基于虚拟仪器的整流电路的设计及基础电路实验.doc

目 录 第一章 前 言 1 1.1 虚拟仪器的发展背景 1 1.2 课题的理论与实际意义 1 1.3 设计的研究内容 2 第二章 有关软件的介绍 3 2.1 NI Multisim 11.0的介绍 3 2.2 NI LabVIEW 8.6的介绍 4 第三章 开发平台硬件组成及其工作原理 7 3.1 硬件的连接 7 3.2 平台工作站 7 3.3 开发平台保护板 8 3.4 原型实验板 8 3.5 数据采集技术 9 3.5.1 数据采集系统 9 3.5.2 NI USB-6251 DAQ的安装 9 3.5.3 数据采集卡的性能与测试 10 3.6 部件单元工作原理 14 3.6.1 DMM测量 14 3.6.2 函数发生器 16 3.6.3 阻抗分析仪 17 3.6.4 两线电流—电压分析仪 19 3.6.5 三线电流—电压分析仪 20 3.6.6 任意波形发生器/模拟输出 21 第四章 基于虚拟仪器的电路设计 23 4.1 整流电路的设计 23 4.1.1 单相半波可控整流电路 25 4.1.2 单相桥式全波可控整流电路 29 4.1.3 PWM单相桥式全波整流电路 33 4.2 集成运算放大器的基本应用---模拟运算电路 35 4.2.1 反相比例运算电路 36 4.2.2 反相加法电路 37 4.2.3 同相比例运算电路 38 4.2.4 差动放大电路（减法器） 40 4.3 高共模抑制比放大电路——仪器放大器 41 第五章 总结 45 参考文献 46 致谢 47 附录A 开发平台硬件原理图 48 第一章 前 言 1.1 虚拟仪器的发展背景 虚拟仪器是在通用计算机平台上，用户根据自己的要求在通用计算机上定义和设计仪器的测量功能。其实质是将可完成传统仪器功能的硬件和计算机软件技术充分结合起来，帮助用户实现并扩展传统仪器的功能，如数据采集、分析处理、显示与自动化。 传统的电测量只是仪表利用电磁技术将被测电磁量转换为指针的偏转角，然后通过角位移在标尺位置上读出被测量的值。 数字技术、锁相技术、取样技术、频率合成技术的出现，提高了电子测量仪器的水平，产生了如频谱分析仪、频谱合成器等最具有代表性的仪器。 20世纪70年代末期，利用GPIB通用接口总线将一台计算机和若干台电子仪器连接在一起，组成了自动测试系统。自动测试系统的出现是电子测量技术、自动控制技术及计算机密切结合的成果，真正实现了高速度、高精确度、多参数和多功能的测试。 1986年美国国家仪器公司（NI公司）设计的LabVIEW是一种图形化的编程环境，实现了虚拟仪器的概念。1987年第一台虚拟仪器由NI公司开发后，国际上从1988年开始陆续有虚拟产品面市。此后,虚拟仪器产品成倍增加，尤其最近几年得到飞速发展，其中NI公司最具有代表性，它不仅提供虚拟仪器系统所需的各种硬件产品（包括数据采集卡、各种GPIB、VXI仪器控制产品等），还为不同层次的用户提供简单方便的虚拟仪器软件，如LabVIEW、LabWindows/CVI1.2 课题的理论与实际意义 虚拟仪器是以通用计算机作为核心的硬件平台，配以相应的测试功能硬件作为信号输入/输出的接口，利用仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板和相应的功能，然后通过鼠标或键盘操作的仪器。借用一块通用的数据采集板，用户可以通过软件构造几乎所有功能的仪器，软件成了构建仪器的核心。 传统仪器开发和维护费用高, 价格较昂贵，技术更新周期长，连接的设备数量有限、功能单一、使用不便，而且其功能模块全部以硬件或固化软件的形式存在, 无论是开发还是应用, 都缺乏灵活性。 虚拟仪器改变了传统电子仪器的概念、模式和结构，用户可以自己定义仪器的功能和参数。虚拟仪器技术综合运用硬件, 以多种形式表达输出测量结果, 利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理, 利用计算机强大的软件功能来实现信号数据的运算、分析和处理, 从而完成测量功能。因为虚拟仪器可与计算机同步发展, 与网络及其它周边设备互联, 用户只需改变软件程序或软件模块的组合, 就可以不断扩展和增强测试和分析功能。 从传统仪器向虚拟仪器转变，用户可以用较少的资金，较少的系统开发和维护费用，可以用更少的时间开发出功能更强、质量更可靠的产品和系统，代表了测量仪器与自动测试系统的未来发展方向。 1.3 设计的研究内容 虚拟仪器技术目前已在工程实际和教学科研等方面的数据采集和分析中得到了广泛的应用，很多高校都建立了基于虚拟仪器的实验室。设计的题目是基于虚拟仪器技术的整流电路及基础电路的设计。 本文主要利用美国国家仪器（NI）LabVIEWELVIS虚拟仪器实验平台辅助Multisim软件对整流电路及基础电路进行