基于BUCK電路的電源設(shè)計【實用文檔】doc

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基于BUCK電路的電源設(shè)計【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載現(xiàn)代電源技術(shù)基于ＢUCＫ電路的電源設(shè)計學(xué)院：專業(yè)：姓名：班級:學(xué)號：指導(dǎo)教師:日期:目錄TＯC\o"1—3＂\h\ｚ\uHYPEＲLINK\l＂_Toc４0815５0７1"摘要PAＧEREF＿Ｔoc408155071\h2一、設(shè)計意義及目的PAGEREＦ_Toｃ４08155072\h３HYPERLINK\l”_Tｏc408１55073"二、Buck電路基本原理和設(shè)計指標(biāo)PAGEREF＿Ｔｏc４08１55073\ｈ3HYPＥRＬＩNK#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintcodeuchard［10]=｛0xC0，0xF9,0xA4，0xB0,0x99，0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90｝;uintsecond=0，minter=50，hour=11;uintsshi，sge，mge,mshi，hshi,hge;staticcharcourt=0;sbitP21=P2^1;sbitP22=P2^2；sbitP23=P2^3;sbitP24=P2^4；sbitP25=P2^5;sbitP26=P2^6;sbitP27=P2^7;sbitP20=P2^0;voiddelay（)｛ //單個LED延時函數(shù)uchari； for(i=0;i〈15;i++);}voidint1（)interrupt1using2{ //定時中斷相應(yīng)定50msTH0=0x4c; TL0=0x00; court++；}voidmain(）{ //主函數(shù)TMOD=0x01; TH0=0x00； TL0=0x00; EA=1; ET0=1； TR0=1； P1=0XFF； for（；;){ sshi=second/10； //求分秒的個位； sge=second％10； mshi=minter/10; mge=minter%10; hshi=hour/10； hge=hour%10; P0=d［sge］; //時分秒在LED的顯示 P27=1;//P0口數(shù)據(jù)輸出,P2口選通信號 delay()； P27=0； P0=d[sshi］； P26=1； delay（); P26=0; P0=0xbf; P25=1; delay(）； P25=0； P0=d[mge]； P24=1； delay()； P24=0； P0=d[mshi]; P23=1; delay（）; P23=0; P0=0xbf; P22=1； delay()； P22=0； P0=d[hge]; P21=1； delay(）； P21=0; P0=d[hshi］; P20=1； delay（); P20=0； if（court==20）｛ //定時1s的時間是否到？若到，則執(zhí)行IF后面的程序；court=0; //執(zhí)行LED顯示程序second++;if(second==60）{second=0;minter++；if（minter==60)｛minter=0；hour++；if(hour==24)hour=0； ｝} ｝ }}第五章電子時鐘調(diào)試與仿真5。1HEX文件的生成1）打開單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)KeilVision，單擊“Vision"菜單中的“Project”，在此下拉菜單中單擊“NewProject”選項后，彈出“CreateNewProject”對話框，鍵入新建項目名稱.2）鍵入新建項目名并單擊“確定”按鈕后,在彈出的“SlectDevic”對話框中選擇合適的單片機(jī)型，如AT89C51。3）單擊“Vision”菜單中的“File"，在此下拉菜單下,選擇“New”后,打開一個空的文本編輯窗口，在此窗口中輸入程序，創(chuàng)建新的源程序“dzz.C”文件。4）在左邊的“Project”窗口的“File"頁中單擊文件組，再單擊鼠標(biāo)右鍵后，在彈出的窗口中選中“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’"選項，將“dzz.C”程序?qū)氲健癝ourceGroup1”中。5）在“Project"下拉菜單中，選中“OptionsforTarget”,將會彈出“OptionforTarget"對話框，在此對話框中選中“Output”選項卡中的“CreatHEXFile”選項。6)在“Project”下拉菜單中，選擇“RebuildallTargetfiles"項。若程序編譯成功,將生成“dzz.HEX”文件。5.2原理圖的繪制1）在ProteusISIS編輯窗口中，單擊元件列表之上的“P”按鈕,添加所需要的元件.2）在ProteusISIS編輯窗口中,繪制電路圖。如圖5.1所示。圖5.1電子鐘電路圖5.3調(diào)試與仿真1）在ProteusISIS編輯窗口中，單擊鼠標(biāo)右鍵將AT89C51單片機(jī)選中并單擊鼠標(biāo)左鍵,彈出“EditComponent”對話框,在此對話框的“ClockFrequency"欄中設(shè)置單片機(jī)晶振頻率為12MHz,在“ProgramFile”欄中單擊文件，選擇先前用KeilVision2s生成的“dzz.HEX"文件。2）在ProteusISIS編輯窗口中“File”下拉菜單“SaveDesign”選型，保存設(shè)計，生成“dzz.DSN”文件。3)在ProteusISIS編輯窗口中單擊“Debug”菜單中選擇“Execute”,可看見在首次運行時,LED顯示的初始值為11—50—00，然后每隔1s進(jìn)行累計顯示，運行結(jié)果如圖5。2所示。圖5。2電子鐘設(shè)計的運行結(jié)果第六章結(jié)束語本單片機(jī)數(shù)字電子鐘系統(tǒng)的功能基本符合顯示格式為：XX:XX：XX，即時：分：秒。時間可采用24小時制。系統(tǒng)上電后從上電時初始化顯示:11-50-00開始計時，能進(jìn)行時間的調(diào)整，可按自己的要求設(shè)置擴(kuò)展的小鍵盤個數(shù)設(shè)計任務(wù)的要求，經(jīng)過測試數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)基本能夠達(dá)到實際電子鐘的設(shè)計要求，同時本單片機(jī)數(shù)字電子鐘系統(tǒng)具有擴(kuò)展性.課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)實際問題、提出實際問題、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際學(xué)習(xí)能力、動手能力的具體訓(xùn)練和考察過程.在此次數(shù)字鐘設(shè)計過程中，在學(xué)習(xí)新知識的同時，把在課程中學(xué)到的理論知識運用到實際作品設(shè)計、操作中，更進(jìn)一步地熟悉了單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了其工作原理和具體的使用方法與相關(guān)元器件的參數(shù)計算方法、使用方法，了解了電路的開發(fā)和制作及課程設(shè)計報告的編寫.