基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计

基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计内容摘要：

化编程语言 LabVIEW 开发环境。 对于 LabVIEW 环 境下的前面板和流程图编辑作了简介，以及分别介绍了操作模板中的工具模板、控 制模板和功能模板，并重点介绍功能模板 Signal Processing 模板。 第三章中将重点介绍信号的处理和分析，其中将以本次设计原理中用的最多的 频谱分析知识作重点介绍。 第四章中将介绍设计原理，重点介绍总体设计及方案，并对总体程序的设计和 流程作 重点说明。 第五章中总结设计结果、介绍经济技术分析报告以及对本次毕业设计的总结。 其中包括该设计和传统的相位差计有何优缺点，并作误差分析。 7 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 第二章 图形化编程语言 LabVIEW LabVIEW 简介 LabVIEW Laboratory of Virtual Instruments Engineering Workbench 是美 国国家仪器公司 NI National Instruments 推出的 32 位、为 VXI 即插即用联盟 VXIplug amp。 play Systems Alliance 认可的编写 GWIN 和 WIN 框架的驱动程序的标 准虚拟仪器开发平台。 LabVIEW 是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器开发环境，它提供了一种全新 的编程方法，即对称之为“虚拟仪器”的软件对象进行图形化的操作组合。 利用 LabVIEW 可 以通过交互式的图形化前面板来控制系统，它的特点如下： 1. 具有图形化的编程方式，设计者无需编写任何文本格式的代码，是真正的 工程师语言； 2. 提供丰富的数据采集、分析及存储的库函数； 3. 提供传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供独具特色的 执行工具，使程序动画式运行，有利于设计者观察到程序运行的细节，使程序的调 试和开发更为便捷； 4. 32 位的编译器编译生成 32 位的编译程序，保证用户的数据采集、测试和 测量方 案的高速执行； 5. 囊括了 PCI、 GPIB、 PXI、 RS232/48 USB 等各种仪器通讯总线标准的所 有功能函数，使不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器； 6. 提供大量与外部代码或软件进行链接的机制，诸如 DLL（动态链接库）、 DDE（共享库）、 ActiveX 等； 7. 具有强大的 Inter 功能，支持常用的网络协议，非常方便地开发远程测 控仪器。 最近 NI 推出了最新的 LabVIEW 版，它一如 既往地为高性能的模块化仪器、 实时数据采集系统和手持式设备等各种硬件平台开发更先进的自动化测量技术。 工 程师们可以使用 5 种全新的用于 NI 数字化仪器、信号发生器和高速数字 I/0 的 Express VI，只需轻点几下鼠标，即可完成配置复杂的测量系统，并采集数据。 NIDAQmx测量软件第一次出现在实时应用系统中， 8 基 于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 它将单闭环 PID 应用的性能提高了 30%，并简化了硬件控制时序循环 hardwaretimed loop 的执行。 此外，全新的 LabVIEW PDA 模块还提供更多 的数据采集功能，包括更快速的多通道采集、模拟和数字触发。 工程师们可以使用 这一模块来创建自定义的手持 DMM（数字万用表）应用系统，并可以与蓝牙 Bluetooth 设备通讯。 LabVIEW 为实时系统执行的底层控制和显示带来了高级的执行定时和图形 化调试功能。 全新的定时循环 timed loop 是 LabVIEW 中一个经改进的while 循环， 有了它，工程师们可以设定精确的代码定时、协调多个 timecritical 对时间要 求严格 的测量任务，并定义不同优先级的循环，以创建多采样率的应用程序为了 进一步优化应用系统的性能，工程师们还可以使用全新的 LabVIEW 执行追踪工具包 （ LabVIEW Execution Trace Toolkit），配合 LabVIEW RealTime 模块，快速诊断 诸如内存分配和紊乱状况等 抖动根源。 除了加快现有平台上的实时应用系统的开发， LabVIEW 的问世还将 LabVIEW RealTime 的应用扩展到了标准台式计算机上。 工程师们无需在台式机上安装大量 I/O 硬件，即可建立一个模拟的实时系统。 全新的 LabVIEW FPGA 模块改进了嵌入式 FPGA 应用的效率和功能，它具有 单周期 while 循环的特性，可使得在 40MHz 全局时钟的一个周期 25ns 内同时执行 FPGA 函数面板上的多个函数模块。 得益于这一新特性，工程师们可以 使用 LabVIEW 开发 FPGA 代码，其执行速度可以和手写编码的 VHDL 一样。 