使用NILabVIEW和NIMultisim实现数字电路和模拟电路的联合仿真.docx

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使用NILabVIEW和NIMultisim实现数字电路和模拟电路的联合仿真

使用NI　LaｂVIEW和ＮI　Muｌtiｓｉm实现数字电路和模拟电路的联合仿真

概览

以下文档介绍了如何在NＩＬabVIEW和Ｍultisim软件之间实现模拟和数字数据的联合仿真。

学习如何使用LabＶIEW来改变Muｌｔｉｓim软件中的一个串联ＲLC电路中直流电源的电压输出值，然后将仿真后的电路输出电压回传给LaｂVＩＥW，并在ＬａbVＩEＷ显示图形中进行显示。

1.简介

2.软件需求

3.在Ｍｕltｉsim中创建一个模拟电路

4.在LabVIEW中创建一个数字控制器

5.在LａbVIEW和Ｍｕltｉｓiｍ之间实现联合仿真

6.结论

7.相关链接

简介

在设计和分析一些完整系统（例如电力和机械行业的一些工程应用）的时候,您需要有效地在模拟部分和数字部分之间进行设计。

传统的平台不能准确地将模拟和数字部分进行综合仿真，所以设计错误会影响到物理原型,进而造成低效率而且冗长的设计过程。

现在,使用具有全新联合仿真能力的Multisiｍ和LａbVIEW,您可以为整个模拟及数字系统设计出精确的，闭环逐点仿真。

软件需求

在开始LabVIＥW和Multisim的联合仿真之前,你必须按照顺序安装下面的软件。

1.安装LabＶIEＷ2０11完整版/专业版或更新的版本

２.安装LabVIEW控制设计与仿真模块２０11或更新版本

3．安装Mｕltisｉm1２.０或更新版本。

在安装Multisim的过程中选择安装NＩＬaｂVIEW-ＭuｌｔｉsｉmCo-Siｍulatｉon插件。

4.现在，你已经成功安装了LaｂＶIＥW与Ｍｕltｉsiｍ联合仿真所需的开发环境。

在Multｉsim中创建一个模拟电路

1.放置一个压控电压源,这样在仿真的过程中就可以使用LabVIＥＷ来调整直流电压输出值。

右键单击,从弹出的快捷菜单中选择放置元件。

 选择以下参数:

数据库：

 Masｔer　Datａｂaseﻫ元件组:

 Sourｃesﻫ类别:

 Controlleｄ_Vｏltaｇe＿Soｕｒcesﻫ元件:

 Voltage_Coｎtrolleｄ_Voltａgｅ_Sｏurｃｅ

点击确认来将元件放置到电路原理图上。

双击该元件可以改变控制电压与输出电压的比率。

如果设置比率为1V/V，那么当ＬaｂＶIEＷ改变１V的时候，Ｍulｔisｉm中的压控电压源也会改变１V。

2.　在电路图上放置电阻，电容和电感。

使用以下参数的理想元件：

数控库:

 MasteｒDatａbasｅ

元件组:

 Ｂasiｃﻫ类别:

 CＡPACITＯＲ,ＩNDUCTＯＲ,RＥSIＳTOＲ

元件:

 Ｃ=５0µF,Ｉ＝２０ｍH,R=10Ω

随着Muｌtｉsｉｍ1２．0的发布，您可以使用非理想电阻,电容和电感,添加元件的寄生参数。

对非理想元件，使用以下参数:

数控库:

 MasterDatａbaseﻫ元件组:

 Baｓicﻫ类别:

 NON_IDEAL_RLCﻫ元件:

 NON_IＤEＡL_CAＰＡCITＯＲ,　NＯN_IDEAＬ_ＩNＤＵCTOR,　NON_IDＥＡL_RESISTＯＲ

放置元件以后，你必须双击每一个元件来改变非理想元件的值。

这个时候也同时可以修改可靠的寄生参数。

3．最后，在电路图中放置电路的地。

在选择元件对话框中，选择以下参数:

ﻫ数据库：

 ＭaｓtｅｒDatａbase

元件组:

 Ｓouｒces

类别:

 PｏwerSources

元件:

 Grounｄ

４．　现在，你已经可以在电路图中添加ＬａbＶＩEW交互接口，用以与LaｂＶIEW仿真引擎之间的数据收发。

这些Mｕltiｓim中的接口是分级模块（HｉeｒaｒchｉｃalBlock）和子电路（Ｓub-Ｃirｃuit）接口（HＢ/SＣ）。

右键点击鼠标并从弹出的快捷菜单中选择 Pｌaceonschｅmａtiｃ»ＨB/SC,或者简单地点击键盘。

放置一个HB/SC接口在电路图的左上方，另一个放置在右上方。

按住Ｃtrl 并点击 R 将第二个接口旋转1８0度。

按照下图将电路与接口连接起来。

5．　然后,你必须打开LaｂＶIEWCｏ-simulationTeｒminals窗口来将HB／SＣ接口设置为针对LabVＩＥW的输入或者输出。

浏览到 View»LaｂVIEWＣo-simuｌatｉoｎ　Terminaｌs。

ﻫ注意前面放置在本窗口中的ＨＢ／SＣ接口，为了将各个接口配置为输入或者输出，在模式设置中选择所需要的选项，然后可以在类型设置中将各个接口设置为电压或者电流输出/输出。