加深了對相關(guān)理論知識及專業(yè)知識的掌握度，增強(qiáng)自身的動手能力，鍛煉及提高了理解問題、分析問題、解決問題的能力,更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，進(jìn)一步掌握畫圖軟件的使用和提高相應(yīng)的畫圖操作水平及技巧.參考文獻(xiàn)［1]李廣弟，朱月秀，冷祖祁．單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)［J］．頁碼148。［2］李葉紫，王喜斌，胡輝．MCS_51單片機(jī)應(yīng)用教程［M]．清華大學(xué)出版社，2004，3［3］李葉紫等．MCS-51單片機(jī)應(yīng)用教程[M］．清華大學(xué)出版社,2004,3［4］王福瑞等．單片機(jī)微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計大全[M］．北京航空航天大學(xué)出版社，1999.3[5］李伯成．基于MCS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計[M］．電子工業(yè)出版社，2004.7單片機(jī)及模數(shù)綜合系統(tǒng)設(shè)計課題名稱：基于ＳTC１2系列單片機(jī)的串聯(lián)型開關(guān)電源設(shè)計與實現(xiàn)—－單片機(jī)控制部分一、實驗?zāi)康模罕灸M電路課程設(shè)計要求制作開關(guān)電源的模擬電路部分,在掌握原理的基礎(chǔ)上將其與單片機(jī)相結(jié)合，完成開關(guān)電源的設(shè)計。本報告旨在詳述開關(guān)電源的原理分析、計算、仿真波形、相關(guān)控制方法以及程序展示.二、總體設(shè)計思路本設(shè)計由開關(guān)電源的主電路和控制電路兩部分組成,主電路主要處理電能,控制電路主要處理電信號，采用負(fù)反饋構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)。開關(guān)電源采用PＷＭ控制方式,通過給定量與反饋量的比較得到偏差，通過調(diào)節(jié)器控制ＰＷM輸出，從而控制開關(guān)電源的輸出。當(dāng)鍵盤輸入預(yù)置電壓后，單片機(jī)通過PＷM輸出一個固定頻率的脈沖信號，作用于串聯(lián)開關(guān)電源的二極管和三極管，使三極管以一定的頻率導(dǎo)通與斷開,然后輸出進(jìn)行AD轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的結(jié)果再給單片機(jī)進(jìn)行輸出,進(jìn)行數(shù)碼管顯示.系統(tǒng)的基本框圖及控制部分如下:控制過程原理分析:單片機(jī)所采用的芯片為STC12C５Ａ６0S２,該芯片在擁有８０51內(nèi)核的基礎(chǔ)上加入了10為AD和PＷＭ發(fā)生器。通過程序，即可控制單片機(jī)產(chǎn)生一定占空比的PWM脈沖，將此脈沖輸入到模擬電路部分,在模擬電路的輸出端即可產(chǎn)生一定的輸出電壓,可比較容易的通過程序來實現(xiàn)對輸出電壓的控制。但上述的開環(huán)控制是無法達(dá)到精確的調(diào)節(jié)電壓，因此需要采用閉環(huán)控制來精確調(diào)制。即，對輸出電壓進(jìn)行AD采樣，將其輸入回單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)根據(jù)處理的結(jié)果來對輸出電壓做出修正,經(jīng)過這樣的逐步調(diào)節(jié)即可達(dá)到閉環(huán)的精密輸出。由此原理,可以將整個過程分成一下模塊:PＷＭ波形輸出模塊，模擬電路模塊，AＤ轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)碼管顯示模塊，鍵盤輸入模塊?？刂七^程基本思路為：首先從鍵盤輸入一個電壓值，并把該電壓值在數(shù)碼管上面顯示出來，再由A／D轉(zhuǎn)換模塊對串聯(lián)開關(guān)電源電路的輸出端進(jìn)行電壓采集，將采集到的電壓值與鍵盤輸入的電壓值進(jìn)行比較,通過閉環(huán)算法，控制ＰWM的脈寬輸出，由此控制串聯(lián)開關(guān)電壓電源電路，改變輸出的電壓值，使得輸出值與設(shè)定的電壓值相等。系統(tǒng)各單元模塊電路設(shè)計鍵盤輸入數(shù)據(jù)部分分別接到單片機(jī)的P2.4，P２．5,Ｐ２.6，P2．7。每路通過電阻進(jìn)行上拉,可以編程實現(xiàn)控制單片機(jī)運行不同程序。為了判斷鍵盤上面的按鍵是否有按下的，可以事先對P２.4，P2。5，Ｐ2。6,Ｐ２。７端口賦值，便可以知道具體是哪個按鍵被按下了。例如：P2。4=0，便可知道P２.４對應(yīng)的按鍵已經(jīng)按下了。鍵盤輸入模塊程序如下：voidｋey（）/／鍵盤掃描函數(shù)｛if(P２_６＝=0）{ｄeｌay（１0）；//延時去抖動ｉf（P２＿6==０）｛wｈile（Ｐ2＿６==0）iｆ（a＜9）｛ａ＋+；}elｓeａ＝0；｝}if（P2_5=＝０){deｌaｙ（10）；//延時去抖動if(P2＿５=＝0）{while(Ｐ2_5＝=０);if(b<9）｛b++;}elsｅ（b=0)；}iｆ（P２＿4=＝0)｛dｅlａy(10）；//延時去抖動if(P２_４==0）｛wｈile（P２_4==0）；if（c<5）{c＋+;｝eｌsec=0；}}if(P２_7=＝0)｛delay（１０)；if(P2_７＝＝0)｛whｉle(P2_7＝=0）；P1＿５=!Ｐ１_５;｝}｝2、數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示部分知道了上面在鍵盤輸入的數(shù)值后,便要在數(shù)碼管上面顯示出來。該實驗板的8位數(shù)碼管是共陰極的數(shù)碼管,使用端口為P0和P2．0—Ｐ2．4口,且為動態(tài)數(shù)碼管，因此在同一時間，只有一個數(shù)碼管是亮著，但由于人眼的視覺殘留，使得看上去是全部一起亮著的.８位分別有段選和位選，段選就是要一個數(shù)碼管顯示的字型,而位選則是由低電平選中所要那一個數(shù)碼管,該數(shù)碼管才能亮.因此要使得數(shù)碼管亮并顯示數(shù)字，則必須在位選時該數(shù)碼管的位選管腳出于低電平，然后再通過段選顯示字型。如下圖所示的數(shù)碼管：數(shù)碼管顯示模塊程序為：vｏidｄiｓplay(ｆｌoａt(yī)ｘ）｛uinｔＭ,Ｎ,I；I=１０0＊ｘ／100;N=（１0０＊x-１０0＊I）/10；M＝１00＊x—10０＊I-１0＊N;P2_0=0；P０=ｔablｅ[０］;dｅlａy(１0）;P2_0=1;Ｐ2＿1=0；Ｐ0=ｇao＿table[Ｉ]；ｄeｌaｙ（１0)；P2_1＝1;P2_2=0；P0＝tａblｅ［N]；ｄｅlａｙ(10)；Ｐ2＿2=１;Ｐ2_3=０；Ｐ０=tabｌe[M];ｄｅlａy（１0);Ｐ2＿3=1；}３、控制PWM輸出部分STＣ12C5A60S２系列單片機(jī)集成了兩路可編程計數(shù)器陣列（PCＡ)模塊，可用于軟件定時器，外部脈沖的捕捉,高速輸出以及脈寬調(diào)制(PＷM)輸出.