CN110427728A - 一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统和方法，所述系统包括虚拟仿真分析模块和实际电路测试分析模块：虚拟仿真分析模块包括Multisim和LabVIEW软件；Multisim用于虚拟电路的仿真；LabVIEW用于控制Multisim仿真电路并采集和处理Multisim的仿真数据；实际电路测试分析模块为NI VirtualBench硬件平台，用于基于LabVIEW和NI VirtualBench联合技术测试分析实际电路。本发明对实际电路进行测试分析，通过与仿真分析的结果进行对照,在验证仿真结果的同时加深对运放的理解和掌握；是一种实验教学上的改革和提升,有效提高了实验教学效果。
Description
技术领域
本发明属于运算放大器测试分析技术领域，具体涉及一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统和方法。
背景技术
运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用。运算放大电路作为许多模拟系统和混合数字信号系统中的一个组成部分,而且也是构成这些系统的基本单元,运算放大器的可靠性直接影响到由其组成的设备、系统的可靠性。为保证运算放大器的可靠性,在实际应用中需要对运算放大器的综合参数进行测试。虚拟仪器是现代测试技术和计算机技术深层次结合的产物,虚拟仪器技术大大突破了传统技术在数据采集、处理、显示、存储等方面的限制,基于虚拟仪器技术构造了集成运算放大器的综合参数测试平台,在保证一定功能和测量精度的同时,大大降低了测试成本,更方便灵活,易于维护。
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件有利于创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。虚拟仪器已经普遍在发达国家进行设计、生产、使用，成为了学术实验研究中十分重要的一部分。
LabVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统和方法，通过LabVIEW对Multisim和VirtualBench的调用，可达到进行虚拟仿真分析和实际电路测试分析的目的。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统，所述系统包括虚拟仿真分析模块和实际电路测试分析模块：
所述虚拟仿真分析模块安装于计算机中，包括Multisim和LabVIEW软件；
所述Multisim，用于虚拟电路的仿真；
所述LabVIEW，用于通过设置参数值控制Multisim仿真电路中的元器件并采集和处理Multisim的仿真数据；
所述实际电路测试分析模块为NI VirtualBench硬件平台，所述NI VirtualBench硬件平台分别与安装LabVIEW的计算机和实际电路PCB板连接，用于基于LabVIEW和NIVirtualBench联合技术测试分析实际电路。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的NI VirtualBench硬件平台通过USB接口与安装LabVIEW的计算机连接,通过NI ELVIS硬件模块与实际电路PCB板连接。
上述的Multisim的仿真数据通过USBM系列数据采集设备进行数据采集。
上述的LabVIEW包括NI VirtualBench的可变电源、NI VirtualBench的信号发生器和示波器的虚拟仪器；
所述NI VirtualBench的可变电源和信号发生器的虚拟仪器，分别用于设置实际电路PCB板的电源和输入信号；
所述示波器的虚拟仪器，用于对实际电路PCB板相关特性进行测试分析。
上述的LabVIEW的开发界面包括开关控制模块、参数设置模块、波形显示模块和性能分析模块，分别用于开关控制、参数设置、波形显示和性能分析。
一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试方法，所述方法包括虚拟仿真分析和实际电路测试分析；
所述虚拟仿真分析包括以下步骤：
Multisim对运算放大器测试电路进行仿真分析，找到影响电路的关键元器件；
将关键元器件设置为基于LabVIEW开发界面的虚拟仿真实验界面中的控件；
通过LabVIEW开发界面中设置参数值控制Multisim仿真电路中的元器件；
Multisim接收控制信号后进行电路仿真，并将仿真数据传输给LabVIEW；
LabVIEW采集并处理仿真数据，得到控件参数的最佳取值范围。
上述的实际电路测试分析包括以下步骤：
实际电路PCB板连接到NI VirtualBench平台上,完成输入输出接口以及电源接口连接；
