Лабораторная работа 2
МОДЕЛИРОВАНИЕ В СРЕДЕ «LabVIEW»
Учебные цели:
1. Ознакомиться с методикой моделирования в среде «LabVIEW».
2. Привить умения исследования свойств сигналов путём моделирования в среде «LabVIEW».
3. Научиться создавать виртуальные приборы: генератор аналоговых сигналов, осциллограф, генератор импульсных сигналов, вольтметр, анализатор спектра и др.
Указания по выполнению работы
Для примера рассмотрим создание модели лабораторной установки для исследования спектров сигналов. Процесс моделирования будем вести пошагово с разъяснением каждого шага.
Шаг 1. Сначала желательно нарисовать на бумаге структурную схему создаваемой лабораторной установки в традиционном понимании. Это позволит избежать многих ошибок и облегчит процесс создания модели. В качестве источника сигнала будем использовать функциональный генератор, наблюдать форму сигналов будем с помощью осциллографа, а спектральный состав сигналов будем наблюдать с помощью анализатора спектра.
Для нашего случая структурную схему лабораторной установки можно представить в виде рис. 2.1.
Рис. 2.1. Структурная схема лабораторной установки
Шаг 2. Программа моделирования запускается путём выбора из меню «Приложения» ярлыка «LabVIEW 8.6» (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Ярлык приложения
После запуска программы на экране ПЭВМ появится изображение меню, панели инструментов и окна схемы, как показано на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Рабочее окно программы
Непосредственно под строкой меню расположены группы мнемокнопок (слева направо):
– стандартная панель;
– панель «View»;
– основная панель.
Правее основной панели расположено окно популярного списка.
Ниже расположены мнемокнопки панелей компонентов и графического оформления.
Основное место на экране монитора занимает окно схемы. Справа от него вертикально расположены мнемокнопки панели инструментов.
Пользователь может добавлять файлы в папки открытого проекта, изменить доступ к файлам и создать архив проекта.
Предназначение любой из мнемокнопок можно выяснить, подведя к ней курсор.
Входные параметры задаются при помощи приборов из палитры Numeric на лицевой панели прибора (рис. 2.4 и 2.5).
Рис. 2.4. Палитра «Modern»
|
Рис. 2.5. Палитра «Numeric»
|
Рассмотрим основные виды приборов, задающих входные значения.
Numeric control имеет вид, показанный на рис. 2.6.
Рис. 2.6. «Numeric Control»
При помощи стрелок вверх и вниз можно задавать цифровые значения, так же можно вписать вручную значение.
Прибор «Knob» имеет вид, показанный на рис. 2.7.
Рис. 2.7. Прибор «Knob»
Регулировать значения можно поворотом рычага, максимально возможное значение меняется вручную (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Изменение значения прибора «Knob»
Прибор «Dial» – аналогичен ранее рассмотренному прибору, отличается только внешним оформлением (рис. 2.9). Прибор «Slide» – представлен на рис. 2.10.
Рис. 2.9. Прибор «Dial»
|
Рис. 2.10. Прибор «Slide»
|
Изменение значений аналогично рассмотренным ранее приборам «Knob» и «Dial».
Данные приборы можно найти на разных палитрах, отличия будут только в визуальном оформлении, например, они расположены на палитрах «System», «Classic», «Express» (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Палитры «System» (а), «Classic» (б), «Express» (в)
Выходные параметры в лабораторных работах будут задаваться при помощи графиков, являющихся осциллографами, при подключении к необходимым приборам. Графики расположены в палитре «Graph» (рис. 2.12).
Рис. 2.12. Палитра «Graph»
После добавления на лицевую панель прибора окно графика будет иметь вид, представленный на рис. 2.13.
Рис. 2.13. Вид окна графика на лицевой панели VI
Внешний вид графика можно менять, растягивая необходимые поля, так же увеличение или уменьшение возможно изменением числовых значений на осях абсцисс и ординат (рис. 2.14).
Рис. 2.14. Изменение масштаба по оси абсцисс
Рассмотрим генераторы, используемые в лабораторных работах. Они расположены на панели блок-диаграмм создаваемого прибора, в палитре «Signal Processing» (рис. 2.15).
Рис. 2.15. Палитра «Signal Processing»
Генераторы различных форм сигналов расположены в палитре «Waveform Generators» (рис. 2.16, а) ,«Signal Generators» (рис. 2.16, б).
а)
|
б)
|
Рис. 2.16. Палитры «Waveform Generators» (а), «Signal Generators» (б)
Фильтры расположены в палитре «Filter» и палитре «Signal Analysis» (рис. 2.17).
а)
|
б)
|
Рис. 2.17. Палитры «Filter» (а) и «Signal Analysis» (б)
Анализаторы спектра расположены в палитре «Spectral Analysis», представленной на рис. 2.18.
Рис. 2.18. Палитра «Spectral Analysis»
Для создания амплитудной и фазовой модуляции потребуется математический прибор «Formula», расположенный в палитре «Arithmetic & Comprarison», показанный на рис. 2.19.
Рис. 2.19. Математический прибор «Formula»
Для дополнительных операций с сигналами нам потребуется палитра на панели блок-диаграммы «Numeric», вид этой палитры представлен на рис. 2.20.