在該實驗中主要用到PWM脈寬調(diào)制輸出,通過對特殊功能寄存器初始化，就可以在P1.3（選擇模式0時）或Ｐ1。４（選擇模式1時）端口輸出可調(diào)占空比的高速脈沖。ＰWM模塊程序如下:voｉdPWM_Dｒv_Iniｔ（ｖoid){CCON=0;//初始化PＣＡ控制寄存器CＬ=０;／／初始化ＰＣA計數(shù)器CH＝0;ＣMOＤ=0x0８;CR=1；}voidPWM0_Drv_SetDuty（ｕnsｉgnｅｄｃhａrDutｙＶaluｅ）｛CCAP０H＝CCＡP０L=DｕtyValue;//設(shè)置看空比CＣAPＭ0=0x４2；CR=1;}PWM仿真圖為：4、ＡD轉(zhuǎn)換模塊(完成萬用表功能，即測量開關(guān)電源輸出電壓）STC１２Ｃ5Ａ60S2系列單片機(jī)自帶有８路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，在本實驗中只用到其中的一路,故可以通過軟件設(shè)計選擇其中的一路用來測量電壓。在不需作為A/D轉(zhuǎn)換的端口可以繼續(xù)作為I/O口使用。ＡD轉(zhuǎn)換對特殊功能寄存器的初始化主要有ADC＿CONTR和A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ＡDC＿REＳ(用來存放高八位）﹑ADＣ_RＥＳL（用來存放低兩位）；在AＤＣ_CONＴR中包含有ADC電源控制位AＤＣ_POWＥR,模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位ＳPEＥD1﹑SＰEＥD0,模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位ADC＿FLAG，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ＡDC)轉(zhuǎn)換啟動控制位ADC_SＴAＲT，模擬輸入通道選擇CHS1/CＨS2/CHS3。由于是2套時鐘，在設(shè)置ＡＤC＿ＣONTＲ控制寄存器的語句執(zhí)行之后，要經(jīng)過４個CPU時鐘的延時，其值才能夠保證被這只進(jìn)ADC＿ＣONＴR控制寄存器，所以設(shè)置ＡDＣ_ＣOＮＴＲ控制寄存器后，要加4個空操作延時才能正確讀到AＤC_COＮTR寄存器的值.ADC的結(jié)構(gòu)如下圖所示：AＤ轉(zhuǎn)化模塊的程序為:voiｄＡDC_Dｒv＿Ｄeｍｏ(ｖoiｄ）{if(ADC_Ｆｉｎish_Flag＝=TＲUE）｛ＡDC_Ｆinｉsh_Flag=FALSE；ＡDC_Drｖ＿SｔarｔＣh(ADC＿cｈａnnel）；m=ADC_Ｒesuｌt［ＡＤC_chａnnｅｌ］＊５。0／1024;｝｝5、閉環(huán)控制算法這部分是整個實驗中最重要的部分,該部分主要是通過A/D采集數(shù)據(jù)控制PWM輸出，PWM控制開關(guān)電源輸出，以達(dá)到穩(wěn)定，即讓開關(guān)電源輸出電壓穩(wěn)定在鍵盤輸入的電壓值。針對前面的要求,則需要用單片機(jī)來完成所有的控制與計算。在該實驗中,作為AD采集的端口為P1.７，PWＭ輸出端口為P1。３，在采集完電壓數(shù)據(jù)的時候把數(shù)據(jù)存放在ADC之中，而從鍵盤輸入數(shù)值時,鍵盤上顯示的是一個小數(shù)，但在單片機(jī)中存在中間變量ｔｅmｐ的是一個整數(shù),為小數(shù)的100０倍,因此在引用數(shù)碼管顯示的數(shù)值時要將temp除以１00０才能得到實際的設(shè)置電壓數(shù)值Ｖs；另一方面,采集回來的電壓ADＣ要轉(zhuǎn)換成實際的電壓數(shù)值,則由下面的算法得出：真實值Vｒ＝ADV＊5。0/１０24.0在得到這兩個數(shù)值之后對他們進(jìn)行比較,要是Vr<Ｖs，說明采集回來的電壓偏低，此時則要降低PWＭ輸出脈沖的占空比；同理，當(dāng)Vr〉Vｓ時,則要增大ＰWM輸出脈沖的占空比，由此而使得串聯(lián)開關(guān)電路的輸出電壓與事先所設(shè)置的電壓值相同。實際測得的電壓與設(shè)置的電壓對比表格如下：Ｖs＜0．8０。8０。9１。01．11.21。3１。41.５１.61.7Ｖr—０.790．８90.９81.081.181.2８１。39１。491．5９1.７１.8１。92。０２。12．２2。32．42。5２.６2。72.８2。91。78１．88２。022。０８2。１72.２82．３82。5１2.582。6８2。７82．913.０3.1３。２３.33.43。53．６3。73.83.94.0>4．０2．983。123。193.２83．393。483.5９3。6８3。79３。9６３．9８-通過上面的表格可以看出來，雖然實際測出來的電壓Vr和設(shè)置的電壓Ｖs有一定的誤差，但是總體還是在設(shè)置的電壓附近波動，所能輸出地電壓范圍為0.8v~4.０v。誤差原因分析：(1）單片機(jī)電源不夠穩(wěn)定，在接入電腦后給單片機(jī)提供的電壓小于5Ｖ（2）提供給ＡD轉(zhuǎn)換的參考電壓不夠精確，使轉(zhuǎn)化存在誤差。心得體會通過這次實驗讓我知道理論需要聯(lián)合實際，只有將自己所掌握的知識真正應(yīng)用于實際才算真正的掌握了知識。在剛開始做的時候我對于單片機(jī)的知識理論只是有一些模糊的印象，不能真正掌握單片機(jī)的知識，比如用AD采樣需要用單片機(jī)的哪些管腳,還有數(shù)碼管需要用哪些管腳控制，并且哪些管腳控制段選,哪些控制位選。這些我都不太清楚,但通過請教才會用程序?qū)懗鰜?。雖然這次實驗做出來了，但是我還是有些知識無法真正掌握，比如定時器中斷或定時，所以這次實驗我只能用ｄelay延時來寫.通過這次實驗我還注意到細(xì)節(jié)決定一個程序是否能成功運行,比如我在寫程序是應(yīng)用了ｉf……else格式,可是因為在寫的過程中括號沒對齊，使程序沒能成功運行，經(jīng)過同學(xué)幫忙才成功運行.還有的細(xì)節(jié)就是關(guān)于鍵盤的防抖動問題。總體來說,我通過這次課程設(shè)計不單單學(xué)到了很多單片機(jī)和C5１編程的的知識，更多的是學(xué)會了學(xué)習(xí)的方法,能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的知識用到實驗上面，可以把知識記得更清楚。這還更多地提高了在遇到實際問題時該怎樣解決實際問題的能力.更深入地學(xué)習(xí)Ｃ語言,又可以更多地提高自己的邏輯，思考能力，使思維結(jié)構(gòu)更嚴(yán)謹(jǐn)。希望在以后的學(xué)習(xí)之中可以更多地接觸到這樣的實驗，那樣就可以更好地提高自己的動手能力與對所學(xué)知識的運用能力本實驗C程序源代碼:/＊*＊＊*＊＊**＊*＊**＊*＊*＊*＊＊***＊＊＊*＊＊*＊*＊＊＊**＊*＊＊＊**＊**＊*****＊*＊＊＊*＊*＊＊＊*＊***＊＊＊＊＊＊＊／/*＊*文件名：開關(guān)穩(wěn)壓電源.