毕业设计论文-基于labview的通信原理虚拟实验室设计

毕业设计论文-基于labview的通信原理虚拟实验室设计内容摘要：

助于现在流行的 DAQ(数据采集 )卡、 GPIB(通用接口总线 )卡、 VXI(系统控制接口卡 )等，可以插入计算机插槽和计算机进行数据交换。 软件方面，可以方便地与 C、 MatLab 等接口进行调用，也可以与数据库连接，方便地支持网络传送数据。 （ 6） 测量误差小。 传统仪器受系统误差的影响，不同仪器之间个体差异较大，加之观察者自身因素等往往会影响测量结果，而虚拟仪器在 PC 机上运行，不同的 PC 机上 运行具有相同的效果，测量误差很小。 由于虚拟仪器有着诸多的优点，采用虚拟仪器技术来改进实验教学具有极大的可行性。 （ 7） 无缝集成虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。 随着产品在功能上不断地趋于复杂，通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。 虚拟仪器软件平台为所有的海军航空工程学院本科毕业设计 (论文 ) 第 9 页 共 31 页 I/O 设备提供了标准的接口，可以轻松地将多个测量设备集成到单个系统， 减少了任务的复杂性。 表 虚拟实验室和传统实验室的比较 指标 虚拟实验室 传统实验室 发展性 开放性、灵活，可与计算机技术 保 持同步发展 封闭性、仪器 间 相互配合较差。 升级 关键是软件，系统性能升级方便， 通过网络下载升级程序即可。 关键 是 硬件， 升级成本较高， 且升级必须上门服务。 价格 价格低廉，仪器间资源可重复率高。 价格昂贵，仪器间一般无法相 互利用 功能 用户可自行定义。 只有厂家能定义功能。 联网能力 可以与网络及周边设备方便连接。 功能单一，只能连接有限的独立 设备 开发费用 开发与维护费用降到最低。 开发与维护费用高。 技术更新 技术更新周期短。 技术更新周期长。 只有在自己动手的实验过程中，学生才能 够将学到的理论 知识 真正掌握和应用，这就使得电子测量仪器变得至关重要。 而传统仪器下的院校实验教学，己严重滞后于信息时代和工程实际的需要。 虚拟 实验室 正是解决这一矛盾的最佳方案。 如前所述，基于 PC 平台的虚拟 实验室 ，可以充分利用学校的微机资源，完成多种仪器功能，可以组合成功能强人的专用测试系统。 随着计算机技术的不断发展和虚拟仪器软件的 日 趋完善，虚拟仪器会越来越受到人们的重视，随着教学仪器的发展和高职院校实验教学所面临的新要求，将虚拟仪器引入实验教学将成为学校未来教学科研的重要方法和手段。 软件 LabVIEW 简介 LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engi neering Workbench 的缩写，即实验室虚拟仪器工程平台，是一种图形化编程语言 ，又称 G 语言。 其编写的程序称为虚拟 仪器 VI(Virtual Instrument)， 是 以 VI 为后缀的文件。 LabVIEW 不但在程序界面设计时采用了与其他高级语言类似的图形化方式，更重要的是在编写程序代码、实现程序功能的同时，使用的也是图形化的操作方式。 打开 LabVIEW 的程序，看到的不是一行行的文本，而是由一条条彩色线段连接起来的、各式各 样的小图形块。 这是一种全新的编程方式。 由于图形比文字更为直观，因而 LabVIEW海军航空工程学院本科毕业设计 (论文 ) 第 10 页 共 31 页 比其他编程语言更适合初学者进行学习。 一个对计算机软件完全不了解的初学者，通常只需学习两三天的时间就可以随心所欲地编写一些简单的程序了。 这是其他编程语言学习者无法想象的。 [8] LabVIEWe 的编程效率之高是文本编程语言所无法比拟的。 LabVIEW 拥有丰富的工具包，尤其是针对测控、仿真等领域，这些工具包往往可以为编程者提供其所需大部分功能。 因此，在 LabVIEW 程序中，有时几个简单的图形和连线就能够完成文本语言中几十行甚至上百行 代码才能完成的功能。 LabVIEW 的第一个版本是在 Macintosh机（苹果个人计算机）上实现的，后来才移植到 PC机上。 此后， LabVIEW 从未放弃过对跨平台的支持。 至今， LabVIEW仍然是支持不同平台和操作系统数目最多的编程语言之一。 LabVIEW 编程语言有很多优点，在某些特定的领域， 它的优势更加明显。 尤其在测试测量，控制与测试，仿真等领域的应用。 虚拟实验系统的基本构成 虚拟实验 系统主要用于教学实验的仿真模拟 ， 完全摆脱了硬件的限制。 根据实验的内容和要求 ， 首先 在 LabVIEW 环境下 ，分别模拟出各种实 验仪器，其中包括虚拟信号发生器，虚拟数字示波器，虚拟频谱分析仪，虚拟数字滤波器等实验教学仪器，在此基础上又 构建了 三 个相应 实验 模块 ， 分别分类为基础性实验，综合性实验和创新性实验。 每一个模块为一个独立的实验子系统 ， 以完成特定的实验内容。 