使用NI-LabVIEW和NI-Multisim實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路和模擬電路的聯(lián)合仿真.doc

使用NI LabVIEW和NI Multisim實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路和模擬電路的聯(lián)合仿真概覽以下文檔介紹了如何在NI LabVIEW和Multisim軟件之間實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的聯(lián)合仿真。學(xué)習(xí)如何使用LabVIEW來(lái)改變Multisim軟件中的一個(gè)串聯(lián)RLC電路中直流電源的電壓輸出值，然后將仿真后的電路輸出電壓回傳給LabVIEW，并在LabVIEW顯示圖形中進(jìn)行顯示。目錄1. 簡(jiǎn)介2. 軟件需求3. 在Multisim中創(chuàng)建一個(gè)模擬電路4. 在LabVIEW中創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字控制器5. 在LabVIEW 和Multisim之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真6. 結(jié)論7. 相關(guān)鏈接簡(jiǎn)介在設(shè)計(jì)和分析一些完整系統(tǒng)(例如電力和機(jī)械行業(yè)的一些工程應(yīng)用)的時(shí)候，您需要有效地在模擬部分和數(shù)字部分之間進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的平臺(tái)不能準(zhǔn)確地將模擬和數(shù)字部分進(jìn)行綜合仿真，所以設(shè)計(jì)錯(cuò)誤會(huì)影響到物理原型，進(jìn)而造成低效率而且冗長(zhǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程?，F(xiàn)在，使用具有全新聯(lián)合仿真能力的Multisim和LabVIEW，您可以為整個(gè)模擬及數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)出精確的，閉環(huán)逐點(diǎn)仿真。軟件需求在開(kāi)始LabVIEW和Multisim的聯(lián)合仿真之前，你必須按照順序安裝下面的軟件。1. 安裝LabVIEW 2011完整版/專業(yè)版或更新的版本2.安裝LabVIEW控制設(shè)計(jì)與仿真模塊2011或更新版本3. 安裝Multisim 12.0或更新版本。在安裝Multisim的過(guò)程中選擇安裝NI LabVIEW-Multisim Co-Simulation 插件。4.現(xiàn)在，你已經(jīng)成功安裝了LabVIEW與Multisim聯(lián)合仿真所需的開(kāi)發(fā)環(huán)境。在Multisim中創(chuàng)建一個(gè)模擬電路1. 放置一個(gè)壓控電壓源，這樣在仿真的過(guò)程中就可以使用LabVIEW來(lái)調(diào)整直流電壓輸出值。右鍵單擊，從彈出的快捷菜單中選擇放置元件。選擇以下參數(shù)：數(shù)據(jù)庫(kù):Master Database元件組:Sources類別:Controlled_Voltage_Sources元件:Voltage_Controlled_Voltage_Source點(diǎn)擊確認(rèn)來(lái)將元件放置到電路原理圖上。雙擊該元件可以改變控制電壓與輸出電壓的比率。如果設(shè)置比率為1 V/V，那么當(dāng)LabVIEW改變1V的時(shí)候，Multisim中的壓控電壓源也會(huì)改變1V。2. 在電路圖上放置電阻，電容和電感。使用以下參數(shù)的理想元件：數(shù)控庫(kù):Master Database元件組:Basic類別:CAPACITOR, INDUCTOR, RESISTOR元件:C=50 F, I=20 mH, R=10 隨著Multisim 12.0的發(fā)布，您可以使用非理想電阻，電容和電感，添加元件的寄生參數(shù)。