ｃ＊＊***＊＊*＊*＊＊**＊*＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊**＊*＊*＊*＊*＊＊＊＊**＊********／/＊＊＊功能：設(shè)定電壓初始值,使得輸出電壓值與數(shù)碼管顯示值相同***＊**＊＊＊*＊***＊＊**＊**/／*＊*單片機(jī)型號:STC1２Ｃ5Ａ60S２（帶AD轉(zhuǎn)換與PＷＭ脈寬調(diào)制輸出功能)*＊＊***＊＊＊＊＊*＊＊／／＊*＊*＊**＊***＊＊****＊***＊＊＊＊**＊*＊＊****＊＊*＊*＊*＊＊＊*＊**＊＊***＊*＊＊＊*＊＊＊＊＊＊＊＊＊**＊＊*＊＊＊*//＊＊＊＊**＊****＊****＊＊*＊＊*＊*＊＊＊*＊＊＊*＊＊＊＊＊**＊*＊*＊*＊**＊＊＊＊**＊＊＊＊＊*****＊**＊*＊**＊＊＊＊*＊/#inclｕdｅ”stｃ12c5ａ6０s2。ｈ"＃inｃｌｕｄe〈ｉntrins。ｈ〉＃ｄｅfiｎｅuinｔunsｉgneｄint＃defineuchaｒuｎsignedchａr＃dｅfiｎeTRUE1＃defiｎｅFAＬＳE０ｖoｉｄｄelay（ｕintｚ）；/／延時函數(shù)聲明ｖoiddisplａｙ(floaｔm）;／/顯示函數(shù)聲明voidkey()；//鍵盤掃描函數(shù)voidADC_Dｒv_InｉtＣh（unsigｎedｃｈａrＣhNo）；ｖｏiｄADC_Ｄrv_StaｒｔCｈ（unｓigｎedｃharＣhNo);vｏidＡDＣ_Drｖ_Sｅrvice（voｉd）；ｖｏidADC_Dｒv_Demo（void);voiｄＰWM_Drv_Init（vｏid）；voidPWＭ0_Ｄｒv_SetＤuty（unｓｉgｎｅｄchaｒDutyValue)；ｕchaｒAＤC_channel=7；／/選中哪一個通道的變量（范圍0--7）uｉntＡDC＿Resｕlt[8]＝0；／／保存ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果floａt(yī)m,n;ｕchａｒD；uｃhａｒcoｄeｔable［］={0xｃ0，0xf９，0xa４，0xb0，0x99,0x92，0x82，0xf8,０x80,0x90｝；uchaｒｃodｅgａｏ＿ｔable［］=｛０x40，0ｘ7９,0ｘ2４,０ｘ３０,0ｘ19,0ｘ12};sbitP2_0=P2＾0;sbitＰ2_1=Ｐ2^１；sbitP2_2＝P2^2;sｂｉｔP２_３=Ｐ2^3;ｓbitP2_4=Ｐ2＾４；sbiｔP２_5=P2^5；ｓbitP2_6=Ｐ2^6;sbitP２_7=P2^７；sbｉｔPWM0=P1^3；//定義ＰWM0的輸出端sbiｔP1_5=P1^5;biｔADＣ_Fｉｎｉsh_Flａg=FＡLSE；／/ADC完成標(biāo)志uinta，b，c；ｖoｉdmaｉn（)｛a=０，b=0，c=0,D＝１00；Ｐ1_５=0；ADC＿Dｒｖ_ＩｎitＣh(7)；ＡDＣ_Ｄrｖ_SｔaｒtCｈ(７)；PＷＭ_Ｄrv_Inｉｔ(）；whｉle(1）{kｅy（）;n＝ｃ+0。1＊b+0.01＊a;ＡＤC_Dｒv_Sｅrvice（）；ADC_Dｒv_Deｍo（）;PWＭ０_Dｒｖ_SetDｕｔｙ(D);ｉｆ（m＜n)｛iｆ((m+0。05）＞n)；elｓｅ{if(D<=0）D=0;elｓeD——;}｝if（m>n）{if（(m—0。０５）〈n);elｓe｛if(D〉＝２55）D=２5５；eｌｓｅD+＋;｝｝iｆ（Ｐ1＿5)ｄisｐlaｙ（m）;ｅlseｄisplａy(ｎ)；}｝vｏｉddｅlaｙ（uintz）/／延時函數(shù){uiｎtx，y；ｆor（ｘ=z;x〉0；x—－）for(y=110;ｙ＞0；ｙ--）;}voｉdkｅy（）//鍵盤掃描函數(shù)｛if（Ｐ2_6==0){delay（１0)；／/延時去抖動ｉf（P2_6==０)｛ｗｈilｅ(Ｐ2_6=＝０）；iｆ(a＜9)｛a++；｝eｌsea=０；}｝if（Ｐ2＿5==０){ｄelａy（10）;/／延時去抖動ｉf(Ｐ２_5=＝0)｛ｗｈiｌｅ（Ｐ2_5==０）;if（b<９）{b+＋;｝else（b=0）；｝｝if(P2_４==0)｛delａy(10)；//延時去抖動iｆ(P２_4＝＝0){ｗhiｌｅ(P2_４==0）；iｆ（ｃ＜5）{c＋+;｝ｅlsec＝0;｝}if(Ｐ２_７==０){deｌaｙ(１０)；if(Ｐ2_7＝=０）{ｗhｉle(P2＿7==0);Ｐ1＿5＝！P１_5；｝}｝voiddiｓplay（floａt(yī)x）{ｕintM，N，Ｉ;I=１00*x/100；N=（10０＊x－100＊I）/１０；M=10０＊x－1０0＊Ｉ—10*N；P2_0=0;P0=table[0]；dｅlａy（1０）;P2_０=1；P2＿1=０；P0=ｇao_table［I]；ｄｅlay(１0）；P2＿1＝1;P2_2＝0;P０=tａｂle[Ｎ］；delay(1０)；P2_2＝1;P２_3＝０；Ｐ0＝ｔable［M］；delａｙ（10);P2_3=1；}voidＡDC_Drｖ_ＩnitCh(ｕnｓｉgｎeｄｃhaｒChNo)｛P1ASF=Ｐ1ＡSＦ｜（0x01＜＜ChNｏ)；/／初始化相應(yīng)通道工作在AD模式下｝voｉdAＤＣ＿Dｒv_StartＣh（ｕchaｒChNｏ）//轉(zhuǎn)換啟動｛uintDｅlay=0x０0;P1ASF=P1AＳF｜（0x01<<ChNo）;/／初始化相應(yīng)通道工作在ＡD模式下ＡDC_ＲES=0；/／ＣlｅａrｐreｖｉoｕsresuｌtADC＿COＮＴR=ADC_ＰOWER｜AＤC_SPEEDLL｜AＤC_STAＲT|ChＮo；／／ｆor（Delay=０ｘ0０;Delａy<5０0；Delａy++）；／/AＤCpoｗer-ｏnanddelayIＥ=0xA0｜IE；//可位尋址中斷允許寄存器用于AD中斷EA=1;/／單片機(jī)CPU總中斷}voｉｄＡDC＿Drｖ_Seｒｖice（voiｄ）｛ADC_Result［ADC_chanｎel]=ADＣ＿RＥＳ；ADC_Ｒesult［ＡDC＿channel］=(AＤC_Reｓulｔ［ADC_channｅl]〈〈2）|ADC_RESＬ;ADＣ＿Ｆinisｈ_Flaｇ=TRUE；｝vｏidADC＿Ｄrv＿Deｍo（void）{if（ADC_Fｉnish_Flａｇ==TＲUE)｛ADC_Finiｓh＿Flag=FALSＥ;ADC＿Drｖ_ＳtａｒtCh（ADC_channel）；ｍ＝ADＣ＿Reｓult［AＤC_ｃhａnnｅl]＊5。０／１０24;｝｝voiｄＰＷＭ＿Ｄrｖ_Iｎiｔ（void){CCOＮ=0;//初始化ＰCA控制寄存器CＬ＝０；/／初始化PCA計數(shù)器ＣH=0;CＭOＤ＝0x０８；CR=１;｝vｏiｄPWＭ０＿Drv_SetDuty(unsignedcｈarDuｔyＶaｌue）｛CＣAP0H=CCAＰ０Ｌ=DutyValｕｅ；//設(shè)置看空比ＣCAPM０=０x42；CR=1；}摘要虛擬儀器是當(dāng)今儀器技術(shù)發(fā)展的重點，LabVIEW是一種圖形化編程語言，作為數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件的標(biāo)準(zhǔn)被廣泛性應(yīng)用于工業(yè)界、研究性課題。論文主要研究基于LabVIEW的模擬電路實驗系統(tǒng)的設(shè)計,設(shè)計過程中的虛擬積分微分器采用圖形化編程語言LabVIEW進(jìn)行設(shè)計，通過各種波形信號的輸入，對其各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,然后利用信號選擇器選擇所要輸入的信號，然后經(jīng)過程序的處理之后在前面板上顯示積分微分前后的變化，在波形圖中顯示輸入輸出信號的波形,觀察虛擬積分微分器的結(jié)果，得出結(jié)果與理論分析的結(jié)論是一致的。設(shè)計的積分微分器能對正弦波、方波、三角波等波形進(jìn)行正確顯示和積分微分處理。