Рис. 2.20. Палитра на панели блок-диаграммы «Numeric»
Рассмотрим необходимые для выполнения лабораторных работ генераторы сигналов в среде «LabVIEW»:
– Sine Waveform (рис. 2.21, а);
– Basic Function Generator (рис. 2.21, б);
– Square Waveform (рис. 2.21, в);
– Simulate Signal (рис. 2.21, г);
– Pulse Pattern (рис. 2.21, д).
Рис. 2.21. Генераторы сигналов в среде «LabVIEW»
Основные параметры, такие как: амплитуда, частота, фаза можно задавать при помощи входных значений. Дополнительные параметры генераторов можно изменить в меню генератора (которое вызывается двойным щелчком мыши по генератору).
Шаг 3. Для создания модели лабораторной установки, например, изображённой на рис. 2.1, необходимо отыскать на панели инструментов мнемокнопку с соответствующим прибором и просто дважды щёлкнуть по ней левой кнопкой мыши. Затем необходимо переместить виртуальный прибор в нужное место окна схемы, для чего подвести к нему курсор, нажать левую кнопку мыши, перетащить прибор, после чего отпустить кнопку мыши.
Для имитации соединения приборов проводниками достаточно просто подвести курсор к выходу прибора, нажать левую кнопку мыши, затем, не отпуская кнопку, переместить курсор в точку подключения проводника на другом приборе и дважды щёлкнуть кнопкой.
Шаг 4. Для добавления генератора аналоговых сигналов необходимо на окне «Block Diagram» выбрать панель «Functions»\«Signal Processing»\«Waveform Generation»\«Sine Waveform».
Для добавления осциллографа необходимо перейти на окно «Front Panel»\«Controls»\«Modern»\«Graph»\«Waveform Graph».
Для добавления анализатора спектра «Block Diagram» выбрать панель «Functions»\«Signal Processing»\«Spectral analysis»\«Auto Power Spectrum».
Прежде чем приступить к работе с созданной моделью, необходимо настроить параметры виртуальных приборов.
Шаг 5. Для изменения параметров входного сигнала необходимо добавить три мнемокнопки, задающие их частоту, амплитуду и фазу. Для этого следует перейти на окно «Front Panel»\«Controls»\«Modern»\«Numeric»\«Knob».
Шаг 6. Соединить все элементы схемы так, как показано на рис. 2.22.
Рис. 2.22. Схема виртуального прибора
Шаг 7. Запустить процесс моделирования, нажав на основной панели вкладку меню «Operate»/«Run».
После запуска рабочее окно программы должно выглядеть как показано на рис. 2.23.
Рис. 2.23. Рабочее окно смоделированного процесса
Шаг 8. Снимите показания с осциллографов для разных значений частот и амплитуд. Данные занесите в табл. 2.1.
2.1. Показания осциллографов
Шаг 9. Импортировать результаты моделирования в графический редактор Paint и сохранить их в формате jpg на съёмном носителе.
Шаг 10. Собрать самостоятельно схему для увеличения амплитуды аналогового сигнала в 2 раза (сложить два одинаковых сигнала с помощью оператора сложения изображенного на рис. 2.20).
1. Изменить форму синусоидального сигнала на форму косинусоидального сигнала (изменить фазу синусоидального сигнала на 90 градусов).
2. Добавить «functions»\«express»\«arithmetic&comparison»\«Formula»; подать на входы два аналоговых сигнала; на выход осциллографа; переименовать переменную «X1» в переменную «S1», «X2» в «S2»; реализовать сложение двух сигналов.
3. Построить спектрограмму аналогового сигнала, где:
– амплитуда равна 10 V;
– частота – 20 Hz;
– фаза – 45 градусов.
4. Вывести два аналоговых сигнала на один осциллограф. Для этого необходимо добавить массив «Block Diagram»\«Functions»\«Programming»\«Array»\«Build Array». Добавить еще один вход можно нажав правую кнопку мыши, выбрать команду «Add Input». Соединить аналоговые сигналы с входами массива, а осциллограф с его выходом.
5. Рассмотреть способ задания сигнала, используя его функциональный вид. Для этого выберем функциональный генератор «Block Diagram»\«Functions»\«Signal Processing»\«Waveform Generation»\«Formula Waveform», так же потребуется создать текстовое поле для задания формулы сигнала «Front Panel»\«Controls»\«Modern»\«String & Path»\«String». Формула сигнала будет иметь вид
Параметры амплитуды и частоты вводятся при помощи входных значений.
Содержание отчёта по лабораторной работе
1. Название лабораторной работы.
2. Структурная схема лабораторной установки.
3. Скриншот шага 3 – модель лабораторной установки.
4. Таблица 2.1 с осциллограммами сигналов.
5. Скриншоты шага 10 – результаты самостоятельного моделирования.
6. Выводы по выполненной лабораторной работе.
Контрольные вопросы
1. Пользуясь рис. 2.3, назовите основные группы мнемокнопок, расположенных над окном схемы и справа от него.
2. Перечислите основные действия, необходимые для создания модели лабораторной установки из виртуальных приборов.
3. Поясните процессы моделирования, просмотра и сохранения результатов.
|