對(duì)非理想元件，使用以下參數(shù)：數(shù)控庫(kù):Master Database元件組:Basic類別:NON_IDEAL_RLC元件:NON_IDEAL_CAPACITOR, NON_IDEAL_INDUCTOR, NON_IDEAL_RESISTOR放置元件以后，你必須雙擊每一個(gè)元件來(lái)改變非理想元件的值。這個(gè)時(shí)候也同時(shí)可以修改可靠的寄生參數(shù)。3. 最后，在電路圖中放置電路的地。在選擇元件對(duì)話框中，選擇以下參數(shù)：數(shù)據(jù)庫(kù):Master Database元件組:Sources類別:Power Sources元件:Ground4. 現(xiàn)在，你已經(jīng)可以在電路圖中添加LabVIEW交互接口，用以與LabVIEW仿真引擎之間的數(shù)據(jù)收發(fā)。這些Multisim中的接口是分級(jí)模塊(Hierarchical Block)和子電路(Sub-Circuit)接口(HB/SC)。右鍵點(diǎn)擊鼠標(biāo)并從彈出的快捷菜單中選擇Place on schematicHB/SC，或者簡(jiǎn)單地點(diǎn)擊鍵盤。放置一個(gè)HB/SC接口在電路圖的左上方，另一個(gè)放置在右上方。按住Ctrl并點(diǎn)擊R將第二個(gè)接口旋轉(zhuǎn)180度。按照下圖將電路與接口連接起來(lái)。5. 然后，你必須打開(kāi)LabVIEW Co-simulation Terminals窗口來(lái)將HB/SC接口設(shè)置為針對(duì)LabVIEW的輸入或者輸出。瀏覽到ViewLabVIEW Co-simulation Terminals。注意前面放置在本窗口中的HB/SC接口，為了將各個(gè)接口配置為輸入或者輸出，在模式設(shè)置中選擇所需要的選項(xiàng)，然后可以在類型設(shè)置中將各個(gè)接口設(shè)置為電壓或者電流輸出/輸出。最后，如果你想將放置的輸入輸出接口設(shè)置為不同的功能對(duì)，你可以選擇Negative Connection。將IO1配置為輸入，然后將IO2配置為輸出。6. 注意Multisim design VI preview會(huì)根據(jù)你所作的選擇的不同不斷更新。這個(gè)預(yù)覽是之后你會(huì)放入LabVIEW用作與Multisim電路交互的虛擬儀器(VI)。如果你希望改變這個(gè)Multisim VI中輸入與輸出接口的名字，可以修改LabVIEW Terminal設(shè)置中的文本。例如，為輸入和輸出模塊更改Voltage_In和Voltage_Out文本。7.完整的電路包括一個(gè)與電感，電容和電阻串聯(lián)的壓控電壓源。壓控電壓源的輸出電壓由LabVIEW中的一個(gè)控件控制，RLC濾波器的輸出傳送回給LabVIEW，然后在圖形化顯示控件中將輸入電壓和輸出電壓同時(shí)進(jìn)行顯示，以便于比較。下圖給出了Multisim的設(shè)計(jì)片段（Multisim Design Snippet），你可以將該片段直接拖放到Multisim環(huán)境中，將自動(dòng)生成代碼。8. 保存Multisim設(shè)計(jì)于一個(gè)常用的位置，這樣你可以在編寫LabVIEW的時(shí)候再次調(diào)用它?，F(xiàn)在你可以進(jìn)行LabVIEW VI的編程，以完成與Multisim的通訊。在LabVIEW中創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字控制器1.要在LabVIEW和Multisim之間傳送數(shù)據(jù)，首先需要使用LabVIEW中的控制與仿真循環(huán)(Control & Simulation Loop)。瀏覽到LabVIEW的程序框圖(后面板)，右鍵點(diǎn)擊，打開(kāi)函數(shù)選板，瀏覽到Control Design & SimulationSimulationControl & Simulation Loop。左鍵點(diǎn)擊，并將其拖放到程序框圖上。2.要修改控制仿真循環(huán)的求解算法和時(shí)間設(shè)置，雙擊輸入節(jié)點(diǎn)，打開(kāi)Configure Simulation Parameters窗口。