同时，通过一个新的 HDL 接口节点，工程师还能重复使用 LabVIEW FPGA 应用中现有的 VHDL 代码。 此外， NI 还为它们推出了 3 款全新的 FPGA 运载硬件，其中包括用于创建高性能自定义机 器视觉应用的 NI Compact Vision System（ NI 紧凑型视觉系统）。 LabVIEW 的基本开发环境 前面板开发窗口 在 LabVIEW 中，前面板是虚拟仪器的图形用 户界面，其中包含着旋钮、按钮、 图表等控件 control 、指示器 indicator ，用来接收用户的输入以及显示程序 的输出。 各个控件、指示器是 LabVIEW 与用户的接口，它们的外观和实际仪器对应 元件的外观几乎一样，因此计算机屏幕所显示的就像一台实际仪器的前面板，既直 观又美观。 9 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 如图 21 所示为前面 板开发窗口： 图 21 前面板开发窗口 流程图编辑窗口 流程图是图形化的源代码，是 VI 测试功能软件的图形化表述，虚拟仪器通过 软件编程来实现其测试功能。 如图 22 所示为图形编辑窗口，选用工具模板中相应 的工具去取用功能模板上的有关图标来设计虚拟仪器流程图，以完成虚拟仪器的设 计工作。 可以使用编程语言对前面板中所创建的各种输入、输出的功能进行编程。 框图中可以包括 LabVIEW 内部的虚拟仪器库函数 function 、结构 structure ， 还可以包括与前面板上的控件、指示器有关的接线端子 terminal。 操作模板 LabVIEW 具有多个图形化的操作模板，用于创建和运行程序。 这些操作模板可 以随意地在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的任意位置，但是它们不会同时出现在 一个窗口内。 操纵模板共有三类，分别为工具（ Tools）模板、控制（ Controls） 模板和功能（ Functions）模板。 10 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 图 22 流程图编辑窗口 （ 1）工具模板（ Tools Palette） 工具模板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试 VI 程序的工具。 如果该 模板没有出现，则可以在 Windows 菜单下选择 Show Tools Palette 命令以显示该 模板。 当从模板内选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具 相应的形状。 当 从 Windows 菜单下选择了 Show Help Window 功能后，把工具模板内选定的任一种 工具光标放在框图程序的子程序（ SubVI）或图标上，就会 显示相应的帮助信息。 如图 23 所示为工具模板。 操作工具：使用该工具来操作前面板的控制和显示。 使用它向数字或字符串控制中键入值时，工具会变 成标签工具的形状。 选择工具：用于选择、移动或改变 对象的大小。 当它 用于改变对象的连框大小时，会变成相应形状。 图 23 工具模板 标签工具：用于输入标签文本或者创建自由标签。 当创建自由标签时它会变 成相应的形状。 连线工具：用于在框图程序上连接对象。 如果联机帮助的窗口被打开时，把 11 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 该工具放在 任一条连线上，就会显示相应的数据类型。 对象弹出菜单工具：用鼠标左键可以弹出对象的弹出式菜单。 漫游工具：使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游。 断点工具：使用该工具在 VI 的框图对象上设置断点。 探针工具：可以在框图程序内的数据流线上设置探针。 程序调试员可以通过 探针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。 颜色提取工具：使用该工具来提取颜色用于编辑其它的对象。 颜色工具：用来给 对象定义颜色，也可显示出对象的前景色和背景色。 与上述工具模板不同，控制和功能模板只显示顶层子模板的图标。 在这些顶层 子模板中包含许多不同的控制或功能子模板。 通过这些控制或功能子模板可以找到 创建程序所需的面板对象和框图对象。 用鼠标点击顶层子模板图标就可以展开对应 的控制或功能子模板，只需按下控制或功能子模板左上角的大头针就可以把这个子 模板变成浮动板留在屏幕上。 （ 2）控制模板 Controls Palette 使用控制模板可以给前面板添加输入 控制和输出显示图标，每个图标代表一个 子模板。 如果控制模板不显示，可以用 Windows 菜单的 Show Controls Palette 功 能打开它，也可以在前面板的空白处， 点击鼠标右键，以弹出控制模板。 注：只有当打开前面板窗口时才能 调用控制模板。 控制模板如图 24 所示，它包括如 图所示的几个子模板。 数值子模板：包含数值的控制和 显示。 布尔值子模块：逻辑数值的控制 和 显示。 字符串子模板：字符串和表格的 控制和显示。 图 24 控制模板 12 基于谱分析技术的虚拟相位差计的设计 列表和环（ Ring）子模板：菜单环和列表栏的 控制和显示。 数组和群子模板：复合型。