LabVIEW界面中设置测试用的虚拟仪器；
运行LabVIEW程序,观察测量结果并与虚拟仿真分析结果进行对照。
本发明具有以下有益效果：
本发明适用于高校实验教学环节，不仅可以通过本发明的虚拟仿真分析功能对运放的基本原理、重要工作性能进行自主学习；
同时，还可以对实际电路进行测试分析，通过与仿真分析的结果进行对照，在验证仿真结果的同时进一步加深对运放的理解和掌握；
相比于传统的实验教学，本发明不仅可以突破实验仪器短缺，试验装置数量不足的条件限制，更是一种实验教学上的改革和提升，有效提高了实验教学效果。
附图说明
图1是本发明一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统的结构原理图；
图2是本发明虚拟仿真分析实现流程图；
图3是本发明实际电路测试分析结构原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统，包括虚拟仿真分析模块和实际电路测试分析模块：
所述虚拟仿真分析模块以Multisim为仿真引擎,借助于LabVIEW和Multisim之间的数据通信,通过LabVIEW编程对Multisim的电路仿真输出数据进行采集和处理；
实施例中，所述虚拟仿真分析的关键技术是LabVIEW和Multisim间的数据通信。即能够实现在LabVIEW开发界面中设置控件参数值，直接用于控制Multisim仿真电路中对应的元器件。Multisim接收数据后进行电路仿真,并将仿真数据输出给LabVIEW进行数据采集和处理,包括波形显示，参数测量等。
如图2所示,LabVIEW和Multisim间数据通信的实现方法包括如下步骤:
第一步:设计构建电路Multisim仿真模型,利用Multisim强大的电路分析功能，找到影响电路性能的关键元器件。
第二步:把第一步找到的关键元器件替换为对应的压控型器件,如压控电阻、压控电容、压控开关等。这类器件的重要特点是元件参数或状态随加在其上的控制电压而改变。
第三步:根据需要放置联合仿真节点,用以实现Multisim与LabVIEW之间数据的通信。联合仿真节点可分为两类:输入型和输出型。输入型是受控的节点,以实现控制数据的输入，为第二步中的压控元器件添加输入型节点,在电路输出端放置输出型联合仿真节点以实现数据的输出。
第四步:LabVIEW编程完成对Multisim电路的元器件控制和输出数据的采集。在完成两者数据通信的基础上,开发完善虚拟仿真分析界面的功能。
所述实际电路测试分析模块以NI VirtualBench为硬件平台,借助于LabVIEW和NIVirtualBench联合技术,在LabVIEW中调用NI VirtualBench的虚拟仪器对实际电路PCB板相关特性进行测试分析。
具体如下：
所述虚拟仿真分析模块安装于计算机中，包括Multisim和LabVIEW软件；
所述Multisim，用于虚拟电路的仿真；
所述LabVIEW，用于通过设置参数值控制Multisim仿真电路中的元器件并采集和处理Multisim的仿真数据；
所述实际电路测试分析模块为NI VirtualBench硬件平台，所述NI VirtualBench硬件平台分别与安装LabVIEW的计算机和实际电路PCB板连接，用于基于LabVIEW和NIVirtualBench联合技术测试分析实际电路。
实施例中，所述NI VirtualBench硬件平台通过USB接口与安装LabVIEW的计算机连接,通过NI ELVIS硬件模块与实际电路PCB板连接。
所述Multisim的仿真数据通过USBM系列数据采集设备进行数据采集。
所述LabVIEW包括NI VirtualBench的可变电源、NI VirtualBench的信号发生器和示波器的虚拟仪器；
所述NI VirtualBench的可变电源和信号发生器的虚拟仪器，分别用于设置实际电路PCB板的电源和输入信号；
所述示波器的虚拟仪器，用于对实际电路PCB板相关特性进行测试分析。
实施例中，虚拟仿真分析的核心是运用LabVIEW开发虚拟仿真分析界面。要求界面友好易操作,功能区划分简洁明了,因此所述LabVIEW的开发界面大体包括开关控制、参数设置、波形显示、性能分析等功能模块。
例如开发示波器展示高频电路Multisim仿真输出波形,编程测量显示输出波形幅值、频率等关键参数值，以及针对不同电路的重要特性开发相应的测量分析功能模块。
本发明的一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试方法，包括虚拟仿真分析和实际电路测试分析；
所述虚拟仿真分析包括以下步骤：
Multisim对运算放大器测试电路进行仿真分析，找到影响电路的关键元器件；
将关键元器件设置为基于LabVIEW开发界面的虚拟仿真实验界面中的控件；
通过LabVIEW开发界面中设置参数值控制Multisim仿真电路中的元器件；
