模拟仿真设计的原理

虚拟仪器包括三个部分，分别为框图程序、程序前面板及图标/连接器。程序连接器的主要目的就是对输入的数值进行设置，并且对输出的量进行观察，其适用于模拟真实仪表中的前面板。在程序前面板中，输入量为控制，输入量为显示。控制及显示会通过不同的图表形式在前面板中初选，比如图表、开关、旋钮及图形等，以此使前面板能够更加简单且直观。图1为温度计的程序前面板。

程序前面板都对应相应的框图程序，其主要是通过LabVIEW图形编程语言进行编写的，能够将其理解为传统的程序源代码。框图程序主要包括四部分组成，分别为连线、图框、节点和端口。连线主要表示程序在执行过程中的数据流，对框图中的数据的流动方向进行了定义；图框的主要目的是为了对结构化程序进行控制；节点的主要目的是为了实现功能及函数的调用；端口的主要目的是为了控制程序前面板，并且对传递的数据进行显示。图2为温度计的框图程序。

图标/连接器的主要目的就是为了调用子虚拟仪器，图表表示的是在其他程序框中，虚拟仪器节点的调用形式表现，连接器表示的是节点的I/O接口，就和函数参数一样。用户要通过针对性的连接器端口及前面板，要求两者能够相互对应。LabVIEW中有众多的图形化操作模板，能够对程序进行创建和运行，并且还能够在屏幕中随便的移动，并且能够放置到屏幕上任意的位置。操作模板一共分为三类，分别为控制、工具及功能。电子电路模拟对信号进行处理使用的子模块包括信号的时域、发生及频域分析。

LabVIEW最大的功能就是其具有层次化结构，用户能够将创建的虚拟仪器作为子程序进行调用，以此能够创建更加复杂的程序，这些被调用的层次并没有一定的限制。和传统的EDA软件相比，两者的仿真下载过程中是不相同的，电子电路的仿真模拟功能能够通过软件进行实现，硬件设计能够通过LabVIEW的数据采集卡和外部的硬件电路相互连接以此实现。

2 LabVIEW电子电路的模拟仿真设计

2.1 LabVIEW电子电路的模拟仿真设计架构

电子电路的模拟和仿真系统的实现主要通过LabVIEW和计算机网络技术完成，通过实际的电子电路为目标，对其进行抽象处理，之后直观的将其描述出来，以此实现用户和系统两者的互相反应，并且还能够对电路的工作过程进行展示，对电子电路进行模拟，对波形进行显示和缩放，之后仿真数字电路，并且还有数字电路和混合电路的仿真工作点。以此就能够确定本文所使用的架构——B/S，只要在用户端将计算机安装进去，实现两者的连接，就能够访问系统，之后就能够选择电子电路的模拟内容。图3为电子电路模拟仿真系统的架构。

系统主要包括模拟电路及系统电路两个模块组成，因为LabVIEW使用模块化的编程，其中的模块都是通过子虚拟仪器的模式在实验系统中嵌入，有效提高了系统的扩展性，在全新的子虚拟仪器中能够实现现有的电子电路变化，对系统中资源的共享及维护具有一定的方便。

2.2 LabVIEW电子电路的模拟仿真详细设计

图1：温度计的程序前面板

图2：温度计的框图程序

图3：电子电路模拟仿真系统的基本架构

结合以上内容描述，对电子电路的模拟仿真进行详细的设计。因为在电子电路教学过程中，主要包括各种电路的仿真，比如RCL串联谐振、负反馈放大、晶体管放大、产生信号等电路。

本文讲述的电子电路模拟平台为LabVIEW虚拟仪器套件，其作为模块化平台，在某个较小的组成结构中具有十二中常用的测量工具，能够调离系统，并且创建实验电路。电子电路模拟仿真系统设计过程中，首先要检测被实验对象的运行状态，比如电子电压的频率、电子电路的输出值及输入值等，之后将这些数值信号转化为能够满足实际熟知的信号，从而将其作为电子电路模拟仿真度的基本，使用LabVIEW平台和相应的数据采集卡，对信号进行收集和分析，之后对其进行处理，从而设计系统模拟仿真模块。

LabVIEW为平台的电子电路模拟仿真的构成主要包括软件系统及硬件系统。软件系统又分为驱动程序和虚拟仪器，虚拟仪器的设置是通过用户根据自身的需求实现的，通过LabVIEW的多层次结构，将虚拟仪器程序作为子程序，并且实现子程序的调用，从而实现系统程序的扩展，然后通过计算机的计算功能、存储功能及数据传输功能，得到电子电路实验的数据，通过软件内存缓冲区操作电子电路；硬件系统的目的就是隔离信号电路，使电子电路的实验信号和数据能够达到数据采集卡在之前所设置的数值。将收集到的模拟信号转化为数字信号，通过数据总线传送到计算机系统中，然后通过虚拟仪器面板显示测试的直观结构。

3 电子电路模拟仿真的应用案例

通过上述描述，并且根据科研及教学的需求，使LabVIEW为开发平台，配以采集器创建实验是虚拟仪器系统。在电子技术实验过程中，设计一个多功能信号发生器是尤为重要的内容，传统实验的设计是通过元器件和面包板的实现的，并且根据示波器所得到的响应信号幅值及频率，对其他参数在设计的时候添加其他的原件，以此会导致电路的结构更加复杂，因为波形输出是模拟信号，如果输出有所误差，就会导致出现问题，比如杂散、过冲等。LabVIEW的功能能够成为虚拟仪器设计的平台，在其中的控制模块中添加开关及按钮。因为控制模板具有较高的自由度，所以在设置的时候要添加三个显示器，以此能够在同一个屏幕中展现出三个不同的波形，以此进行对比。另外，还要添加部分的必要按钮，比如复制选择、频率选择及开关等，在此能够将数值输入代替频率选择，以此能够将需求的频率和幅值进行输入。另外，还能够将数字滤波器空间加入到虚拟仪器的前面板中，从而能够结合信号发生器和数字滤波器，通过对虚拟面板进行操作，不仅实现了自身需求的信号输出，还实现了数字滤波器对时域的功能进行分析。

整个设计的核心为程序设计，能够将每个程序框作为传统编程中的源代码，所有程序狂就是虚拟仪器源程序的重要部分，并且还包括连线、节点及端子等。

4 结束语

本文首先对LabVIEW平台及在电子电路模拟仿真设计中的原理进行了分析，以此可以看出虚拟仪器通过计算机的图像环境及计算能力，创建虚拟仪器面板，以此能够控制仪器，并且对数据进行显示和分析，创新了传统仪器的使用，有效提高了一起的使用效率及功能，用户能够通过自己的需求对仪器的功能进行设置。LabVIEW实现了电子电路模拟仿真的可视化，并且使编程更加灵活，为系统模块的设计提供了多种选择。