基于LabVIEW的李萨如图形的设计与实现

武汉理工大学能力拓展训练报告书目录1 技术要求 .12 基本原理 .13 利用 LABVIEW 创建李萨如图的程序框图.14 李萨如图的实现 .35 心得体会 .56 参考文献 .6武汉理工大学能力拓展训练报告书1基于 LabVIEW 的李萨如图形的设计与实现1 技术要求利用 LabVIEW 仿真软件完成对李萨如图形的设计与实现。2 基本原理李萨如图形(Lissajous figures) 是由互相垂直的方向上的两个频率成简单整数比的简谐振动所合成的轨迹图形，因由法国物理学家李萨如发现而得名。在互相垂直的方向上，两个频率不同的简谐振动的合运动一般比较复杂，其运动轨迹一般是不闭合的。当两振动的频率成简单的整数比时，其合运动的轨迹才是一条闭合曲线，运动呈周期性。在已知一个分振动的频率时，根据李萨如图形的花样可以推测另一分振动的频率及它们之间的相位差。在普通物理和电子技术实验中，经常会利用李萨如图形法，例如使用示波器测量求知信号频率、测量音叉的频率、验证普通物理中“相互垂直的两个简谐运动的合运动”。随着李萨如图形在频率计算、系统检测等方面的应用，人们越来越重视研究李萨如图形。李萨如图的模拟实现 LabVIEW 程序又称虚拟仪器，即 VI ，其外观和操作类似于真实的物理仪器(如示波器和万用表) 。LabVIEW 提供众多输入控件和显示控件用于创建用户界面，即前面板。输入控件指旋纽、按钮、转盘等输入装置。显示控件指图形、指示灯等输出显示装置。LabVIEW 不仅可与数据采集、视觉、运动控制设备等硬件进行通信，还可与GPIB、PXI、VXI、RS232 以及 RS485 等仪器通信。3 利用 labview 创建李萨如图的程序框图本例中使用的是 LabVIEW8.6 试用版，可以演示多种波形的合成，如正弦波、方波、武汉理工大学能力拓展训练报告书2锯齿波和三角波及它们之间的相互垂直合成。使用 LabVIEW 建立一个显示李萨如图形的VI ，步骤如下：(1) 选择文件新建，打开一个新的前面板窗口。(2) 选择文件保存，把该 VI 保存在自选目录中，命名为李萨如图.vi 。(3) 数值输入控件中选择 1 个水平指针滑动杆、2 个垂直指针滑动杆，放置到前面板中，滑动杆长度、宽度设置合适。(3) 从控制模板图形显示控件中选择 Express XY 图放置到前面板中，尺寸大小设置合适。(4) 从控制模板图形显示控件中选择波形图放置到前面板中，尺寸大小设置合适。(5) 从控制模板按钮与开关中选择停止按钮放置到前面板中，设置属性为释放时触发，用来控制 while 循环的结束。(6) 打开流程图，进行设计并连线，完成程序框图的创建，如图 1 所示。图 1 李萨如图程序框图a. 从函数模板的编程结构中选择 while 循环，把它放置在流程图中。将其拖至适当大小，武汉理工大学能力拓展训练报告书3将相关对象移到循环圈内。b. 从函数模板中算术与比较中选择公式。并且配置公式，X1： Slider ，X2： Trim，公式为 Slider + Trim/ 500。c. 从函数模板中输入中选择仿真信号，把它放置在循环圈内，并且将仿真信号改名为水平方向。d . 从函数模板中输入中选择仿真信号，把它放置在循环圈内，并且将仿真信号改名为垂直方向。e. 从函数模板中执行过程控制中选择时间延迟，把它放置在循环圈内，配置时间延迟为 0. 01 秒。f. 用连线工具，将各对象按规定连接。将水平指针滑动杆改为X轴滑块，将其接线端与公式里的Slider端连接。将垂直指针滑动杆改为Trim ，将其接线端与公式里的Trim端连接。