Порядок создания модели

Для начала работы запускаем LabVIEW путём двойного щелчка по иконке на рабочем столе.

На экране появится окно первоначального запуска Getting Started (рис. 1.1.) Это окно используется, когда требуется создать новый ВП, открыть ранее созданный файл LabVIEW, найти примеры или обратиться к справке. Окно первоначального запуска Getting Started исчезнет, если открыть уже существующий файл или создать новый. Это окно появится снова, если закрыть все ранее открытые лицевые панели и блок- диаграммы. Также это окно можно вызвать в процессе работы из лицевой панели или блок-диаграммы, выбрав меню View Getting Started Window.

Рис.1.1. Окно Getting Started.

В окне Getting Started щелкаем левой кнопкой мыши по ссылке Blank VI (отмечена маркером на рисунке 1.1.).

Перед нами появятся окна Блок-диаграммы (БД) и Лицевой панели (ЛП).

Рис.1.2. Блок-диаграмма и Лицевая панель.

На лицевой панели (серая область в клетку) располагается интерфейс пользователя, состоящий из элементов управления и индикаторов. Примерами элементов управления могут являться ручки управления, кнопки, круговые шкалы и другие элементы ввода. Индикаторами являются графики, светодиодные индикаторы и другие элементы вывода. На блок-диаграмме отображается внутренняя логика устройства. Основные элементы блок-диаграммы состоят из блоков, которые выполняют преобразование входных данных, проводов, по которым эти данные передаются и элементов управления. В LabVIEW представлен огромный выбор блоков с всевозможными функциями: начиная от блоков, выполняющих простейшие математических операции и заканчивая блоками, имитирующими реальные приборы (анализаторы спектров, фильтры, осциллографы и т.д.). Для того чтобы с лицевой панели (ЛП) переключиться на блок-диаграмму (БД), необходимо во вкладе Window окна ЛП выбрать пункт Show Block Diagram; для перехода с БД на ЛП во вкладке Window БД выбрать пункт Show Front Panel (или использовать комбинацию клавиш Ctrl+E).

Приступим к созданию модели. В этом задании будет создан простейший анализатор спектра.

1. Первым делом необходимо сгенерировать исследуемый сигнал. Щелкнув на пустом месте блок-диаграммы правой кнопкой мыши, можно получить доступ к палитре функций, которые можно использовать при создании модели. Для удобства палитру можно закрепить с помощью кнопки в её левом верхнем углу. В палитре Express следует выбрать Input, затем перенести блок Simulate Signal на нашу диаграмму. Расположение блока Simulate Signal показано на рисунке 1.3.

Рис.1.3.Блок Simulate Signal.

Параметры блока заполняем в соответствии с рисунком 1.4.

Рис.1.4. Параметры блока Simulate Signal.

2. Как уже говорилось ранее, каждый виртуальный прибор VI описывается с помощью Лицевой Панели (Front Panel) и Блок-диаграммы (Block Diagram). ЛП содержит элементы, с помощью которых можно наблюдать за работой модели, собранной на БД.

3. Добавлять элемент, который будет отображать работу модели (осциллограф, вольтметр и т.п.) или будет управлять работой модели (переключатели, ручки управления и т.п.), следует на лицевой панели. В нашем случае для отображения сигнала необходимо добавить осциллограф. Это можно сделать, щелкнув правой кнопкой мыши в пустом месте лицевой панели и в палитре ExpressGraph Indicators выбрав блок Graph. Расположение осциллографа в палитре элементов управления показано на рисунке 1.5. Добавим наш осциллограф на лицевую панель. Размеры осциллографа, названия осей и графика можно менять, щелкнув левой кнопкой мыши по соответствующей области осциллографа. Если переключиться с лицевой панели на блок-диаграмму, то можно заметить, что на ней появился блок, соответствующий осциллографу на ЛП. Чтобы переключиться между осциллографом на ЛП и блоком, соответствующим этому осциллографу и находящимся на БД, достаточно два раза щелкнуть по нему левой кнопкой мыши. Дважды щелкнув по блоку на БД можно переключиться обратно на ЛП. Это очень удобно, когда схема достаточно большая и на ней располагается большое количество элементов. Назовем наш осциллограф Input signal, так как он будет отображать форму входного сигнала.

Рис.1.5.Блок Graph в палитре элементов управления.

Теперь соединим выход Sine генератора с входом осциллографа и запустим VI (иконка со стрелкой в левом верхнем углу ). Необходимо соединять не блок в целом, а именно конкретные выходы с входами. После выполнения всех вышеописанных действий ЛП и БД будут выглядеть так, как показано на рисунке 1.6.

Рис.1.6. Лицевая панель и блок-диаграмма.

Как видно, осцилограмма представляет из себя синусоиду с параметрами, заданными в блоке simulate signal.

