Моделирование радиоэлектронных устройств

Содержание Введение Задание 1. Преобразование °С в °F

Задание 2. Создание ВП согласно варианта Задание 3. ВП Преобразования °С в °F

Задание 4. Создание ВП Термометр Задание 5. Аналогично заданию 1.4 создать ВП, используя свой вариант Заключение Список литературы

LabVIEW (англ. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) — это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования «G» фирмы National Instruments (США). Первая версия LabVIEW была выпущена в 1986 году для Apple Macintosh, в настоящее время существуют версии для UNIX, Linux, Mac OS и пр., а наиболее развитыми и популярными являются версии для Microsoft Windows.

LabVIEW используется в системах сбора и обработки данных, а также для управления техническими объектами и технологическими процессами. Идеологически LabVIEW очень близка к SCADA-системам, но в отличие от них в большей степени ориентирована на решение задач не столько в области АСУ ТП, сколько в области АСНИ.

Графический язык программирования «G», используемый в LabVIEW, основан на архитектуре потоков данных. Последовательность выполнения операторов в таких языках определяется не порядком их следования (как в императивных языках программирования), а наличием данных на входах этих операторов. Операторы, не связанные по данным, выполняются параллельно в произвольном порядке.

Среда LabVIEW дает огромные возможности как для вычислительных работ, так и — главным образом — для построения приборов, позволяющих проводить измерения физических величин в реальных установках, лабораторных или промышленных, и осуществлять управление этими установками.

Программы, спроектированные в LabVIEW, называются виртуальными измерительными приборами, или ВП (VI), поскольку их внешний вид и функционирование имитируют реальные измерительные приборы, такие, как осциллографы и мультиметры. LabVIEW содержит полный набор инструментов для сбора, обработки, отображения и регистрации данных, а также средства, которые помогают отладить разрабатываемую программу.

LabVIEW представляет собой высокоэффективную среду графического программирования, в которой можно создавать гибкие и масштабируемые приложения измерений, управления и тестирования с минимальными временными и денежными затратами. LabVIEW сочетает в себе гибкость традиционного языка программирования с интерактивной технологией Экспресс ВП, которая включает в себя автоматическое создание кода, использование помощников при конфигурировании измерений, шаблоны приложений и настраиваемые Экспресс ВП. Благодаря этим особенностям и новички, и эксперты могут легко и быстро создавать приложения в LabVIEW. Интуитивно понятный процесс графического программирования позволяет уделять больше внимания решению проблем, связанных с измерениями и управлением, а не программированию.

Задание 1. Преобразование °С в °F

Необходимо создать ВП, который будет преобразовывать значение температуры из градусов Цельсия (°С) в температуру по Фаренгейту (°F).

Порядок выполнения работы:

1. Выбрал пункт главного меню File > New > VI, чтобы открыть новую лицевую панель.

2. Поместил цифровой элемент управления на лицевую панель. В поле собственной метки элемента управления напечатал «Град. С».

3. Поместил элемент отображения данных на лицевую панель. Он использован для отображения значений температуры в °F. В поле собственной метки элемента управления напечатала «Град. F».

Рис 1. Скриншот ВП преобразователя температуры На блок-диаграмме LabVIEW создал терминалы данных, соответствующие элементам управления и отображения.

Терминалы данных представляют тип данных соответствующих элементов. Например, терминал данных DBL представляет тип числовых данных двойной точности с плавающей запятой.

Блок-диаграмма

4. Перешел на блок-диаграмму, выбрав пункты главного меню Window > Show Diagram.

5. Создаем блок-диаграмму, показанную ниже:

Рис 2. Скриншот блок-диаграммы ВП преобразователя.

6. Выбрал функцию Multiply (Умножение) из палитры Функций в разделе Functions > Numeric (Арифметические функции). Поместил ее на блок-диаграмму.

7. Выбрал функцию Add (Сложение) из палитры Функций в разделе Functions > Numeric (Арифметические функции). Поместил ее на блок-диаграмму.

8. Выбрал числовую константу из палитры Функций в разделе Functions > Numeric (Арифметические функции).

Поместил две числовые константы на блок-диаграмму. После размещения числовой константы на блок-диаграмме поле ввода ее значений подсвечивается и готово для редактирования. Одной константе присвоил значение 1,6; другой 32.

9. Соединил объекты блок-диаграммы с помощью инструмента СОЕДИНЕНИЕ.

10. Перешел на лицевую панель, выбрав в главном меню пункт Window > Show Panel.

11. Запустил ВП. После того как убедился в его работоспособности, сохраняем ВП, он будет использоваться позднее.

Задание 2. Создание ВП согласно варианта

Порядок выполнения работы:

1. На лицевой панели главного меню нажал File > New > VI, чтобы открыть новую лицевую панель.

2. Поместил два цифровых элемента управления на лицевую панель. В поле собственных меток элемента управления печатаем «Масса» и «Время».

3. Поместил элемент отображения данных на лицевую панель. Он использован для отображения расхода массы. В поле собственной метки элемента управления напечатал «Расход массы».