所有这些子系统模块由一个主程序模块来控制 ， 主模块则以主程序界面的形式来体现。 此外还设置了程序的启动模块用以此外还设置了程序的启动模块用以启动主程序。 实 验系统的构成如图 所示 海军航空工程学院本科毕业设计 (论文 ) 第 11 页 共 31 页 图 虚拟实验系统构成 考虑到该系统主要是用于教学 实验的仿真 ， 因此和硬件相关的部分都需要采用软件来进行模拟。 LabVIEW 中包含了大量的函数模块 ， 如信号仿真模块、信号调理模块及信号分析处理模块等 ， 利用这些功能强大的函数模块以及不同类型的输入控件和显示控件 ， 可以方便地实现测试过程的模拟、实验数据的分析及结果的显示等。 在系统功能的操控上 ， 一般是通过菜单或按钮来实现。 采用按钮方式更接近于真实的仪器 ， 并且在程序的实现上较为容易。 为了使程序框图更加简洁 ， 可采用层叠式顺序结构 （ Stacked Sequence Structure） 来控制查询的顺序。 本系统采用了多面板结构按钮操控。 虚拟实验 系统主 界面如图 所示。 每个界面按钮 下又分别有三个平行的分界面。 分界面分别对应着各个相对的实验模块， 如图 和 所示。 启动模块 主程序模块 基础性实验 综合性实验 创新性实验 海军航空工程学院本科毕业设计 (论文 ) 第 12 页 共 31 页 图 虚拟实验系统的主界面 图 虚拟实验系统基础 性 实验分界面 海军航空工程学院本科毕业设计 (论文 ) 第 13 页 共 31 页 图 虚拟实验系统综合 性 实验分界面 图 虚拟实验系统创新性实验分界面 海军航空工程学院本科毕业设计 (论文 ) 第 14 页 共 31 页 利用 LabVIEW 内置 Web 服务器 还 可以 实现远程虚拟实验室。 系统采用 GPIB （ general purpose interface bus） 仪器控制技术 ， 可程控仪器连接到 LabVIEW 仪器控制服务器 上 ， 现仪器的本地控制 ， 并利用网络技术 ， 把所提供的实验题目及内容放入建立的网站上 ， 远程用户只需利用网络浏览器 ， 就可以登录到远程实验室的网络服务器上 ， 进行实验操作 ， 远程控制实验仪器。 整个远程虚拟实验室系统的软件构成可分为以下几个子系统 ： Web 服务器子系统、 本地仪器控制子系统和客户端子系统。 其结构图如图 所示： 图 远程虚拟实验室的软件构成 Web 服务器是整个系统的核心部分。 通过 Web 服务器 ， 用户可以访问 Web站点、控制仪器 ， 并获得实验结果。 公共 网关接口 （ CGI） 和传输控制协议 （ TCP）是客户端与 Web 服务器以及 Web 服务器与实验室服务器之间的主要通信方法。 在本地控制子系统中 ， 作为控制仪器的 PC 机上装有通用接口总线 ( GPIB) 接口和一块网卡。 仪器控制服务器通过已建立起的 TCP/IP 通道获得来自 Web 服务器控制仪器的命令字符串。 进而启动仪器工作 ， 完成测试任务。 客户端子系统是嵌入在 Web 服务器中。 当用户登录到 Web 服务器上后 ， 用户可以浏览虚拟实验室站点 ， 获得所提供实验的概括介绍以及详细说明。 开始实验操作时 ， 远程用户通过浏览器进入远程虚拟实验室系统 网站的登录页面 ， 如图 所示。 远程虚拟实验室 服务器子系统 仪器控制子系统 客户端子系统 海军航空工程学院本科毕业设计 (论文 ) 第 15 页 共 31 页 图 虚拟实验室的登陆界面 当 Web 服务器接收到来自客户端的有效 CGI（ mon gateway interface） 请求后 ， 从表单中获取相应的实验参数 ,进而向仪器控制服务器提交调用 VI 的请求。 运行于仪器控制服务器上的 G Web Server 接收到请求后 ， 建立起与客户端 TCP/ IP 连接 ， 调用相应的 VI 程序 ： 首先调用串口通信程序 ,即通过串口向硬件实验平台发送控制指令 ， 然后启动仪器控制 VI 模块 ， 使其通过 GPIB 接口卡调用相关仪器设备 ， 对实验电路进行测试 ； 最后将 实验测试结果以 CGI 响应的方式回传到 Web服务器 ， 由 Web 服务器端的 CGI 程序刷新客户端显示 ， 完成了整个实验的操作过程。 海军航空工程学院本科毕业设计 (论文 ) 第 16 页 共 31 页 第 3章 软件设计 虚拟仪器模块 虚拟实验室设计的关键是软件设计。 虚拟仪器实验室设计的关键是软件设计。 运用图形化编程语言 LabVIEW 设计了四大功能模块 ， 即虚拟信号发生器模块、虚拟数字示波器模块、虚拟频谱分析仪模块、虚拟数字滤波器模块。 以下是对各功能模块的设计。 虚拟信号发生器模块 信号发生器模块的信号生成是利用系统函数生成包括方波、三角波、正弦波、锯齿波、脉冲波等各种规则波形以及频率或者幅值变 化的复杂波形，从而为信号的分析与处理提供条件和基础 ， 这些信号经过多功能数据采集卡转换为模拟信号(D /A 转换 )，其实现过程是 ： 首先通过检查面板上用户选择的波形类型、频率及幅值，跳转到相应的程。