Trim滑块控制曲线运动的速度和方向。将公式的结果端与水平方向仿真信号的频率端连接。将另一个垂直指针滑动杆改名为Y轴滑块，将Y轴滑块接线端与垂直方向仿真信号的频率端连接。将水平方向仿真信号的正弦输出端与创建XY图的X输入端连接。将垂直方向仿真信号的 Sine 输出端与创建 XY 图的 Y 输入端连接。将 X 输入与 Y 输入与示波器相连接。4 李萨如图形的实现建立程序框图完成后，返回前面板(按Ctrl + E 切换窗口) 中，单击运行按钮，运行该VI ，调节各滑块并观察各种情况下的李萨如图。 当调节水平输入正弦信号频率至 20Hz， 调节垂直输入正弦信号频率至 10Hz时，此时满足水平输入和垂直输入的两正弦信号的频率之比恰好为 2：1，此时输出显示图形是特殊形状的轨迹，效果与设想相同。如图 3 所示，左图为水平信号和垂直信号波形图，右图为合成信号波形。武汉理工大学能力拓展训练报告书4图 2 当水平输入与垂直输入频率比为 2：1 时图形当调节水平输入正弦信号频率至 20Hz， 调节垂直输入正弦信号频率至 20Hz 时，此时满足水平输入和垂直输入的两正弦信号的频率之比恰好为 1：1，此时输出显示图形是特殊形状的轨迹，为椭圆李萨如图形，效果与设想相同。如图 3 所示。武汉理工大学能力拓展训练报告书5图 3 水平输入和垂直输入的信号频率比为 1：1 时图形当调节水平输入的正弦信号频率至 10Hz，垂直输入的正弦信号频率至 20Hz 时，此时满足水平输入和垂直输入的两正弦信号的频率之比为 1：2，此时输出图形如图 4 所示，所得到效果基本与设想相同。图 4 水平输入与垂直输入信号频率比为 1：2 时输出图 5 心得体会为期一周的能力拓展训练一转眼就过去了，我觉得本次拓展训练对于我们非常有意义。在过去的三年中，我们学到的大多数是书本上的知识，但是很多电路、程序、设计原理是书本上学不到的，只有自己亲手去做，自己到参考书上查阅，自己不断地摸索与思考，才能真正学到相关的专业知识。在这次能力拓展中，我受益匪浅。我认识到了一款没有接触过的仿真软件，LabVIEW，在此前，我没有接触过相关使用方法，这就要求我更多的查阅参考书和相关武汉理工大学能力拓展训练报告书6资料，自己去研究，自己去设计。自己的虚席与研究，使我对信号处理方法以及软件的操作有了更深更广的认识，也使我的相关专业知识学的更加牢固，更加扎实。同时，此次能力拓展训练也锻炼了我的动手实践能力，使我能够熟练地应用 LabVIEW 应用程序。经过此次锻炼，感觉自己的实践动手能力有了一定的提高。同时，我深刻的认识到，做事一定要有耐心，无论过程中出现了多少困难、意外，我们都应该静下心来，沉着应对，只有这样才能把事情做好。在创建程序框图并运行的过程中，有时候一个小小的错误能花费很长的时间去发现，去改正，这就需要我要有十足的耐心和细心，并且反复查阅相关资料，最终把程序运行成功。另外，在课程设计中，我还认识到，要注重同学间的讨论和交流，集思广益，不懂就问，一个人的力量毕竟有限，虚心求教可以收获很多知识。最终，我终于把相关程序调试成功，我付出了努力，但付出就有回报，我学到了更多的知识，锻炼了自己的能力，而这也是课程设计的目的所在。同时我也发现了自己的一些不足，以及平时课程中的漏洞，我也会引以为戒，在以后的学习生活中不断进行改进和完善。总体来讲，这次能力拓展训练是成功的，它让我发现了自己的不足，提升了自己的能力，希望在以后的学习中，我能更加努力，完善自己。6 参考文献1 龙作友.大学物理实验.武汉理工大学出版社，20062 程守洙.普通物理学.高等教育出版社，19983 汪敏生. LabVIEW 基础教程. 电子工业出版社，2001