輸入如下圖的參數(shù)；在這些選項(xiàng)中使用本文后面提供參數(shù)，可以有效地在LabVIEW的波型圖表中顯示數(shù)據(jù)。你也可以根據(jù)自己的需求改變這些參數(shù)。3. 現(xiàn)在，在你的VI中添加仿真掛起(Halt Simulation)函數(shù)來(lái)停止控制仿真循環(huán)。右鍵點(diǎn)擊，打開(kāi)函數(shù)選板，瀏覽到Control Design & SimulationSimulationUtilitiesHalt Simulation。左鍵點(diǎn)擊，并將其拖放到程序框圖上，然后在布爾輸入上右鍵點(diǎn)擊并選擇CreateControl。這樣就可以在VI的前面板上創(chuàng)建一個(gè)布爾控件來(lái)控制程序的掛起，來(lái)停止仿真VI的運(yùn)行。4.接下來(lái)，將管理LabVIEW和Multisim仿真引擎之間通訊的Multisim Design VI放置到程序框圖中。右鍵點(diǎn)擊，打開(kāi)函數(shù)選板，瀏覽到Control Design & SimulationSimulationExternal ModelsMultisimMultisim Design，左鍵點(diǎn)擊，并將其拖放到控制與仿真循環(huán)之中，注意，這個(gè)VI必須放置到控制仿真循環(huán)中。當(dāng)你將Multisim Design VI放置到程序框圖上以后，會(huì)彈出選擇一個(gè)Multisim設(shè)計(jì)（Select a Multisim Design）對(duì)話框。在對(duì)話框中你可以直接輸出文件的路徑，或者瀏覽到文件所在的位置來(lái)進(jìn)行指定?，F(xiàn)在Multisim Design VI會(huì)生成接線端，接線端的形式與Multisim環(huán)境中的Multisim Design VI預(yù)覽一致，具有相對(duì)應(yīng)的輸入與輸出。如果接線端沒(méi)有顯示出來(lái)。左鍵點(diǎn)擊下雙箭頭，展開(kāi)接線端。5. 要向Multisim中的電路傳送數(shù)據(jù)，你必須首先在前面板上創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字控件。可以通過(guò)右鍵點(diǎn)擊輸入接線端，Voltage_In，然后選擇CreateControl來(lái)方便地完成創(chuàng)建命令。這樣就能夠在程序框圖中放置一個(gè)數(shù)字控件的接線端，并且該接線端已經(jīng)連接到了Multisim VI的輸入上。程序框圖中的控件在前面板上有一個(gè)對(duì)應(yīng)的控件。這就是LabVIEW中的用戶界面。可以按來(lái)快速地在前面板和程序框圖之間進(jìn)行切換。如果你想要改變前面板中數(shù)字控件的外觀，你可以調(diào)整它的大小，并隨意移動(dòng)它。同樣，你也可以用一個(gè)轉(zhuǎn)盤，旋鈕，滑動(dòng)桿來(lái)代替這個(gè)控件，還可以右鍵點(diǎn)擊該控件，選擇ReplaceSilverNumeric，然后你需要的數(shù)字控件。雙擊控件的最大值和最小值可以調(diào)整控件的可調(diào)范圍。這里，我們將范圍設(shè)置為-25到25。6.要將Multisim中的數(shù)據(jù)顯示到LabVIEW中，你需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)顯示控件來(lái)展示數(shù)據(jù)。因?yàn)槟阈枰瑫r(shí)顯示輸入電壓和Multisim仿真以后的輸出電壓結(jié)果，一個(gè)波型圖表可以做得很好。在前面板的空白位置點(diǎn)擊右鍵，瀏覽到SilverGraphWaveform Chart (Silver)，放置并調(diào)整大小。7. 為了準(zhǔn)確地將輸入電壓和輸出電壓顯示在一起，你需要將兩個(gè)信號(hào)創(chuàng)建到一個(gè)數(shù)組中，右鍵點(diǎn)擊程序框圖，瀏覽到ProgrammingArrayBuild Array函數(shù)，左鍵點(diǎn)擊并將其拖放到程序框圖中。將你的鼠標(biāo)指針?lè)诺紹uild Array函數(shù)下面中間位置，會(huì)變成大小調(diào)整指針，然后左鍵點(diǎn)擊，拖動(dòng)函數(shù)，將Build Array函數(shù)調(diào)整會(huì)兩個(gè)輸入端口。