4. Теперь перейдем к вычислению спектра сигнала. С помощью кнопки Search в палитре функций найдем блок Spectral Measurements и перенесем его в нашу диаграмму. Откроется окно настройки.

Рис.1.7. Поиск блока Spectral Measurements.

Настройки анализатора спектра необходимо произвести в соответствии с рисунком 1.8.

Рис.1.8. Настройки анализатора спектра.

Также нам понадобится еще один осциллограф, на который будут поступать данные с анализатора спектра. Добавим его на ЛП, назовём Result и соединим блоки диаграммы в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1.9.

Рис.1.9.Блок-диаграмма.

Отметим несколько моментов. Данные с генератора сигнала следует подать на вход Signals анализатора спектра, а выходом анализатора спектра в нашей модели является порт FFT - (Peak). Входного и выходного портов изначально может быть не видно. Если это так, то следует растянуть блок (двойная стрелка, направленная вниз, внизу блока), соединить необходимые входы и выходы, а затем для экономии места на БД свернуть блок обратно. Если посмотреть на структуру блока, то можно заметить, что в нерастянутом блоке слева и справа расположены треугольники, которые соответствуют входам и выходам данного блока (слева - входные порты, справа - выходные). При наведении на них указателя мыши можно прочитать, за какой именно параметр отвечает данный вход или выход. При желании для экономии времени можно не растягивать блок, а соединять данные порты (обозначаемые треугольниками). Из блок-диаграммы видно, что данные с генератора сигнала поступают в 2 блока: осциллограф и анализатор спектра. Чтобы с 1 выхода подать сигнал на несколько блоков, можно по очереди соединять выход с каждым из входов блоков (соединить выход генератора сигнала с измерителем спектра, а затем провести еще 1 провод с генератора сигнала на осциллограф). Также можно сначала соединить выход блока только с 1 входом другого блока (например, соединить блоки генерации сигнала и анализатора спектра). Затем следует на образовавшийся провод навести указатель мыши, зажать клавишу CTRL и провести провод ко входу другого блока (в нашем случае к осциллографу). Оба этих метода идентичны.

5. Запускаем модель и видим, что анализатор спектра верно показывает значение в 100 Гц (рисунок 1.10).

Рис.1.10.Сигнал и его спектральное представление.

6. LabVIEW очень удобен тем, что при необходимости пользователь может изменять параметры модели во время ее исполнения. Для динамического изменения частоты из палитры ExpressNumeric Controls (рис 1.11.) перенесем на панель ручку Vertical Fill Slide. Назовем её Frequency. Если теперь посмотреть на блок-диаграмму, то можно увидеть, что для ручки был создан соответствующий блок. Щёлкнем правой кнопкой мыши на блок и выберем Properties(окно показано на рисунке 1.12). Во вкладке Appearance значение Height поставим 200(размер ручки), затем во вкладке Scale параметр Maximum выберем 500(максимальная частота).

Рис.1.11. Расположение ручки в палитре элементов управления.

Рис.1.12. Настройки элемента управления.

Чтобы наша ручка заработала, необходимо соединить ее с генератором сигнала. Это можно сделать несколькими способами. Можно щелчком правой кнопкой мыши на строчке Sine выбрать вкладку Insert Input/Output. После этого щелчком левой кнопкой мыши по появившейся строчке Amplitude в ниспадающем списке выбрать Frequency и соединить блоки. Также можно соединить ручку с портом, отвечающим за частоту сигнала (треугольником, при наведении на который отображается параметр Frequency).

Заметим, что теперь частота выходной синусоиды будет равна не той, которую мы указали в свойствах блока Simulate Signal (100 Гц), а той, которая выбирается регулятором.

7. На этом создание нашей модели не закончено. Дело в том, что при выполнении модели будет выполнена одна итерация для данных значений и модель будет остановлена. Для того чтобы выполнять изменения в режиме реального времени, необходимо зациклить модель. Для этого потребуется цикл While. Напомним, что цикл While – это цикл, который выполняется, пока не будет достигнуто какое-либо условие. В нашем случае – пока пользователь не нажмет кнопку stop. Найдем его с помощью кнопки Search (While Loop).

Рис.1.13. Поиск элемента While Loop.

Для зацикливания модели внутрь цикла должны попасть все элементы, присутствующие на БД. При добавлении цикла While Loop на БД он должен быть представлен в виде квадрата с буквой G в нем. Зажав левую кнопку мыши, выделяем пунктиром все блоки, которые присутствуют в данной модели, и отпускаем. Блок-диаграмма при этом примет вид, показанный на рисунке 1.14.

Рис.1.14. Вид БД с добавленным циклом While Loop.

Кнопка Stop обязательно должна присутствовать как на лицевой панели, так и в блок- диаграмме. Нажатие этой кнопки пользователем является условием остановки выполнения цикла.

