基于labview的虚拟信号发生器的设计microsoftword文档

基于labview的虚拟信号发生器的设计microsoftword文档内容摘要：

器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。 另一种方式是将仪器装入计算机。 以通用的计算机硬件及操作系统为依托， 实现各种仪器功能。 虚拟仪器主要是指这种方式。 下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。 虚拟仪器的主要特点有： 尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。 可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。 虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。 目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国 NI 公司的 LabVIEW。 虚拟仪器的起源可以追溯到 20世纪 70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。 PC 机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 Microsoft 公司的 Windows 诞生之前， NI 公司已经在 Macintosh 计算机上推出了 以前的版本。 对虚拟仪器和 LabVIEW 长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。 普通的 PC 有一些不可避免的弱点。 用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。 目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了 VXI 标准，这是一种插卡式的仪器。 每一种仪器是一 个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。 这些卡插入标准的 VXI 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。 VXI 仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的 PXI 标准仪器。 虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。 目前使用较多的是 IEEE 488 或 GPIB 协议。 未来的仪器也应当是网络化的。 LabVIEW（ Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形 化的编程语言，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、 RS232 和 RS485 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。 图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。 使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。 它尽可能利用了技术 人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此， LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。 它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。 使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 LabVIEW 增加的 Express 技术，简化了测试测量应用系统的开发进常州信息职业技术学院 毕业设计报告 基于 LABVIEW 的虚拟信号发生器 机电 091 35 号 袁军 6 程，其灵活的交互式 VI 易与各种范围的 I/O 信号连接，用户 甚至 只需点击鼠标配置应用系统，即可完成搭建工作并开始运行。 通过简单地修改 Express VI 的配置，可以快速反复地修改应用 程序以适应新的测试测量需求。 LabView 软件是美国 NI 公司研制的具有革命性的虚拟仪器开发环境 ,主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域 ,适用于多种不同的操作系统平台。 与传统程序语言不同 ,LabView 采用强大的图形化语言编程 ,面向测试工程师而非专业程序员 ,编程非常方便 ,人机交互界面直观友好 ,具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点 [1]。 “软件就是仪器”反映了虚拟仪器技术的本质特征。 声卡作为数据采集卡 ,其 A/D 转换功能已经成熟 ,而且计算机无需添加额外配件便能完成采集功能 ,具有价格低廉、采 样精度高 ,与 LabView 软件结合编程简单的优点 ,可以构成一个较高采样精度、中等采样频率、灵活性好的数据采集系统。 基于以上 ,本文设计了种基于 LabView 的声卡数据采集系统 ,实现数据采集、信号分析及信号发生等功能 ,在工程测量与实验室应用中具有广阔的前景。 LabVIEW 软件的特点 LabVIEW 是一种程序开发环境，类似于 BASIC 开发环境；但 LabIEW 与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行；而 LabVIEW 使用图形化编程语言 G 编写程序，产生的程 序是框图的形式。 像 C 或 BASIC 一样， LabVIEW 也是通用的编程系统，有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。 LabVIEW 的函数库包括数据采集、 GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。 LabVIEW 也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其通过程序（子 I）的结果、单步执行等，便于程序的调试。 LabVIEW 易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。 LabVIEW 在包括航空、航天、通信、汽车、半导体 和生物医学等世界范围的众多领域内得到了广泛应用，从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化，从大学实验室到工厂，从探索研究到技术集成，都可以发现应用 LabvIEW的成果和开发产品。 ①. 具有图形化的编程方式，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师的语言。 ② .提高丰富的数据采集、分析及存储的库函数。 ③ .提高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，利用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 位的编译器生成 32 位的编译程序， 保证用户数据采集、测试和测量常州信息职业技术学院 毕业设计报告 基于 LABVIEW 的虚拟信号发生器 机电 091 35 号 袁军 7 方案的高速运行。 ⑤ .