最后，如果你想将放置的输入输出接口设置为不同的功能对，你可以选择NegatｉvｅConnection。

将IO1配置为输入,然后将IＯ２配置为输出。

6.注意 ＭulｔiｓiｍdesiｇnVI　pｒevｉew 会根据你所作的选择的不同不断更新。

这个预览是之后你会放入LabVＩEＷ用作与Ｍultisim电路交互的虚拟仪器（VI）。

如果你希望改变这个Ｍulｔiｓim　ＶＩ中输入与输出接口的名字，可以修改ＬabＶIEＷTｅrｍinal 设置中的文本。

例如，为输入和输出模块更改Volｔａge_Iｎ和Ｖoltagｅ_Ｏut文本。

7.完整的电路包括一个与电感，电容和电阻串联的压控电压源。

压控电压源的输出电压由LabVIEW中的一个控件控制,ＲＬＣ滤波器的输出传送回给LａｂＶIEW，然后在图形化显示控件中将输入电压和输出电压同时进行显示，以便于比较。

下图给出了Mulｔisim的设计片段（MultisiｍDesignSnippet），你可以将该片段直接拖放到Multｉsiｍ环境中,将自动生成代码。

8.保存Ｍultｉsｉm设计于一个常用的位置,这样你可以在编写LabVＩＥW的时候再次调用它。

现在你可以进行LａbVIＥWＶＩ的编程，以完成与Multisiｍ的通讯。

在ＬabVIEW中创建一个数字控制器

1.要在LａbVIＥW和Mulｔiｓｉm之间传送数据,首先需要使用LabＶＩＥW中的控制与仿真循环（Conｔrｏl　&Simulaｔion　Lｏop）。

浏览到LabVＩEW的程序框图（后面板），右键点击，打开函数选板,浏览到ＣｏntrolDeｓigｎ　&Simｕｌation»Ｓimulａtion»Conｔrol&SimulationLoop。

左键点击,并将其拖放到程序框图上。

2．要修改控制仿真循环的求解算法和时间设置,双击输入节点，打开ConfigｕｒｅＳimulatｉonＰaraｍeｔers窗口。

输入如下图的参数；在这些选项中使用本文后面提供参数，可以有效地在LaｂＶIEW的波型图表中显示数据。

你也可以根据自己的需求改变这些参数。

3.现在,在你的ＶI中添加仿真挂起（ＨａltSimｕlatioｎ）函数来停止控制仿真循环。

右键点击,打开函数选板，浏览到CｏntroｌDｅsｉｇn&Siｍｕlation»Siｍulatｉoｎ»Utilitｉes»HaltSimulatｉｏn。

左键点击，并将其拖放到程序框图上,然后在布尔输入上右键点击并选择Creaｔe»Controｌ。

这样就可以在VＩ的前面板上创建一个布尔控件来控制程序的挂起,来停止仿真VI的运行。

4.接下来,将管理LabVIEW和Multisim仿真引擎之间通讯的MｕltisｉmDesｉgn　ＶＩ放置到程序框图中。

右键点击，打开函数选板，浏览到ContｒolDｅsigｎ&　Siｍuｌation»Simｕlatｉon»Eｘternal　Moｄｅls»Ｍｕｌtiｓim»MｕｌtisiｍDesiｇn,左键点击,并将其拖放到控制与仿真循环之中，注意,这个ＶI必须放置到控制仿真循环中。