Рис. 1.15. Вид БД и ЛП собранной модели.

Рис.3.3. СПМ АБГШ.

Теперь при запуске наш VI будет выглядеть так, как показано на рисунке 1.16. Кроме

того, во время работы модели можно динамически менять её параметры. Можно сверить значение частоты со спектром сигнала, чтобы удостовериться, что модель работает верно.

Однако, у данной модели есть один существенный недостаток. Дело все в том, что конечному пользователю сложно отследить изменение сигнала во времени, так как модель выполняется слишком быстро. Чтобы замедлить выполнение модели, необходимо добавить блок Time Delay, расположенный в палитре ExpressExecution control (рис. 1.16.) Блок необходимо добавить внутрь цикла While Loop. Двойным щелчком левой кнопки мыши открываем настройки блока и в них устанавливаем время задержки равным 0,2 с. Время задержки блока Time Delay - это время обновления модели.

Рис.1.16.Блок Time Delay.

Для запуска готовой модели в левом верхнем углу лицевой панели или блок-диаграммы следует нажать кнопку . Также модель можно запустить, нажав комбинацию клавиш Ctrl-R. Но в модели могут присутствовать ошибки, мешающие её запуску, например наличие несоединенных блоков или лишние провода, по которым не передаются данные. Если в модели присутствуют ошибки, то данная кнопка будет недоступна, а на её месте будет расположена кнопка . Щелкнув по ней левой кнопкой мыши можно увидеть всплывающий список ошибок, которые необходимо устранить для запуска модели. Например, если в нашей модели удалить несколько проводов или добавить несколько лишних проводов, то модель запускаться не будет, а при щелчке на кнопку появится список ошибок (рисунок 1.17). Щелкнув на каждой из ошибок, можно понять, к какому именно элементу схемы относится данная ошибка.

Рис.1.17. Error list.

Задание:

Посмотреть спектры пилообразного и импульсного сигналов с различными параметрами.

Задание 2. Использование LabView при реализации и анализе Амплитудной модуляции.

Перед началом выполнения данного задания предлагается прочитать основные выкладки, касающиеся амплитудной модуляции.

Модуляция– это процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала сообщения, в результате чего спектр управляющего сигнала переносится на высокую частоту. Для неискаженной передачи информации частота несущего колебания должна быть намного больше наивысшей частоты в спектре передаваемого сообщения, т.е. <<1. В качестве ВЧ сигнала чаще всего применяются гармонические колебания.

Амплитудная модуляция - модуляция, при которой изменяемым параметром высокочастотного сигнала под действием информационного сообщения является амплитуда

=

-полная фаза

-несущая частота ВЧ колебания

-начальная фаза

-информационное НЧ сообщение

-огибающая

-амплитуда несущего колебания

-крутизна характеристики амплитудного модулятора

коэффициент глубины модуляции

При -АМ без искажений, при -перемодуляция АМ с искажением огибающей.

Для простоты будем рассматривать в качестве информационного сигнала гармонический сигнал:

, где

-частота сообщения

-начальная фаза

Тогда АМ сигнал имеет вид:

=

;

-коэффициент глубины модуляции;

(1)

Именно в соответствии с формулой (1) будет строиться модулятор.

Также, используя тригонометрические формулы, можно привести выражение для АМ модуляции к следующему виду:

.(2)

Внимание: при выполнении данного задания и принять равными 0, а равным 1

Перейдем к непосредственному созданию модулятора

Для начала создадим 2 источника сигнала (ВЧ сигнал и информационный сигнал). Как уже говорилось ранее, в Labview можно динамически менять параметры сигнала. Ради этого в прошлом задании на лицевой панели создавалась ручка, которая затем на блок диаграмме присоединялась к входу блока. Но также управляющие элементы можно создавать непосредственно в блок-диаграмме. Рассмотрим, например, блок Simulate signal. Если посмотреть в левый верхний угол блока, то можно увидеть все доступные входные переменные для данного блока. Наведя левой кнопкой мыши на треугольник можно увидеть, какая именно переменная подается на данный вход. Чтобы создать управляющий элемент необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши на интересующий вход, а затем выполнить следующую последовательность действий: createcontrol. Кроме управляющих элементов на вход можно подавать константы или индикаторы. Будет создан управляющий элемент, который также отразится на лицевой панели. Для обоих источников сигнала создадим управляющие элементы, контролирующие текущее значение частоты и амплитуды сигнала. Управляющие элементы достаточно громоздки, и при наличии большого их количества в блок диаграмме она становится плохо читаема и неудобна для просмотра. Чтобы уменьшить размер управляющего элемента на блок диаграмме щелкните по нему правой кнопкой мыши и уберите галочку с пункта View as Icon. При этом иконка управляющего элемента будет содержать информацию о типе данных, которые поступают с него в блок. Также следует настроить параметры выборки и количества отчетов. Для этого для обоих блоков генерации сигнала следует поставить значения Samples per second (Hz) и Number of samples равными 10000. После выполнения предыдущих действий блок-диаграмма примет вид, указанный на рисунке 2.1.