Multisim接收控制信号后进行电路仿真，并将仿真数据传输给LabVIEW；
LabVIEW采集并处理仿真数据，得到控件参数的最佳取值范围。
所述实际电路测试分析包括以下步骤：
实际电路PCB板连接到NI VirtualBench平台上,完成输入输出接口以及电源接口连接；
LabVIEW界面中设置测试用的虚拟仪器,如函数发生器、可变电源、示波器等；
运行LabVIEW程序,观察测量结果并与虚拟仿真分析结果进行对照。
如图3所示,本实施方式中的实际电路测试分析是基于NI VirtualBench平台完成对实际电路PCB板的测试分析。
NI VirtualBench硬件模块可通过USB接口直接与PC进行连接,在PC中通过NIVirtualBench提供的虚拟仪器对连接在NI ELVIS硬件模块上的实际电路进行测试,并通过USBM系列数据采集设备来完成数据采集任务。
实际电路测试分析借助于LabVIEW和NI VirtualBench联合技术，在LabVIEW中调用NI VirtualBench的可变电源、信号发生器等虚拟仪器为实际电路PCB板设置电源和输入信号。调用示波器等虚拟仪器对电路相关特性进行测试分析。
综上所述，本发明不仅可以通过平台的虚拟仿真分析功能对运放的基本原理，重要工作性能进行自主学习。同时，还可以对实际电路进行测试分析,通过与仿真分析的结果进行对照，在验证仿真结果的同时进一步加深对高频电路的理解和掌握。相比于传统的实验教学，本发明不仅可以突破实验仪器短缺,试验装置数量不足的条件限制，更是一种实验教学上的改革和提升，有效提高实验教学效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统，其特征在于：
所述系统包括虚拟仿真分析模块和实际电路测试分析模块：
所述虚拟仿真分析模块安装于计算机中，包括Multisim和LabVIEW软件；
所述Multisim，用于虚拟电路的仿真；
所述LabVIEW，用于通过设置参数值控制Multisim仿真电路中的元器件并采集和处理Multisim的仿真数据；
所述实际电路测试分析模块为NI VirtualBench硬件平台，所述NI VirtualBench硬件平台分别与安装LabVIEW的计算机和实际电路PCB板连接，用于基于LabVIEW和NIVirtualBench联合技术测试分析实际电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统，其特征在于：
所述NI VirtualBench硬件平台通过USB接口与安装LabVIEW的计算机连接,通过NIELVIS硬件模块与实际电路PCB板连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统，其特征在于：
所述Multisim的仿真数据通过USBM系列数据采集设备进行数据采集。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统，其特征在于：
所述LabVIEW包括NI VirtualBench的可变电源、NI VirtualBench的信号发生器和示波器的虚拟仪器；
所述NIVirtualBench的可变电源和信号发生器的虚拟仪器，分别用于设置实际电路PCB板的电源和输入信号；
所述示波器的虚拟仪器，用于对实际电路PCB板相关特性进行测试分析。
5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试系统，其特征在于：
所述LabVIEW的开发界面包括开关控制模块、参数设置模块、波形显示模块和性能分析模块，分别用于开关控制、参数设置、波形显示和性能分析。
6.一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试方法，其特征在于：
所述方法包括虚拟仿真分析和实际电路测试分析；
所述虚拟仿真分析包括以下步骤：
Multisim对运算放大器测试电路进行仿真分析，找到影响电路的关键元器件；
将关键元器件设置为基于LabVIEW开发界面的虚拟仿真实验界面中的控件；
通过LabVIEW开发界面中设置参数值控制Multisim仿真电路中的元器件；
Multisim接收控制信号后进行电路仿真，并将仿真数据传输给LabVIEW；
LabVIEW采集并处理仿真数据，得到控件参数的最佳取值范围。
7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟仪器技术的运算放大器自动化测试方法，其特征在于：
所述实际电路测试分析包括以下步骤：
实际电路PCB板连接到NI VirtualBench平台上,完成输入输出接口以及电源接口连接；
LabVIEW界面中设置测试用的虚拟仪器；
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