Рис 3. Скриншот ВП преобразователя расхода массы На блок-диаграмме LabVIEW создал терминалы данных, соответствующие элементам управления и отображения.

Блок-диаграмма

4. Перешел на блок-диаграмму, выбрав пункты главного меню Window > Show Diagram.

5. Создал блок-диаграмму, показанную ниже:

Рис 4. Скриншот блок-диаграммы ВП преобразователя.

6. Выбрал функцию Divide (Деление) из палитры Функций в разделе Functions > Numeric (Арифметические функции). Поместил ее на блок-диаграмму.

7. Соединил объекты блок-диаграммы.

8. Перешел на лицевую панель, выбрав в главном меню пункт Window > Show Panel.

9. Запустил ВП. После того как убедился в его работоспособности, сохранил ВП, он будет использоваться позднее.

Задание 3. ВП Преобразования °С в °F

Ниже представлена последовательность действий по созданию иконки и настройке соединительной панели для созданного ВП, который переводит значение измеренной температуры из градусов Цельсия в градусы по Фаренгейту.

Порядок выполнения работ:

1. Открыл файл с ранее созданным ВП Преобразование С в F.

Иконка и соединительная панель

2. Щелкнул правой кнопкой мыши по иконке ВП и в контекстном меню выбрал пункт Edit Icon (Редактирование иконки). Появилось диалоговое окно редактора иконки Icon Editor.

3. Дважды щелкнул правой кнопкой мыши по инструменту выбор.

4. Нажав кнопку, очистил область редактирования иконки.

5. Дважды щелкнул по инструменту прямоугольник, чтобы обвести область редактирования границей выбранного цвета.

6. Создал следующую иконку:

Рис5. Скриншот созданной иконки.

а) ввел текст инструментом ВВОД ТЕКСТА ;

б) напечатал «С» и «F»;

в) для выбора размера шрифта дважды щелкнул левой кнопкой мыши по инструменту ввод текста;

г) чтобы нарисовать стрелку, использовал инструмент карандаш;

д) для передвижения текста и стрелки по полю редактирования иконки использовал инструмент выбор и стрелки на клавиатуре;

е) в разделе Copy from (Копировать из) выбрал В & W (черно-белую) иконку и 256 Colors (256-цветный режим) для создания черно-белой иконки, которую LabVIEW использует в случае отсутствия цветного принтера;

ж) в разделе Copy from (Копировать из) выбрал 16 Colors и 256 Colors;

з) после завершения редактирования иконки нажал кнопку ОК и закрыл Icon Editor. Новая иконка появилась в правом верхнем углу обеих панелей.

7. Перешел на лицевую панель, щелкнул правой кнопкой мыши на иконке и выбрал пункт Show Connector (Показать поля ввода/вывода данных) из контекстного меню. Количество отображаемых LabVIEW полей ввода/вывода данных соответствует количеству элементов на лицевой панели. Например, лицевая панель этого ВП имеет два элемента Град С и Град F, и LabVIEW выводит в соединительной панели два поля.

8. Элементам управления и отображения данных назначил соответственно поля ввода и вывода данных.

9. Выбрал пункт главного меню File > Save. Сохранил ВП под именем Преобразование С в F.vi.

10. Выбрал пункт главного меню File > Close. Закрыл ВП.

Задание 4. Создание ВП Термометр Ниже приведена последовательность действий для создания ВП, который измеряет температуру и отображает значение температуры в градусах Цельсия или температуру по Фаренгейту.

Порядок выполнения:

1. Создал элемент отображения данных температуры, как показано ниже:

Рис 6. Скриншот лицевой панели термометра.

а) выбрал элемент отображения данных, расположенный на палитре Controls в разделе Numeric (Числовые элементы);

б) напечатал «Температура» внутри собственной метки;

в) щелкнул правой кнопкой мыши по элементу и выбрал пункт контекстного меню Visible Items (Отображаемые элементы), Digital Display (Цифровой индикатор) .

2. Создал элемент управления в виде вертикального переключателя:

а) выбрал вертикальный переключатель, расположенный в палитре Controls раздела Boolean (Логические элементы);

б) ввел имя собственной метки переключателя Масштаб шкалы;

в) используя инструмент ВВОД ТЕКСТА, создал на лицевой панели свободную метку °С;

г) с помощью инструмента ВВОД ТЕКСТА создал на лицевой панели свободную метку °F.

3. Создал описание ВП, которое появляется в окне контекстной справки Context Help после наведения курсора на иконку ВП:

a) выбрал пункт главного меню File > VI Properties;

б) выбрал пункт Documentation (Описание) в разделе Category (Категория) из выпадающего меню;

в) в поле ввода текста напечатал следующее:

Этот ВП измеряет температуру, используя ВП Demo Read Voltage VI.