囊括了 PCI， GPIB， PXI， XI， RS232/485， USB 等各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂的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运行链接的机制，如 DLL， DDE， ActieX 等。 ⑦ .具有强大的 Inter 功能，支持常用的网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发。 在 Labview/ 下 ,虚拟信号发生器产生波形流程框图如图 1 所示 . 图 1 虚拟信号发生器框图 D/A 转换输出卡采用了 NI 公司的 PCI6014,设备驱动软件在一般情况下都是由硬件设备或接口板的厂家提供 .虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通讯 ,并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各种控键 .虚拟信号发生器可产生正弦波、方波和三角波以及调制信号 ,根据需要 ,可调节其中面板上的控键 ,改变信号的频率、幅度与相位 ,并可以进行数据存储 ,所有信号发生的结果都可以通过软件设计的虚拟面板显示 .图2是虚拟信号发生器前面板所要完成的功能 . 图 2 虚拟信号发生器前面板框图 LabVIEW 编程 语言 LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench)是一种图形化的编程语言和开发环境， 具体来说，它是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合，是构建虚拟仪器的理想工具。 LabVIEW 与仪器系统的数据采集、分析、显示部分一起协调工作，是简化了而又易于使用的基于图形化的编程语言G的开发环境。 流程图式的程序设计与科技工程人员较为熟悉的数据流和方块图的概念是一致的，而且由于流程图与传统程序设计语言的语法细节无关，构建和测试程序就可以少费时间。 使 用流程图方法可以实现内部的自我复制，可以随时改变虚拟仪器来满足自己的需要。 与传统的编程方式相比，使用 LabVIEW 设计虚常州信息职业技术学院 毕业设计报告 基于 LABVIEW 的虚拟信号发生器 机电 091 35 号 袁军 8 拟仪器，可以提高效率 4～ 10 倍。 同时，利用其模块化和递归方式，用户可以在很短的时间内构建、设计和更新自己的虚拟仪器系统。 被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。 它为设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境，利用它设计者可以象搭积木一样，轻松组建一个测量系统或数据采集系统，并任意构造自己的仪器面板，而无需进行任何繁琐的计算机程序代码的编写，从而可以大大简化程序的设计。 LabVIEW 与 VC++、 Visual Basic、 LabWindows/CVI 等编程语言不同，后者采用的是基于文本语言的程序代码，而 LabVIEW 则是使用图形化程序设计语言 G，用对话框代替了传统的程序代码。 LabVIEW所运用的设备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似。 用 LabVIEW 设计的虚拟仪器可以脱离 LabVIEW 开发环境，最终用户看见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板。 LabVIEW 包含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的功能库和开发工具库。 LabVIEW 的程序设计实质上就 是设计一个个的 “ 虚拟仪器 ” ，即 “VIS(Virtual Instruments)”。 在计算机显示屏幕上利用功能库和开发工具库产生一个前面板。 在后台则利用图形化编程语言编制用于控制前面板的程序。 程序的前面板具有与传统仪器类似的界面，可接受用户的鼠标指令。 一般来说，每一个 VI都可以作为其它 VI的调用对象，其功能类似于文本语言的子程序。 LabVIEW 是带有可扩展功能库和子程序库的通用程序设计系统。 它提供了用于 CPIB 设备控制、 VXI 总线控制、串行口设备控制、以及数据分析、显示和存储的应用程序模块。 LabVIEW 可调用 Windows 动态链接库和用户自定义的动态链接库中的函数。 LabVIEW 的 CIN 节点使用户可以使用由其它语言，如 ANSIC，编译的程序模块，使 LabVIEW 成为一个开放的开发平台。 LabVIEW 还直接支持动态数据交换 (DDE)、结构化查询语言 (SQL)、 TCP和 UDP 网络协议等。 此外， LabVIEW还提供了专门用于程序开发的工具箱，使得用户能够设置断点，动态执行程序来观察数据的传输过程，以及进行方便的调试。 LabVEIW 程序是数据流驱动的。 数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能执行 ；而目标的输出，只有当它的功能完全时才是有效的。 这样， LabVIEW 中被连接的对话框之间的数据流控制着程序的执行次序，而 不像文本程序受到行顺序执行的约束。 从而可以通过相互连接功能对话框快速简洁地开发应用程序，甚至还可以有多个数据通道同步运行。 LabVIEW 的核心是 VI。 VI有一个人机对话的用户界面一前面板 (front Panel)以及类似于源代码功能的对话框。 前面板接受来自对话框的指令。 在 VI 的前面板中，控制器模拟了仪器的输入装置并把数据提供给 Vl的对话框；而指示器则模拟了仪器的输出装置并显示由对话框获得 或产生的数据。 当把一个控件或指示器放置到前面板上时， LabVIEW在对话框中相应地放置了一个端口 (terminals)，这个从属于控件或指示器的端口不能随意删除，只有删除它对应的控件或指示器时它才随之一起被删除。 用 LabVIEW 编制对话框程序时，不必受常规程序设计语法细节的限制。 首先，从功能菜单中选择需要的功能方框，将之置于面板上适当的位置；然后用导线连接各功能方框在对话框中的端口，用来在功能方框之间传输数据。 这些方框包括了简单的算术功能，高级的采集和分析 Vl 以及用来存储和检索数据的文件输入输出功能和网络 功能。 用 LabVIEW 编制出的图形化 VI是分层次和模块化的。 我们可以将之用于顶层程序，也可用作其它程序或子程序的子程序。 一个 VI 用在其它 VI工中，称之常州信息职业技术学院 毕业设计报告 基于 LABVIEW 的虚拟信号发生器 机电 091 35 号 袁军 9 为子 VI，子 VI 在调用它的程序中同样是以一个图标的形式出现的。 LabVIEW 依附并发展了模块化程序设计的概念。 用户可以把一个应用题目分解为一系列的子任务，每个子任务还可以进一步分解成许多更低一级的子任务，直到把一个复杂的题目分解为许多子任务的组合。 首先设计子 VI完成每个子任务，然后将之逐步组合成能够解决最终问题的 VI。 归纳起来 LabVIEW 软件开发平台具有 以下优点 ： ① 图形化的编程方式，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师的语言。 ② 提供了丰富的数据采集、分析及存储的库函数。 ③ 既提供了传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有独到的高亮执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。 ④32bit 的编译器编译生成 32bit 的编译程序，保证用户数据采集、测试和测量方。