關(guān)鍵詞:積分器；微分器；LabVIEWTheDesignofAnalogCircuitExperimentSystemBasedonLabVIEWABSTRACTVirtualinstrumentistheinstrumenttechnologydevelopmentfocus，LabVIEWisagraphicalprogramminglanguage,asdataacquisitionandinstrumentcontrolsoftwareiswidelyusedinindustry，academia,researchtopic.ThepapermainlystudiesthedesignofanalogcircuitbasedonLabVIEW，andthedesignprocessofvirtualdifferentialdeviceusesthegraphicalprogramminglanguageLabVIEW，throughvariouswaveformsignalinput，andsetvariousparameters，useasignalselectortoselecttheinputsignal,throughtheprocessoftreatmentinthefrontpaneldisplayintegralanddifferentialchangeinthewaveformdisplay，anddisplaytheinputandoutputsignalonthewaveformgraph,analyzethevirtualintegraldifferentialactuatorresult，theresultiscommonwiththeconclusionofthetheoreticalanalysis。Inthispaper,thedesignofintegraldifferentialdevicecapableofsinewave，squarewave，trianglewave,waveformdisplaycorrectlyanddifferentialtreatment.Keywords:IntegralDevice；DifferentialDevice；LabVIEW目錄TOC\o"1—3"\h\z\u19771摘要I1147ABSTRACTII298941緒論1279531。1課題研究的意義1178511.2本文研究內(nèi)容1239752虛擬儀器簡介3154812。1虛擬儀器的概念3191242。2虛擬儀器發(fā)展史411842.3圖形化編程語言LabVIEW5150972。4LabVIEW的開發(fā)環(huán)境6301513積分微分器介紹7197753.1積分微分運算的原理727823。2積分微分器的設(shè)計方法8130223。3積分微分器的應(yīng)用9208544模擬電路實驗系統(tǒng)仿真設(shè)計11179994.1虛擬儀器VI的設(shè)計11308664.2信號發(fā)生器的實現(xiàn)11264514。2。1基本信號發(fā)生器的實現(xiàn)1288704.2.2模擬信號發(fā)生器的實現(xiàn)13208244。3積分微分器的設(shè)計14319864.3。1積分微分器流程設(shè)計1415394。3.2積分微分器前面板的實現(xiàn)16282574。3.3積分微分器流程圖設(shè)計17299594。3.4積分微分器的調(diào)試過程及其結(jié)果186444。4本章小結(jié)2050395結(jié)論與展望2365155。1結(jié)論23270825。2展望2327535參考文獻(xiàn)241747致謝251緒論1.1課題研究的意義目前，電路和電子技術(shù)實驗是電類專業(yè)學(xué)生必修并且非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，實驗中常用的傳統(tǒng)儀器包括：數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、直流穩(wěn)壓電源等。很多專業(yè)性實驗還需要一些特殊儀器，比如波特儀、直流電橋、邏輯分析儀等。熟練使用儀器是學(xué)生通過實驗必須具備的一個基本技能，但實驗中往往由于學(xué)生緊張，儀器較多，結(jié)果學(xué)生經(jīng)常忙于調(diào)節(jié)儀器而沒有太多時間專注于對實驗原理的研究和實驗結(jié)果的分析，導(dǎo)致實驗的效果并不理想，也不利于學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)和提高。虛擬儀器的設(shè)計思想是基于計算機(jī)的強(qiáng)大功能,采用接口標(biāo)準(zhǔn)化的硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,而對數(shù)據(jù)的分析、處理、顯示則通過軟件編程實現(xiàn)，即采用“軟面板"，用戶自己定義儀器功能。我們可以在通過電路實驗練習(xí)掌握傳統(tǒng)儀器，在這種基礎(chǔ)之上接觸并學(xué)習(xí)虛擬儀器，并將虛擬儀器運用到電子技術(shù)實驗中，就可以減少對儀器問題的困惑，而使我們分析及解決問題能力得以提升，并且可以早點通過使用虛擬儀器提前與專業(yè)接觸,更有利于與后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)和提高[1].積分微分器的實質(zhì)是對信號進(jìn)行處理，傳統(tǒng)的積分微分器的設(shè)計是用窗口函數(shù)將理想積分微分器的脈沖響應(yīng)截斷來實現(xiàn)的，不同的窗口函數(shù)以及不同的窗口寬度對設(shè)計的積分微分器都有較大的影響.對于虛擬儀器來說,則具有豐富的函數(shù)功能、數(shù)值分析、可編程性以及直觀等眾多優(yōu)勢。因此,研究虛擬積分微分器具有十分重要的實際意義.LabVIEW是一種圖形化編程語言，作為數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件的標(biāo)準(zhǔn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究性實驗室.LabVIEW是功能強(qiáng)大、靈活的多平臺儀器和分析軟件系統(tǒng)。通過采用虛擬儀器開發(fā)語言LabVIEW開發(fā)一個積分微分器，闡述基于LabVIEW的虛擬儀器在模擬電路實驗中應(yīng)用的實踐性,并完成系統(tǒng)的仿真調(diào)試，讓學(xué)生能夠真正地的理解并完全地掌握LabVIEW技術(shù).1.2本文研究內(nèi)容本文要求結(jié)合虛擬儀器技術(shù)和軟件編程技術(shù)完成設(shè)計并實現(xiàn)一個虛擬積分微分器，完成對系統(tǒng)的檢測與調(diào)試。整個系統(tǒng)分兩個部分，即硬件部分與軟件部分，硬件部分主要由計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集模塊組成.數(shù)據(jù)采集模塊可采用模擬仿真信號或者數(shù)據(jù)采集卡，本文重點放在積分微分器的參數(shù)設(shè)置和功能設(shè)計的實現(xiàn)。本文首先進(jìn)行虛擬積分微分器的整體設(shè)計，掌握虛擬儀器的軟件編程環(huán)境LabVIEW的使用。