基于LebVIEW的李萨如图形模拟实验

基于LebVIEW的李萨如图形模拟实验万广苗（山东建筑大学理学院济南250101）摘要：应用一种新型的计算机测控系统的软件开发平台LabVIEW,设计简单的虚拟仪器进行李萨茹图形模拟实验。关键词：LabVIEW；虚拟仪器；李萨如图形现代科技的发展日新月异，计算机技术则尤为如此。计算机强大的处理能力，使得它成为一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。如何利用先进的计算机技术提高效率则成为该领域迫切需要解决的问题。1986年，美国NI公司（NationInstrument）提出了虚拟仪器的概念，提出了软件即仪器的口号，彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起仪器和自动化工业的一场革命。1.虚拟仪器简介虚拟仪器（virtualinstrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器广泛的应用于电子测量、化学工程、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断、以及教学科研等诸多领域。随着计算机的发展，各种有关软件不断诞生，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。2.LabVIEW简介LabVIEW是一个程序开发环境。LabVIEW的特点在于，它使用图形化编程语言G在流程图中创建源程序，而非使用基于文本的语言来产生源程序代码。LabVIEW还整合了与诸如满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485以及数据采集卡等硬件通讯的全部功能。内置了便于TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。虽然LabVIEW是一个通用编程系统，但是它也包含为数据采集和仪器控制特别设计的函数库和开发工具。LabVIEW程序被称为虚拟仪器（VIs），是因为它们的外观和操作能模仿实际的仪器。由于LabVIEW所使用的术语、图标和概念都是技术人员、科学家、工程师所熟悉的，故而即使用户没有多少编程经验，同样也能利用LabVIEW来开发自己的应用程序。3.模拟李萨如图形本实验是用LabVIEW软件根据示波器原理模拟“李萨如图形”。如果在示波器的X和Y偏转板上分别输入两个正弦电压信号，且它们的频率比值为简单整数，荧光屏上亮点的轨迹就为一稳定的闭合图形，他们是两个相互垂直的简谐运动合并的结果，该稳定闭合的图形成为李萨如图形。李萨如图的图形与频率比和两信号的相位差都有关系，但李萨如图与两信号的频率比有如下简单的关系：nnffYXXY。其中，nX和nY分别是李萨如图的外切水平线的切点和外切垂直线的切点数。因此，如果fX和fY中有一个已知且观察它们形成的李萨如图，得到外切水平线和外切垂直线的切点数之比，即可测出另一个信号的频率。【1】4.实验步骤（1）观察水平信号、竖直信号和李萨茹图形的形状填充色为蓝色的滑动杆控制水平信号，填充色为黄色的滑动杆控制竖直信号，可以调节两信号的振幅和频率，其中水平信号的频率由粗调滑动杆和微调滑动杆联合调节。用户可以根据实际需要，改变微调滑动杆后数值输入控件中数值的大小来调整微调的精度。由于软件的原因，两信号的频率不能超过500Hz。通过调节水平信号的频率使李萨如图形稳定下来。观察此时水平信号和竖直信号的波形以及李萨如图形的形状。（2）记录李萨如图形稳定状态下的数据在李萨如图形稳定的状态下，点击“记录数据”按钮，可记录当时的“水平信号理论频率”“水平信号测量频率”“竖直信号测量频率”“竖直方向与水平方向切点数比”“水平信号误差”。（3）计算水平信号和竖直信号的频率比约为1时两信号的相位差当水平信号与竖直信号的频率比约为1时，李萨如图形为椭圆，调节水平信号的频率，使李萨如图形稳定。此时，由椭圆在Y轴方向上的最大投影B和在Y轴上的截距b，可得两信号此时的相位差（Bbarcsinψ）。B即此时扫描信号的振幅，b可由实验者从图中读取，并通过调节旋钮“椭圆在Y轴上的截距b”得出此时两信号的相位差。当两信号的频率比不是1时，调节旋钮“椭圆在Y轴上的截距b”不起作用，不能得到两信号的相位差。图1前面板图2程序框图5.误差分析以竖直信号的频率为准，调节水平信号的频率，使两者成简单整数比时，无法使水平信号完全达到标准，或多或少存在着误差。当两信号的频率比约为1时，通过调节旋钮（椭圆在Y轴上的截距b）得到的数据与实际截距之间也存在着误差。6．结束语本次实验有几个地方不尽人意。如求得的实验误差过小，与事实不符，这是由虚拟仪器的高灵敏度造成的；信号的频率不能超过500Hz，否则程序将不能运行等。LabVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。7.参考文献【1】谭金凤、许福运、张慧军主编，大学物理实验【M】，北京：北京邮电大学出版社，2006，第86页RuLissajousgraphicsSimulationExperimentbaseonLebviewWanGuangmiao(schoolofscience,ShandongJianzhuUniveisity,jinan,250101)Abstract:ApplicationofanewtypeofcomputermeasurementandcontrolsystemsoftwaredevelopmentplatformforLabVIEW,thedesignofasimplevirtualinstrumentRuLissajousgraphicssimulation.Keywords:LabVIEW;virtualinstrument;RuLissajousgraphics