基于labview的虛擬數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(參考版)
2024-09-02 12:03本頁面
【正文】 參考文獻(xiàn) [1] 王海云，周淑萍．?dāng)?shù)字信號(hào)處理課程與虛擬儀器 [J]．高等理科教育， 2020(3)：112— 114． [2] 劉燦濤，趙偉，侯國屏．基于虛擬儀器的電工教學(xué)實(shí)驗(yàn) [J]。 虛擬儀器作為教學(xué)的新手段，肯定會(huì)慢慢地走進(jìn)電子技術(shù)的課堂和實(shí)驗(yàn)室，改變著電子技術(shù)教學(xué)的傳統(tǒng)模式，這是現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的必然。 本設(shè)計(jì)運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)用的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)性能，打破了以往由教學(xué)儀器限定實(shí)驗(yàn)的模式，使得 實(shí)驗(yàn)過程操作簡(jiǎn)單，只需點(diǎn)擊相應(yīng)的功能菜單即可，使用者通過操作得出相應(yīng)菜單功能，可以進(jìn)一步探索創(chuàng)新， 根據(jù)自己的需要更改和重新定義儀器的功能。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)理論知識(shí)的基礎(chǔ)是數(shù)字電子技術(shù)，而虛擬儀器的基本思想和LabVIEW開發(fā)平臺(tái)則是程序開發(fā)設(shè)計(jì)過程中有力的工具。無論是測(cè)量、測(cè)試、計(jì)量或是工業(yè)過程控制和分析處理 ，還是涉及其它更為廣泛的測(cè)控領(lǐng)域，選用虛擬儀器都是理想的解決方案。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 總 結(jié) 本文從虛擬儀器的起源、發(fā)展入手，簡(jiǎn)單介紹虛擬 儀器的功能，全面的介紹了虛擬儀器設(shè)計(jì)技術(shù)。 圖 時(shí)鐘程序框圖 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 秒表計(jì)數(shù)器程序框圖 顯示結(jié)果如圖 所示： 圖 秒表計(jì)數(shù)器顯示 本設(shè)計(jì)通過虛擬儀器技術(shù)并利用 LabVIEW 平臺(tái)最終實(shí)現(xiàn)了數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的大部分功能，如加數(shù)器、減數(shù)器、秒表計(jì)時(shí)器等。操作簡(jiǎn)單，易于使用。在沙漏中，是通過沙子從一個(gè)雙頭玻璃容器中漏落下來來指示時(shí)間的 。但在長達(dá)幾千年的時(shí)間里，根本就沒有任何測(cè)定時(shí)間的精確方法。 時(shí)鐘及秒表計(jì)時(shí)器 人類的計(jì)時(shí)器已有幾千年歷史 。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮 ，已形成我們眼睛看到的字樣。 七段 LED 數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的。 led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于 3位 “+1” 型。 LabVIEW 程序框圖，如圖 所示 ： 圖 信號(hào)發(fā)生器程序框圖 前面板如圖 所示： 圖 信號(hào)發(fā)生器程序框圖 在此信號(hào)發(fā)生器中可以選擇正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形，并且可大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 改變信號(hào)波形的振幅和頻率，以此可以觀察出波形變化的情況，這樣一目了然，清晰易懂。各種波形曲線 均可以用三角函數(shù)方程式來表示。按信號(hào)波形可分為正弦信號(hào)、函數(shù)（波形）信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。 因?yàn)殡p向同步計(jì)數(shù)器是基于 JK 觸發(fā)器做成的，其中部分電路是 JK 觸發(fā)器，所以可以利用 LabVIEW 中子 VI 的功能將 JK 觸發(fā)器打包成一個(gè)子程序，作為 VI模塊調(diào)用。 如程序圖 所示的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)中，通過控制 UP/DOWN 鍵，當(dāng) UP/DOWN鍵為 1 時(shí)，隨著計(jì)數(shù)脈沖的不斷輸入而作遞增計(jì)數(shù)；當(dāng) UP/DOWN 鍵為 0時(shí)，隨著計(jì)數(shù)脈沖的不斷輸入而作遞減計(jì)數(shù)。