然后,用LabVIEW編程實現(xiàn)虛擬儀器的采集模塊、參數(shù)測量模塊、積分微分處理模塊的設(shè)計.再進(jìn)行檢測仿真。本文文章的主要安排：第一章:緒論部分，綜述本文的可以研究意義、內(nèi)容及其背景。第二章:虛擬儀器的發(fā)展史和概念，以及圖形化編程語言LabVIEW軟件的基本介紹。第三章：積分微分器的介紹，比如積分微分運算、原理及其應(yīng)用等.第四章：本文的關(guān)鍵部分，即對虛擬儀器VI的設(shè)計和積分微分器的設(shè)計，主要是前面板和程序框圖的設(shè)計，將所設(shè)計的虛擬積分微分器進(jìn)行實驗，驗證所設(shè)計的虛擬積分微分器運行可靠.第五章:論文總結(jié).2虛擬儀器簡介虛擬儀器是上世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)的一種新型儀器，是現(xiàn)代實驗室的基礎(chǔ).虛擬儀器由計算機(jī)、軟件、模塊式硬件組成，這些軟硬件組合并它配置后模擬了傳統(tǒng)的硬件儀器功能.虛擬儀器也稱為LabVIEW程序.由于其功能是由用戶軟件定義的，所以虛擬儀器功能非常靈活、強(qiáng)大而又經(jīng)濟(jì)。因此，虛擬儀器代表了當(dāng)前測試儀器發(fā)張的方向之一，使人類的測試技術(shù)進(jìn)入了一個新時代。2。1虛擬儀器的概念虛擬儀器簡稱VI,是美國國家儀器公司于1976年最早提出的［2］。它既具有傳統(tǒng)儀器的功能，又區(qū)別于其他系統(tǒng)儀器，它能充分發(fā)揮利用計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使儀器的測量和測試以及調(diào)試仿真等變得簡單.虛擬儀器是現(xiàn)代實驗室的基礎(chǔ),其由計算機(jī)、應(yīng)用軟件和模塊式硬件組成，也稱之為LabVIEW程序。由于其功能是由用戶軟件定義的，所以虛擬儀器功能非常靈活、強(qiáng)大而又經(jīng)濟(jì)。虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序把計算機(jī)的功能模塊和儀器硬件部分結(jié)合在一起,用戶通過虛擬前面板來操作計算機(jī)從而完成對信號的采集、分析、仿真、顯示等。虛擬儀器的實質(zhì)就是充分利用計算機(jī)技術(shù)來實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的功能.系統(tǒng)框圖如圖2—1所示。應(yīng)用軟件開發(fā)應(yīng)用軟件開發(fā)儀器驅(qū)動程序通信管理儀器驅(qū)動程序通信接口儀器接口VXIGPIB其他串口圖2-1虛擬儀器系統(tǒng)框圖2。2虛擬儀器發(fā)展史虛擬儀器是現(xiàn)代實驗的基本組成部分，虛擬儀器的發(fā)展主要經(jīng)歷了五個重要的時代，下邊將各個時代的主要儀器代表作出簡單介紹。第一模擬時代以電磁感應(yīng)基本原理為基礎(chǔ)的指針式儀器，如電流電壓表，萬用表等。第二代分立元件式儀器20世紀(jì)50年代出現(xiàn)電子管、60年代出現(xiàn)晶體管，從此測試儀器就進(jìn)入了電子晶體管時代。第三代數(shù)字化儀器20世紀(jì)70年代,隨著集成電路的出現(xiàn),出現(xiàn)了以集成芯片為基礎(chǔ)的第三代儀器,代表有數(shù)字萬用表、數(shù)字頻率儀等.第四代智能儀器微電子技術(shù)的微處理器的出現(xiàn)，使虛擬儀器進(jìn)入了以微處理器為基礎(chǔ)的時代。虛擬儀器虛擬儀器出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代，它是一種新型儀器,它具有超越性，它將以前由硬件完成的信號處理工作交由計算機(jī)軟件進(jìn)行處理完成，從而使儀器的硬件功能的軟件化，給測試帶來了巨大的改進(jìn)，可以說，虛擬儀器的誕生是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領(lǐng)域的一次新的改革.因此，虛擬儀器代表了當(dāng)前測試儀器發(fā)展的方向，使人類的測試技術(shù)進(jìn)入了一個新時代。我國基本還處于傳統(tǒng)儀器跟計算機(jī)儀器分離的狀態(tài)，結(jié)合我國的基本情況,我們必須一邊引進(jìn)先進(jìn)儀器設(shè)備,一邊自行研究開發(fā)，才能使我國在虛擬儀器這塊領(lǐng)域站住腳。發(fā)展基于計算機(jī)的插卡式硬件模塊為主的測控技術(shù)，發(fā)展以圖形化為基礎(chǔ)的軟件，充分利用我們現(xiàn)有的計算機(jī)及測控技術(shù)硬件，縮短與國際先進(jìn)水平的差距.隨著計算機(jī)跟測控技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器的性能、集成、網(wǎng)絡(luò)等都將有所提升［3].虛擬儀器不僅能實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能,而且還具有傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)點。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的區(qū)別如表2-1所示.表2-1虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的區(qū)別虛擬儀器傳統(tǒng)儀器用戶自定義儀器功能只有廠家才能定義儀器功能關(guān)鍵是軟件，系統(tǒng)性能強(qiáng)關(guān)鍵是硬件，系統(tǒng)性能一般可與網(wǎng)絡(luò)連接與其他設(shè)備連接受限制技術(shù)更新時間短技術(shù)更新時間長數(shù)據(jù)可以編程、打印數(shù)據(jù)無法進(jìn)行此操作維護(hù)費用較低維護(hù)費用高價格低廉價格昂貴開放、靈活性強(qiáng)封閉性、配合差2。3圖形化編程語言LabVIEWLabVIEW是LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench的縮寫，它是一個使用圖形符號來編寫程序的編程環(huán)境。LabVIEW是一個功能強(qiáng)大的仿真工具，常用于從外部數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并擁有眾多與這些功能實現(xiàn)相關(guān)的VI.LabVIEW可以通過GPIB總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸[3].它它不同于傳統(tǒng)的編程語言，如C語言，C++或Java,這些語言使用文本方式編程。然而，LabVIEW不僅僅是一種編程語言,它還是為科學(xué)家和工程師等設(shè)計的一種編程開發(fā)環(huán)境和運行系統(tǒng),編程知識這些人工作的一部分.主要以框圖形式編寫程序，用于數(shù)據(jù)采集、儀器控制等領(lǐng)域，作為一個比較完整的軟件開發(fā)環(huán)境，它為我們提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡化方法,可以大大提高工作效率.一個完整的LabVIEW程序包括三個主要的組成部分,即前面板、框圖和圖標(biāo)。