將電壓調(diào)控件的輸出端連接到上面的輸入端口，然后將Multisim Design VI的輸出電壓Voltage_Out端口連接到下面的輸入端口上。這樣就可以創(chuàng)建一個(gè)兩個(gè)元素的一維數(shù)組。8. 最后，你需要在循環(huán)中放置一個(gè)函數(shù)來(lái)創(chuàng)建仿真時(shí)間波型以正確地顯示兩個(gè)波型。右鍵點(diǎn)擊程序框圖并瀏覽到Control Design & SimulationSimulationGraph UtilitiesSimulation Time Waveform。這個(gè)VI會(huì)自動(dòng)地放置一個(gè)波型圖表。方便地刪除點(diǎn)這個(gè)新的圖表，并將Simulation Time Waveform VI輸出端連接重新連接到已經(jīng)創(chuàng)建好的波型圖表上。將Build Array函數(shù)的輸出端連接到Simulation Time Waveform的輸入端上。9. 如果想要?jiǎng)?chuàng)建更具有可讀性的波型圖表。瀏覽到前面板，右鍵點(diǎn)擊波型圖表，選擇屬性，瀏覽到顯示格式選項(xiàng)卡，在類型中選擇自動(dòng)格式，在位數(shù)中選擇4。然后瀏覽到縮放選項(xiàng)卡，取消時(shí)間(X軸)的自動(dòng)縮放。最后，從時(shí)間(X軸)切換到幅值（Y軸），同樣取消其自動(dòng)縮放。這樣就可以將圖表的范圍固定下來(lái)。點(diǎn)擊確認(rèn)應(yīng)用所作的修改。10. 接下來(lái)，雙擊幅值標(biāo)尺的最大值和最小值，分別輸入40和-40。這樣就可以顯示超過(guò)范圍的顯示值。雙擊時(shí)間軸的最大值，將該值設(shè)置為0.25，或250毫秒。11.保存這個(gè)LabVIEW VI到一個(gè)常用的位置，最好是與前面創(chuàng)建的Multisim設(shè)計(jì)放置在一個(gè)路徑下面，因?yàn)樗麄兪且粋€(gè)仿真應(yīng)用組。下圖給出了該程序的VI片段，你可以拖放到一個(gè)空白的LabVIEW VI中，它會(huì)自動(dòng)生成代碼。點(diǎn)擊more information about LabVIEW VI Snippets了解更多相關(guān)信息。現(xiàn)在你已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行LabVIEW和Multisim聯(lián)合仿真了。注意:一些瀏覽器不支持拖放LabVIEW VI片段功能。一個(gè)解決的辦法是右鍵點(diǎn)擊圖片，選擇Save image as來(lái)保存圖片?，F(xiàn)在你就可以將保存后的圖片拖放到LabVIEW的程序框圖中。在LabVIEW 和Multisim之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真我們已經(jīng)在Multisim和LabVIEW中創(chuàng)建好了模擬電路和數(shù)字控制，而且我們已經(jīng)建立好了數(shù)據(jù)通訊。你現(xiàn)在可以在兩個(gè)仿真環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真，并且將結(jié)果以圖形化的形式顯示到LabVIE前面板的波型圖表中。1. 點(diǎn)擊LabVIEW工具欄中的運(yùn)行按鈕來(lái)開(kāi)始聯(lián)合仿真。這個(gè)時(shí)候并不需要打開(kāi)Multisim，因?yàn)榇藭r(shí)，另一個(gè)Multisim的實(shí)例已經(jīng)在后臺(tái)運(yùn)行。大概需要5到30秒的時(shí)間來(lái)啟動(dòng)這個(gè)實(shí)例，然后開(kāi)始LabVIEW和Multisim仿真引擎之間的聯(lián)合仿真。2. 修改LabVIEW中的輸入電壓，觀察從Multisim仿真引擎返回的輸出電壓的結(jié)果。下圖顯示了一個(gè)結(jié)果范例。3. 在Multisim中修改RLC電路和參數(shù)來(lái)改