它的主要特點(diǎn)是： ①一般地說，這種計(jì)數(shù)器除了輸入計(jì)數(shù)脈沖 CP 信號(hào)外，很少有另外的輸入信號(hào)，其輸出通常也都是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，是一種 Moore 型的時(shí)序電路，而輸入計(jì)數(shù)脈沖 CP 是當(dāng)作觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)待的。 JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為 Qn+1 ＝ J/Qn＋ /KQn， JK 觸發(fā)器常被用作緩沖存儲(chǔ)器，移位寄存器和計(jì)數(shù)器。 RS 端均無效時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。 圖 RS觸發(fā)器邏輯電路 R 端無效 (1)， S 端有效時(shí) (0)，則 Q=1,Q 非 =0,觸發(fā)器置 1。 輸入 輸 出 D A1 A0 Y D0 0 0 D0 D1 0 1 D1 D2 1 0 D2 D3 1 1 D3 表 數(shù)據(jù)選擇器 根據(jù)其邏輯關(guān)系用 LabVIEW 編寫程序框圖，如圖 所示 ： 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 數(shù)據(jù)選擇器程序框圖 前面板如圖 所示： 圖 數(shù)據(jù)選擇器 二、 時(shí)序邏輯電路實(shí)驗(yàn) RS 觸發(fā)器 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 把兩個(gè)與非門 G G2 的輸入、輸出端交叉連接，即可構(gòu)成基本 RS 觸發(fā)器，其邏輯電路如圖所示。 表 是 4選 1數(shù)據(jù)選擇器，輸入信號(hào)： 4路數(shù)據(jù)，用 D0、 D D D3 表示；兩個(gè)選擇控制信號(hào)，用 A0、 A1 表示。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 表 是 3位二進(jìn)制譯碼器的真值表，輸入是 3 位二進(jìn)制代碼 A A A0，輸出是其狀態(tài)譯碼 Y0～ Y7。根據(jù)需要，輸出信號(hào)可以是脈沖，也可以是高電平或者低電平。 全減器真值 如表 所示 ：其中 A 和 B 表示二進(jìn)制數(shù)的第 i 位， S 表示本位最終運(yùn)算結(jié)果，即就是低位向本位借位或本位向高位借位之后的最終結(jié)果， Ci 表示低位是否向本位借位， Co 表示本位是否向高位借位。如果用 A、 B 代表兩個(gè)數(shù)中的第 i 位，用Ci 表示來自低位的進(jìn)位，用 S 表示全加和，用 Co 表示送給高位的進(jìn)位 [6， 7]，那么得出真值表為如表 所示： A B Ci S Co 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 表 全加器 根據(jù)其邏輯關(guān)系用 LabVIEW 編寫程序框圖，如圖 ： 圖 全加器程序框圖 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 前面板如下： 圖 全加器前面板 全減器 全減器是兩個(gè)二進(jìn)制的數(shù)進(jìn)行減法運(yùn)算時(shí)使用的一種運(yùn)算單元。而且還可以運(yùn)用 LabVIEW 中程序執(zhí)行過程的 “ 高亮度單步執(zhí)行 ” 模式充分地觀察到信號(hào)的動(dòng)態(tài)流程和邏輯電路的運(yùn)算過程 。就信號(hào)的輸入 /輸出來說， LabVIEW 亦提供了豐富的輸入控件和輸出控件，如各種形式的開關(guān)、按鈕、指示燈、波形顯示器等等，這些 “ 器件 ” 可直接用簡(jiǎn)單的拖動(dòng)方式拖放到相應(yīng)位置即可使用 [6]。在 LabVIEW的函數(shù)選板中，既包含了大量專用的信號(hào)處理、信號(hào)運(yùn)算等圖標(biāo)，也包含了各種數(shù)值運(yùn)算、邏輯運(yùn)算的基本 VI 圖標(biāo)。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 三、 LabVIEW中的數(shù)字電路技術(shù) LabVIEW 具有典型的圖形化語言風(fēng)格，其程序的編制過程就是將不同的圖標(biāo)進(jìn)行選擇、組合并連線的過程。 圖 LabVIEW前面板 框圖編程：在 LabVIEW 的框圖編輯窗口內(nèi)，利用工具模板和函數(shù)模板進(jìn)行方框圖編程。 總體設(shè)計(jì)：根據(jù)用戶需求，進(jìn)行 VI 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定面板布局與程序流程，并保證所使用的虛擬儀器硬件在 LabVIEW 函數(shù)庫中有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。 Learning 目錄：該目錄包含有使用本書所需的 VI庫。 目錄：用戶創(chuàng)建的 VI 保存于
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