簡單的說，前面板就是一個窗口,用戶通過它與程序交互。當(dāng)運行VI時，必須打開前面板，以便向執(zhí)行程序輸入數(shù)據(jù)。前面板主要由控件和指示器組成，控件可以讓用戶輸入數(shù)值，向VI的框圖提供數(shù)據(jù)。指示器顯示由程序產(chǎn)生的輸出信息。用戶可以使用鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)入輸入,然后在屏幕上觀察程序產(chǎn)生的結(jié)果?？驁D保存LabVIEWVI的圖形源代碼，由LabVIEW的圖形化編程語言構(gòu)成?？驁D是實際可以執(zhí)行的程序,前面板上的對象對應(yīng)于框圖上的終端，這樣數(shù)據(jù)可以從用戶傳送到程序及再傳回用戶.圖標(biāo)是VI的圖形表示，用于把LabVIEW程序變成一個子程序，以便在其他程序中調(diào)用。2。4LabVIEW的開發(fā)環(huán)境所有的labVIEW應(yīng)用程序都是由前面板、流程圖以及圖框三部分組成［4]。（1)前面板：是圖形用戶界面，用戶輸入控制和輸出顯示來構(gòu)成.控制是用戶輸入數(shù)據(jù)到程序的接口,而顯示是輸出程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)接口。控制和顯示是用各種圖形形式顯示在前面板，具體表現(xiàn)為：旋鈕、開關(guān)、圖形圖標(biāo)以及其他控件和顯示的對象等，這使用戶界面更加直接觀察和理解。（2）程序框圖：由節(jié)點、端點、圖框和連接線四種元素構(gòu)成。labVIEW有兩種節(jié)點類型,函數(shù)節(jié)點和子VI節(jié)點.labVIEW以編譯好的機(jī)器代碼供用戶使用，而子VI節(jié)點是以圖形語言形式提供給用戶，用戶可訪問和修改任一子VI的節(jié)點代碼，但無法對函數(shù)節(jié)點進(jìn)行修改。圖框是labVIEW實現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)控制命令的圖形表示.如循環(huán)控制和順序控制等，編程人員可以使用它們控制VI程序的執(zhí)行方式。代碼接口節(jié)點是框圖程序與用戶提供C語言文本程序的接口.3積分微分器介紹3.1積分微分運算的原理積分電路積分電路可以完成對輸入電壓的積分運算，即其輸出電壓與輸入電壓成正比.反向積分電路如圖所示，電容C引入交流并聯(lián)電壓負(fù)反饋,運放工作在線性區(qū)［5]。由于積分運算是對瞬時值而言的，所以各電流電壓均采用瞬時值符號.積分電路如圖3-1所示，若輸入電壓為階躍電壓，并設(shè)定uc=0,則t≥0時,由于u1=E，所以,（3-1)圖3—1積分電路微分電路微分是積分的逆運算,輸出電壓與輸入電壓呈微分關(guān)系。微分電路如圖3-2所示。圖3—2微分電路圖中R引入并聯(lián)電壓負(fù)反饋，運放工作在線性區(qū)［5］。因為i-=0，并且“-"端是虛地，所以（3-2）可見u0與輸入電壓uI成正比。3.2積分微分器的設(shè)計方法基于DSPbuilder數(shù)字積分微分器的設(shè)計首先要利用Matlab對所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行理論數(shù)值仿真，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字保密系統(tǒng)的設(shè)計。該設(shè)計主要是利用Matlab中的DSPBuilder工具箱。在該設(shè)計過程中，用到加法器、乘法器、減法器、放大器、延時器、數(shù)據(jù)選擇器、積分器、階躍脈沖信號發(fā)生器、微分器等。該方法設(shè)計出的積分微分器主要應(yīng)用于數(shù)字仿真，也可用于線性和非線性微分方程的數(shù)字求解［6]。（2）虛擬積分微分器主要實現(xiàn)對波形進(jìn)行積分和微分處理,在信號積分微分器界面中，通過對前面板上控件的設(shè)定或者改變信號的類型、頻率、相位、幅度和偏移量等，采用LabVIEW中設(shè)計的典型信號模塊來實現(xiàn)對仿真信號的生成.將仿真信號生成和函數(shù)處理經(jīng)過必要的連接就構(gòu)成了積分微分器流程圖,同時也可對延時時間進(jìn)行設(shè)置,然后在波形顯示控件中會分別顯示信號積分微分前后波形的變化。在信號顯示過程中可以通過信號重置按鈕來選擇更換信號的類型.3.3積分微分器的應(yīng)用（1）微分器在跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用微分器在迅速精確地獲取被跟蹤目標(biāo)的速度和加速度對于一些系統(tǒng)是至關(guān)重要的,如防御系統(tǒng)中的導(dǎo)彈攔截系統(tǒng).在大多數(shù)情況下，采用差分方法來近似的估計信號的導(dǎo)數(shù)。通常情況下，由于噪聲存在于幾乎所有的信號中，通過這種方法不能正確地估計出信號的導(dǎo)數(shù).卡爾曼濾波器可以被用來抑制擾動，同時求取信號的導(dǎo)數(shù),然而，需要有對象的模型，這限制了信號的通用性，需要對被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的了解，采用不基于對象模型的信號導(dǎo)數(shù)求取方法,設(shè)計各種適合于工程實際的微分器就可以解決這種問題［7］。（2）微分器在汽輪機(jī)上的應(yīng)用在汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋通道上設(shè)置微分器，來加快調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)速度、提高系統(tǒng)的性能是設(shè)計中常用的方法。微分器在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中已有多處應(yīng)用：目前汽輪發(fā)電機(jī)組的容量越來越大,轉(zhuǎn)子時間常數(shù)相對減小，甩負(fù)荷后的最高飛升轉(zhuǎn)速提高,對汽輪發(fā)電機(jī)組的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，為避免甩負(fù)荷后的最高飛升轉(zhuǎn)速超過極限值，往往在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速反饋通道上設(shè)置微分器，來增寬頻帶，加快調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)速度在功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，在轉(zhuǎn)速反饋通道中設(shè)置微分器,以獲取角加速度信號來克服“反調(diào)”現(xiàn)象門；為抑制電力系統(tǒng)的低頻振蕩，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)速反饋通道上并聯(lián)二階超前網(wǎng)絡(luò)，用來補(bǔ)償調(diào)速器和汽輪機(jī)的相角滯后,提供正值阻尼力矩，這一環(huán)節(jié)亦具有微分器的作用。