梁庶來

（湖南人文科技學(xué)院通信與控制工程系 湖南 婁底 417000）

基于LabVIEW技術(shù)在高頻教學(xué)中的應(yīng)用

梁庶來

（湖南人文科技學(xué)院通信與控制工程系 湖南 婁底 417000）

本文通過介紹傳統(tǒng)高頻實(shí)驗(yàn)室存在的缺點(diǎn)和弊端,提出了將虛擬儀器用于高頻實(shí)驗(yàn)室的思想。然后，介紹了虛擬實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)LabVIEW的特點(diǎn)，并通過仿真實(shí)驗(yàn)論證了用虛擬儀器產(chǎn)生調(diào)頻器的可行性。

虛擬儀器LabVIEW；調(diào)頻

0 引言

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及相關(guān)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)不斷地在教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用，而且隨著高等教育的極大普及和招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使傳統(tǒng)的教學(xué)方法受到了挑戰(zhàn)，如何在大眾化教育的背景下提高教學(xué)質(zhì)量成為各大高校關(guān)注的問題。因此，尋求新的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法成為當(dāng)務(wù)之急。特別是一些資金不夠雄厚的普通院校，如何在有限的資金范圍內(nèi)達(dá)到較好的教學(xué)效果更是迫在眉睫。筆者結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討虛擬儀器技術(shù)在高頻教學(xué)中的應(yīng)用，以期為其它教學(xué)提供思路。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)——LabVIEW簡(jiǎn)介

NI公司LabVIEW是當(dāng)前流行的圖形化開發(fā)環(huán)境，同時(shí)它也是一種功能強(qiáng)大的編程語(yǔ)言。LabVIEW實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)建程序模塊化，易于調(diào)試、理解和維護(hù)，而且程序編程簡(jiǎn)單、直觀。和Delphi、VC++、VB等高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境編程不同，LabVIEW采用的是圖形化編程語(yǔ)言——G語(yǔ)言，產(chǎn)生的源代碼是塊狀的方框圖，使用數(shù)據(jù)流程方法描述程序的執(zhí)行，用圖標(biāo)和連線編寫程序。由于LabVIEW開發(fā)平臺(tái)所產(chǎn)生的程序是框圖形程序，其結(jié)構(gòu)清晰、易學(xué)易用，可在很短時(shí)間內(nèi)掌握并應(yīng)用于實(shí)踐。此外，LabVIEW自帶的VI程序十分豐富，功能強(qiáng)大，對(duì)于一的工程測(cè)試項(xiàng)目，幾乎都可以直接調(diào)用現(xiàn)成的VI程序，在幫助模塊中有大量的例程序，可以直接使用或稍作修改使用，大大提高了編程效率。LabVIEW的程序由三部分組成：前面板、方框圖、圖標(biāo)和連接器。是一種通用編程系統(tǒng)，具有各種各樣功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)及完善的仿真、調(diào)試工具。LabVIEW主要用于虛擬儀器開發(fā)，因此，它有許多跟傳統(tǒng)儀器面板在外觀和功能上相似的控件，如各種旋鈕、按鈕、開關(guān)、模擬表頭、波形顯示屏、數(shù)字顯示器等，可很方便地放置在前面板上，其大小、顏色、風(fēng)格可隨意調(diào)整。

2 關(guān)于信號(hào)調(diào)頻基本概念及原理

信號(hào)調(diào)制就是在傳送信號(hào)的一方(發(fā)送端)將要傳送的信號(hào)(它的頻率一般是較低的)“附加”在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里，高頻振蕩波就是攜帶信號(hào)的“運(yùn)載工具”，所以就是載波。在接受信號(hào)的一方“接受端”經(jīng)過“解調(diào)”的過程，把載波所攜帶的信號(hào)取出來，得到原有的信號(hào)。帶通通信系統(tǒng)都以正弦波為載波，調(diào)制的重要的目的就是將信號(hào)的頻帶搬移至給定的信道中。信號(hào)調(diào)制的方式有多種，分為連續(xù)波調(diào)制和脈沖波調(diào)制兩類。連續(xù)波調(diào)制是用信號(hào)來控制載波的振幅、頻率或相位，因此分為調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相三種。脈沖波調(diào)制是用信號(hào)來控制脈沖波的振幅、寬度、位置等，然后再用這已調(diào)脈沖對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。本文以調(diào)頻制為例來進(jìn)行說明。

調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生原理

設(shè)調(diào)制信號(hào)為 vΩ（t）＝VΩcosΩt，

載波信號(hào)為 vc（t）＝Vccosωct，

由FM波的定義，F(xiàn)M波的瞬時(shí)頻率

其中△ωm＝kfVΩ，即最大頻偏。由頻率與相位的關(guān)系有

式（3）為調(diào)頻波的表達(dá)式。

3 基于LabVIEW的調(diào)頻制和鑒頻電路的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上節(jié)對(duì)調(diào)頻信號(hào)原理結(jié)構(gòu)圖，可以用Labview對(duì)調(diào)頻器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

調(diào)頻器電路的設(shè)計(jì)

根據(jù)調(diào)頻信號(hào)的定義，調(diào)頻器主要由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、載波信號(hào)發(fā)生器、積分器三個(gè)部分組成。在前面板中，有四個(gè)控件來控制調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的頻率、幅度；還有一個(gè)控件來控制比例系數(shù)kf，在傳統(tǒng)的調(diào)制電路中，由調(diào)制電路確定，又稱為調(diào)制靈敏度。三個(gè)圖形分別顯示調(diào)制信號(hào)、移相信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)的波形。設(shè)計(jì)好的前面板圖如圖1所示。在程序圖中，結(jié)合調(diào)頻信號(hào)的原理以及前面板的控件可得到流程圖如圖2所示。

圖1 調(diào)頻器的前面板圖

圖2 調(diào)頻器的程序板圖

4 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)頻器在高頻電子實(shí)驗(yàn)室是比較重要的實(shí)驗(yàn)。但是由于其不再是簡(jiǎn)單的頻譜搬移，而是進(jìn)行復(fù)雜的頻譜非線性變化，屬于非線性調(diào)制，在電路實(shí)現(xiàn)的時(shí)候比較復(fù)雜，而用虛擬的方式實(shí)現(xiàn)起來就比較簡(jiǎn)單，使用起來簡(jiǎn)單方便。

［1］劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003:9-52.

［2］高吉祥.高頻電子線路[M].武漢:高等教育出版社,2005.

［3］楊樂平.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M].北京:電子工業(yè)出版社,2001:293-246.

王洪澤］