Рис.2.1. Блок-диаграмма.

В итоге мы имеем 2 сигнала: высокочастотный гармонический сигнал с частотой Carrier Frequency и амплитудой Carrier Amplitude и информационный сигнал (в данном примере тоже гармонический) с частотой Modulation Frequency и амплитудой Modulation Amplitude. Необходимо выполнить АМ модулирование высокочастотного сигнала низкочастотным. Схему на блок-диаграмме будем строить в соответствии с логикой, выраженной формулой (1):. Еще раз обращаем ваше внимание на то, что в данном задании для упрощения модели и следует принять равными 0.

Заранее добавим на блок-диаграмму блоки, соответствующие математическим операциям. Для реализации конечной блок диаграммы потребуется 2 умножителя, сумматор и делитель. Их можно найти в палитре MathematicsNumeric (рис.2.2.).

Для начала реализуем уравнение огибающей

, где, т.к..

Рис.2.2 Палитра Numeric.

Как видно, с информационным сигналом происходят следующие преобразования:

1)деление сигнала на амплитуду

2) прибавление единицы

3) умножение на амплитуду

Разместим последовательно в схеме делитель, сумматор и умножитель. В делителе величина, поданная на верхний вход, делится на величину, поданную на нижний вход. Верхний вход делителя соединим с выходом (Sine) генератора НЧ сообщения, а нижний - с управляющим элементом, отвечающим за амплитуду ВЧ сигнала. Чтобы с 1 управляющего элемента можно было подать величину на несколько входов, необходимо разветвить данные, выходящие с него. Это можно сделать, нажав левой кнопкой мыши на выходящий провод при зажатой клавише Ctrl. На месте разветвления появится узел. Также можно создать еще 1 провод непосредственно из управляющего элемента. На выход делителя будет поступать сигнал, с которым произведена математическая операция (деление). Далее подсоединяем сумматор и умножитель и делаем операции, указанные в пунктах 2 и 3. В пункте два на один из входов сумматора подаем константу, равную 1. Для этого следует щелкнуть на вход правой кнопкой мыши, создать константу (CreateConstant) и присвоить ей значение, равное 1 В итоге должна получиться промежуточная блок-схема, соответствующая рисунку 2.3.:

Рис.2.3. Промежуточная блок-схема

Если к выходу умножителя подсоединить осциллограф, то на выходе можно будет увидеть огибающую АМ сигнала. В данной схеме на выходе сумматора сигнал равняется, а модулированный сигнал имеет вид:. или, немного в другой форме:

. Это равносильно умножению сигнала с сумматора на ВЧ сигнал. Добавим еще 1 умножитель и перемножим вышеуказанные сигналы. К выходу умножителя подключим анализатор спектра и настроим его в соответствии с рисунком ниже.

Рис.2.4. Настройки анализатора спектра.

В результате блок схема примет следующий вид:

Рис.2.5. Промежуточная блок-схема.

Для графического сбора информации о сигналах необходимо на лицевой панели создать 4 осциллографа и подключить их к следующим элементам:

1) На выход генератора ВЧ сигнала

2) На выход первого умножителя (чтобы увидеть огибающую)

3) На выход второго умножителя (чтобы увидеть АМ сигнал)

4) На выход анализатора спектра

После этого каждый из осциллографов необходимо настроить в соответствии со скриншотом конечной лицевой панели, приведенным в конце задания. Для настройки масштабирования осциллографа необходимо щелкнуть по нему правой кнопкой мыши на лицевой панели и перейти во вкладку propertiesscales. Для оси X каждого из осциллографов убрать галочку с autoscale и поставить свои значения. Для оси Y параметры менять не обязательно.

Осталось зациклить модель (используя While loop) и добавить задержку по времени. Задержка необходима, чтобы увидеть, как меняется во времени сигнал с высокой частотой. Для создания задержки следует добавить блок из палитры programmingtimingwait ms и подать на его вход константу, равную 100.

Создание модели завершено. С учетом настроек для наблюдения спектра частота ВЧ сигнала не должна превышать 1кГц. Модель рекомендуется сохранить, так как она потребуется для выполнения следующих заданий.

После выполнения задания блок-схема и лицевая панель будут выглядеть следующим образом:

Рис.2.6. Конечный вид блок-диаграммы АМ-модулятора.

Рис.2.7. Конечный вид лицевой панели АМ-модулятора.

Задание:

Создайте Амплитудный модулятор, используя формулу 2 (АМ сигнал представляется в виде суммы 3 гармоник). На осциллографы вывести ВЧ сигнал, АМ-сигнал и его спектр.