微分器能夠提高系統(tǒng)的高頻增益,雖然在應(yīng)用中常以實際微分來代管理想微分環(huán)節(jié)，但對高頻信號仍有一定的放大作用。（3)智能積分器在穩(wěn)態(tài)誤差中的應(yīng)用在傳統(tǒng)控制中，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，常常根據(jù)參考輸入的形式，采用串接適量的積分器的方法.這種方法由于積分器的相位滯后特性,在暫態(tài)過程中積累了大量沒用的誤差信號,使系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)變壞，甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)要求設(shè)計一個智能積分器，既能實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無差,又能將系統(tǒng)中的誤差信息丟掉，系統(tǒng)僅僅記憶保留有效的誤差信息，從本質(zhì)上消除了積分作用對暫態(tài)響應(yīng)的不利影響，同時還發(fā)揮了積分的積極作用.當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)無干擾時,系統(tǒng)等效于開環(huán)系統(tǒng).4模擬電路實驗系統(tǒng)仿真設(shè)計模擬電路是指處理模擬信號的電子電路，其中模擬信號是指時間跟幅度都連續(xù)的信號（連續(xù)的含義是在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個數(shù)值)。模擬信號中當(dāng)圖像信息和聲音信息發(fā)生改變時，信號的波形也會改變，即模擬信號待傳播的信息包含在波形之中(信息變化規(guī)律直接反映在模擬信號的幅度、頻率、相位的變化上）。本設(shè)計中將通過對信號發(fā)生器及積分微分器的設(shè)計來實現(xiàn)對模擬電路實驗的仿真。4。1虛擬儀器VI的設(shè)計（1)在虛擬儀器前面板設(shè)置窗口控件，并創(chuàng)建“流程圖”中的端口。首先在前面板開發(fā)窗口使用工具模塊中的相應(yīng)工具,從控制面板中取出和放置好所需要的軟件，進(jìn)行控件屬性參數(shù)設(shè)置，標(biāo)貼文字說明標(biāo)簽。前面板是模仿實際儀器的面板，通過鼠標(biāo)和鍵盤為控制對象輸入數(shù)據(jù),然后在計算機(jī)屏幕上顯示結(jié)果.（2)編寫試驗系統(tǒng)的流程圖，虛擬儀器從流程圖中接受命令。在流程圖編輯窗口，放置節(jié)點、圖框,并創(chuàng)建前面板控件,在流程圖編輯窗口使用工具模板中相應(yīng)工具,從Functions模板中取用并放置好所需要的圖標(biāo)，它們是流程圖中的“節(jié)點"、“圖框”。（3)數(shù)據(jù)流編輯，是使用連接工具按數(shù)據(jù)流的方向?qū)⒍丝?、?jié)點、圖框相連,實現(xiàn)數(shù)據(jù)從源頭按規(guī)定的運行方式達(dá)到目的終點.（4）運行檢驗,有兩種檢驗方法，即仿真檢驗和實測檢驗。（5）數(shù)據(jù)觀察。當(dāng)檢驗觀察中發(fā)現(xiàn)錯誤時，用鼠標(biāo)點擊“HighlightExecution"按鈕,觀察數(shù)據(jù)流中各個節(jié)點的數(shù)值。(6）命令存盤，保存設(shè)計好的虛擬儀器VI。4。2信號發(fā)生器的實現(xiàn)信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測信號的儀器。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)信號、脈沖信號和隨機(jī)信號等四大類。信號發(fā)生器又稱為信號源或者振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。4.2。1基本信號發(fā)生器的實現(xiàn)基本信號發(fā)生器是用來產(chǎn)生各種常用的信號波形,包括正弦信號、余弦信號、方波信號、三角波信號、鋸齒波信號等。用到的函數(shù)是BasicFunctionGenerator函數(shù)，其中用輸入控件來控制信號的類型、頻率、幅值和相位等參數(shù)，用圖表顯示信號波形.基本信號發(fā)生器的前面板及流程圖如圖4-1，4—2所示。圖4-1基本信號發(fā)生器前面板圖圖4—2基本信號發(fā)生器流程圖4。2。2模擬信號發(fā)生器的實現(xiàn)模擬信號發(fā)生器用函數(shù)SimulateSignal來實現(xiàn)，將信號的幅值、頻率、相位等參數(shù)放在一個簇來完成，模擬信號波形用WaveformGraph來顯示，通過改變信號的參數(shù)可以得到不同的波形。模擬信號發(fā)生器的前面板和流程圖如圖4—3，4-4所示.圖4-3模擬信號發(fā)生器前面板圖圖4—4模擬信號發(fā)生器流程圖4。3積分微分器的設(shè)計（1)儀器面板圖采用WaveformGraph來顯示信號積分微分前后的波形，信號類型可以選擇波形的類型（如正弦波、方波、三角波或鋸齒波），可以通過前面板上的按鈕（幅值、頻率、相位和偏移量）來設(shè)定仿真信號的一些參數(shù)[9]。（2）仿真信號的生成采用LabVIEW中設(shè)計的典型信號生成模塊。將仿真信號生成和函數(shù)處理經(jīng)過必要的連接放入一個Whlie循環(huán)結(jié)構(gòu)中就構(gòu)成了積分微分器流程圖。4.3。1積分微分器流程設(shè)計積分微分器的流程圖如圖4—5所示。開始開始進(jìn)入信號積分微分進(jìn)入信號積分微分選擇信號的類型選擇信號的類型波形參數(shù)設(shè)定波形參數(shù)設(shè)定信號在波形圖中的顯示NN是否重置是否重置YY波形繼續(xù)掃描波形繼續(xù)掃描返回返回圖4—5積分微分器流程圖程序運行過程如圖4-6所示：波形的選擇（正弦波、方波、三角波等）程序運行設(shè)置參數(shù)（延時、幅值、頻率、相位、偏移量）波形的選擇（正弦波、方波、三角波等）程序運行設(shè)置參數(shù)（延時、幅值、頻率、相位、偏移量）積分微分處理環(huán)節(jié)觀察經(jīng)過積分微分前后波形積分微分處理環(huán)節(jié)觀察經(jīng)過積分微分前后波形信號重置信號重置圖4-6程序運行過程圖參數(shù)設(shè)置主要對輸入波形的類型還有參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如正弦波、方波、三角波、鋸齒波等設(shè)置，還有進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，如頻率、振幅、偏移量、延時、相位進(jìn)行設(shè)置。參數(shù)設(shè)置如圖4-7和表4—1所示。圖4—7參數(shù)設(shè)置圖表4-1信號參數(shù)參數(shù)說明信號類型模擬信號的類型，如正弦波、方波等相位（Phase）指定信號的初始相位，單位為度偏移量（Offset）信號的直流偏移量頻率（Frequency）波在單位時間完成周期性變化的次數(shù)幅值（Amplitude）單位周期出現(xiàn)的最大值,或者叫峰值重置信號重新對輸入信號進(jìn)行設(shè)置4。3。2積