ﻫﻫ当你将MｕｌtｉsimDesignVＩ放置到程序框图上以后，会弹出选择一个Mulｔisiｍ设计（SeｌｅctaＭulｔisiｍＤesign）对话框。

在对话框中你可以直接输出文件的路径，或者浏览到文件所在的位置来进行指定。

现在Mｕltiｓiｍ　DeｓiｇｎＶI会生成接线端，接线端的形式与Multisｉｍ环境中的MulｔisimDesigｎ　VＩ预览一致，具有相对应的输入与输出。

如果接线端没有显示出来。

左键点击下双箭头,展开接线端。

5.要向Mｕｌtisim中的电路传送数据,你必须首先在前面板上创建一个数字控件。

可以通过右键点击输入接线端,Ｖolｔaｇe_In,然后选择Creａte»Coｎtｒol来方便地完成创建命令。

这样就能够在程序框图中放置一个数字控件的接线端,并且该接线端已经连接到了MultｉsimＶＩ的输入上。

程序框图中的控件在前面板上有一个对应的控件。

这就是ＬａｂVIEW中的用户界面。

可以按<Ｃtrl-Ｅ＞来快速地在前面板和程序框图之间进行切换。

如果你想要改变前面板中数字控件的外观，你可以调整它的大小,并随意移动它。

同样，你也可以用一个转盘，旋钮，滑动杆来代替这个控件,还可以右键点击该控件,选择Repｌａce»Silｖer»Nuｍeric,然后你需要的数字控件。

双击控件的最大值和最小值可以调整控件的可调范围。

这里，我们将范围设置为-２5到25。

6.要将Multisiｍ中的数据显示到LabＶIEＷ中,你需要创建一个显示控件来展示数据。

因为你需要同时显示输入电压和Ｍｕｌｔiｓｉm仿真以后的输出电压结果，一个波型图表可以做得很好。

在前面板的空白位置点击右键,浏览到Silver»Ｇrａpｈ»Wavｅfｏrm　Chart（Ｓilvｅr），放置并调整大小。

ﻫ

7.　为了准确地将输入电压和输出电压显示在一起，你需要将两个信号创建到一个数组中，右键点击程序框图,浏览到Ｐrogramｍing»Array»ＢｕildＡｒray 函数，左键点击并将其拖放到程序框图中。

将你的鼠标指针放到BuildArｒay函数下面中间位置,会变成大小调整指针,然后左键点击，拖动函数,将BuilｄＡrray函数调整会两个输入端口。

将电压调控件的输出端连接到上面的输入端口,然后将MultｉｓimＤesigｎVI的输出电压Voltaｇe_Out端口连接到下面的输入端口上。

这样就可以创建一个两个元素的一维数组。

ﻫ

8．　最后，你需要在循环中放置一个函数来创建仿真时间波型以正确地显示两个波型。

右键点击程序框图并浏览到CoｎtrolＤｅｓign　&　Sｉmulatｉon»Sｉmuｌation»GraphＵｔｉlitiｅs»Siｍulａtion　TiｍｅWaveform。

这个ＶI会自动地放置一个波型图表。

方便地删除点这个新的图表，并将SimulａｔionＴimｅWaveｆｏrm　VＩ输出端连接重新连接到已经创建好的波型图表上。

将BuiｌdArrａy函数的输出端连接到Siｍｕｌation　TimeWａvefｏrm的输入端上。

9.如果想要创建更具有可读性的波型图表。

浏览到前面板，右键点击波型图表，选择属性，浏览到显示格式选项卡，在类型中选择自动格式，在位数中选择4。

然后浏览到缩放选项卡，取消时间（X轴）的自动缩放。

最后，从时间（X轴）切换到幅值（Ｙ轴），同样取消其自动缩放。

这样就可以将图表的范围固定下来。

点击确认应用所作的修改。

１0.　接下来,双击幅值标尺的最大值和最小值，分别输入4０和-40。

这样就可以显示超过范围的显示值。

双击时间轴的最大值，将该值设置为０．25,或25０毫秒。

11.保存这个LａｂVIEW　VI到一个常用的位置,最好是与前面创建的Multiｓｉm设计放置在一个路径下面,因为他们是一个仿真应用组。

下图给出了该程序的VI片段,你可以拖放到一个空白的LaｂVIＥWVI中,它会自动生成代码。

点击morｅ　iｎformationａbｏutLaｂVIEWＶIＳnippｅts了解更多相关信息。

现在你已经准备好进行LａbVＩEW和Muｌｔisim联合仿真了。

注意:

 一些浏览器不支持拖放ＬabＶIＥWVI片段功能。

一个解决的办法是右键点击图片，选择Sａveimaｇeas…来保存图片。

现在你就可以将保存后的图片拖放到ＬａbVIＥＷ的程序框图中。

在LaｂVIＥＷ　和Muｌｔｉsim之间实现联合仿真

我们已经在Multｉsｉm和LａｂVＩEW中创建好了模拟电路和数字控制,而且我们已经建立好了数据通讯。

你现在可以在两个仿真环境之间实现联合仿真，并且将结果以图形化的形式显示到LａｂVＩE前面板的波型图表中。

1.点击ＬabVIEＷ工具栏中的运行按钮来开始联合仿真。

这个时候并不需要打开Mulｔiｓim,因为此时，另一个Multisim的实例已经在后台运行。

大概需要5到３0秒的时间来启动这个实例，然后开始LabVIEW和Multisｉm仿真引擎之间的联合仿真。

２．修改LａbVIEW中的输入电压,观察从Ｍulｔisim仿真引擎返回的输出电压的结果。

下图显示了一个结果范例。

3.在Ｍultisim中修改RLＣ电路和参数来改变电路对输入电压的响应。

如果想在仿真的过程中实时改变电阻，电容,电感的值，可以使用Multisim中的压控电阻,压控电感，压控电容,然后将LａｂVIＥW中的控件值传送给Ｍultisim。

结论

正如LａｂVＩEW前面板上波型图表显示的结果所示。

ＬabVIＥＷ和Mｕlｔｉｓim可以有效并准确地仿真ＲLC电路在多种不同输入电压变化条件下的输出响应。

在这个范例中,ＬaｂVＩEＷ作为数字控制器，控制了Ｍuｌtisim中仿真的模拟电压中的直流电源。

这是一个简单但是相当基础的联合仿真电路。

当然，还有更多更为复杂的LaｂVIEW与Multisim联合仿真电路。