4. Создал описание элементов управления и отображения данных, которое появляется в окне контекстной справки Context Help после наведения на них курсора:

a) щелкнул правой кнопкой мыши по элементу отображения и выбрала пункт контекстного меню Description and Tip (Описание и предупреждения);

б) в поле ввода текста напечатал следующее:

Выводит на экран значения измеренной температуры;

в) ввел в поле Tip значение Температура;

г) нажал кнопку ОК;

д) щелкнул правой кнопкой мыши по элементу управления и выбрал пункт контекстного меню Description and Tip (Описание и предупреждения);

е) в поле ввода текста напечатал следующее:

Определяет шкалу (по Фаренгейту или Цельсию), используемую для измерения температуры;

ж) ввел в поле Tip значение шкала — °С или °F и нажал кнопку ОК.

5. Отобразил окно контекстной справки Context Help, которое доступно из пункта главного меню Help > Show Context Help.

6. Навел курсор на один из объектов для просмотра описания их работы в окне Context Help.

Блок-диаграмма

7. Перешел на блок-диаграмму, выбрав Window > Show Diagram.

8. Создал блок-диаграмму, показанную ниже.

Рис 7. Скриншот блок-диаграммы термометра.

Вместо ВП Demo Read Voltage VI я создал ВП, на основе random, который также генерирует случайные числа для отображения той или иной температуры в зависимости от логического переключателя.

Рис 8. Скриншот блок-диаграммы ВП на основе random.

Выбрал функцию Multiply (Умножение), расположенную в палитре Functions > Numeric.

В палитре Functions (Функций) в разделе Select a VI (Выбор ВП) выбрал ВП Преобразование °С в °F, созданный в задании 3.1. Поместил его на блок-диаграмму. Этот ВП переведет градусы Цельсия в градусы Фаренгейта.

Выбрал функцию Select (Выбор), расположенную в палитре Functions > Comparison. Эта функция выдает значения °С или °F в зависимости от состояния переключателя Масштаб шкалы.

12. Создал иконку, показанную ниже, чтобы использовать ВП в качестве подпрограммы.

Рис 9. Скриншот иконки ВП термометра.

13. Элементам управления и отображения данных поставил в соответствие поля ввода и вывода данных, щелкнув правой кнопкой мыши по иконке и выбрав пункт контекстного меню Show Connector (Показать поля ввода/вывода данных).

14. Сохранил ВП под именем Термометр, он будет использоваться позднее.

15. Закрыл ВП, выбрав пункт главного меню File > Close.

Задание 5. Аналогично заданию 1.4 создать ВП, используя свой вариант Аналогично заданию 1.4 создать ВП, используя в качестве подпрограммы прибор, созданный в задании 1.2

Задание 1.4. Создание ВП Термометр.

Ниже приведена последовательность действий для создания ВП, который измеряет массу и отображает значение расхода массы.

Порядок выполнения:

1. Создал элемент отображения данных расхода массы, как показано ниже:

Рис 10. Скриншот лицевой панели ВП

2. Создал элемент управления в виде вертикального переключателя:

3. Создал описание ВП, которое появляется в окне контекстной справки Context Help после наведения курсора на иконку ВП:

4. Создал описание элементов управления и отображения данных, которое появляется в окне контекстной справки Context Help после наведения на них курсора:

5. Отобразил окно контекстной справки Context Help, которое доступно из пункта главного меню Help > Show Context Help.

6. Навел курсор на один из объектов для просмотра описания их работы в окне Context Help.

Блок-диаграмма

7. Перешел на блок-диаграмму, выбрав Window > Show Diagram.

8. Создал блок-диаграмму, показанную ниже.

Рис11. Скриншот блок-диаграммы ВП Вместо ВП Demo Read Voltage VI создал ВП, на основе random, который также генерирует случайные числа для отображения той или иной температуры в зависимости от логического переключателя.

Рис12. Скриншот блок-диаграммы ВП на основе random.

9. Сохранила ВП.

Заключение

В ходе выполнения расчетно-графической-работы были изучены основы работы в среде LabView. Были выполнены задания согласно заданному варианту, которые заключались в переводе одних физических величин в другие, также был создан виртуальный прибор, который использовался в качестве виртуального подприбора. На основе созданного подприбора, в последнем задании был смоделирован термометр, который преобразует входную величину, в заданную вариантом физическую величину.

Список литературы

виртуальный измерительный прибор

1 Бутырин П. А., Васьковская Т. Ф., Каратаев В. В., Материкин С. В. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 (30 лекций) / Под ред. П. А. Бутырина. — М.: ДМК Пресс, 2014. — 265 с.

2 Трэвис Д., Кринг Д. LabVIEW для всех — М.: ДМК Пресс, 2011 — 904 с.

3 Замолодчиков В. Н. Моделирование радиотехнических устройств в среде LabVIEW: методическое пособие по курсам «Информационные технологии», «Компьютерные методы анализа цепей». — М.: Издательский дом МЭИ, 2008.

4 Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. Практическое руководство для работы в программной среде LabVIEW. — М.: ДМК Пресс, 2007. — 400 с.

5 Богатырёв Е. А., Гребенко Ю. А., Лишак М. Ю. Схемотехническое моделирование радио-электронных устройств. Лабораторные работы № 1−7: учебное пособие. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007.

6 Суранов А. Я. LabVIEW 7: справочник по функциям — М., ДМК Пресс, 2005. — 512 с. (2 экз.).