基于LabVIEW-Multisim的低频虚拟实验室设计与实现
作者 : 未知

  关键词: 虚拟实验室; LabVIEW; Multisim; 低频电路; 联合仿真; 实验教学
  中图分类号: TN722.1+1?34; TN710.2; G484           文献标识码: A          文章编号: 1004?373X(2019)06?0072?04
  Abstract: The real?time data interaction can be achieved by using the HS/BC interface between the external model and the Multisim circuit simulation tool in the control design and simulation module of the LabVIEW graphical programming language. Accordingly, a virtual simulation experiment system is constructed by means of the joint simulation of LabVIEW and Multisim, which can realize effective combination of the model establishment, simulation verification of the theoretical principle, and engineering implementation of the communication system. The low?frequency virtual simulation experiments of the RC single?tube coupled amplifier, differential amplifier, integrated voltage?stabilized power supply, and integrated operational amplifier were designed and implemented by means of the LabVIEW and Multisim. The restults show that the modularized and platform?based design for the low?frequency virtual simulation laboratory can reduce the time period and workload of the design development, and improve the development efficiency; the application of the low?frequency virtual simulation laboratory can let students conduct comprehensive development experiments, stimulate their scientific research interest, improve students′ practical abilities, and promote the development of the experimental teaching.
  Keywords: virtual laboratory; LabVIEW; Multisim; low frequency circuit; joint simulation; experimental teaching 0  引  言
  目前,高校中普遍存在学生基数大、实验仪器设备相对不足的问题,严重制约着学生综合性、创新性实践能力的提升。此外,目前进行综合开发实验的实验条件尚有欠缺,学生在设计能力方面的提升受到限制。通过新的实验技术手段完成实验,一直是实验室建设的热点问题。
  NI公司的LabVIEW和Multisim[1]可以进行系统级的联合仿真,并在LabVIEW中控制设计与仿真模块中使用外部模型与Multisim的HS/BC接口完成实时数据交互[2]。
  基于LabVIEW图形化编程语言,文献[3]实现了模拟电路中的典型RC耦合共发射极放大电路的实验教学平台设计。文献[4]基于LabVIEW?Multisim的联合仿真,实现了虚拟电子实验系统,并利用LabVIEW设计了数字电路实验。基于LabVIEW?Multisim的联合仿真,文献[5]实现了比例运算电路等模拟电路实验虚拟仿真平台的设计。然而,以上文献仅是针对一些特定模拟电路实验进行的设计,设计系统化、综合化的虚拟仿真实验室是十分必要的。
  利用LabVIEW与Multisim联合设计的低频虚拟仿真实验室采用模块化加平台化设计,开发的时间周期得以缩短,工作量得以减少,开发效率得到提升。另一方面,低频虚拟实验室可以解决高校中存在的学生基数大、实验仪器设备相对不足、实际硬件电路相对复杂、测试仪器使用相对复杂的问题。此外,学生可以进行综合开发实验,激发科研兴趣,提高学生的实践能力,推动实验教学的发展。 1  LabVIEW?Multisim联合仿真原理
  低频虚拟实验室实现RC单管耦合放大器、差动放大器、集成稳压电源与集成运算放大器等低频虚拟仿真实验项目。此外,提供用户登录等辅助功能。LabVIEW中各个实验项目以子VI的形式嵌入虚拟实验室中。主界面中有相应的按钮分别连接各个子VI,通过程序控制将各个实验项目对应的子VI载入。为了实现LabVIEW与Multisim之间的交互仿真,在LabVIEW程序框图中添加控制设计与仿真模块中的控制与仿真循环,配置仿真参数,然后将Multisim Design VI放入仿真循环中。在程序框图中创建仿真时间波形函数,将Multisim Design VI中的输入/输出电压接口通过数组与仿真时间波形函数相连,从而实现输入/输出波形的显示[6]。   通过LabVIEW输入控件可以改变Multisim仿真模型中压控电阻的阻值,并将输入电压、输出电压使用外部模型与HB/SC接口的交互返回给LabVIEW,然后以图形的方式显示在前面板的波形图控件上,可以观察仿真结果随着电路仿真参数变化的情况[7?8]。 2  LabVIEW?Multisim联合仿真实现低频虚拟实验室
  2.1  RC单管耦合放大器
  由于晶体管是非线性原件,要放大信号,必须设置合理的电路参数,使三极管工作于线性放大区,而非饱和区。工作点选择不当会引起输出饱和失真或截止失真。因此需要为放大器设置合适的静态工作点,即直流电流IBQ,ICQ以及直流电压UBQ,UBEQ,UCEQ[9?10]。当三极管工作于线性放大区时,图1中RC单管耦合放大器的输入/输出电压关系可以通过式(2)计算得出。 3  结  语
  本文将图形化编程语言LabVIEW 软件与Multisim电路仿真软件相结合,实现了低频虚拟仿真实验室。采用LabVIEW与Multisim进行虚拟仿真开发,减少了设计开发的工作量及时间周期,提升了开发效率。应用该实验平台,高校学生可以开展低频电路课程的实践,将抽象的电路理论通过可视化教学案例与实际应用相结合,并培养学生开展系统性、综合性与创新性实验的能力。
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