用labview設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算器(虛擬儀器)課件

1、虛擬儀器實(shí)驗(yàn)報(bào)告科 目： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 院 系： 類 別： （ 學(xué)術(shù)、專業(yè)） 實(shí)驗(yàn)一 Labview 計(jì)算器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^利用labview設(shè)計(jì)一個(gè)簡易計(jì)算器熟練的掌握labview基本功能和基本操作方法。二、實(shí)驗(yàn)要求利用設(shè)計(jì)的計(jì)算器可以進(jìn)行簡單的四則運(yùn)算、可以進(jìn)行平方、開根號(hào)和倒數(shù)運(yùn)算、計(jì)算器可以進(jìn)行清零和關(guān)閉計(jì)算器操作、在輸入數(shù)據(jù)時(shí)不慎將某個(gè)數(shù)字輸錯(cuò)可以運(yùn)用BackSpace清除該值等一些基本簡單的運(yùn)算。三、實(shí)驗(yàn)原理和框圖1、前面板設(shè)計(jì)前面板是LabVIEW的圖形用戶界面，在LabVIEW環(huán)境中可以對這些對象的外觀和屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)，LabVIEW提供了非常豐富的界面對象，可以方便地設(shè)

2、計(jì)出生動(dòng)、直觀、操作方便的用戶界面。本系統(tǒng)中前面板顯示程序的輸入和輸出對象，即，控件和顯示器。本程序中控件主要是按鈕，顯示器主要是文本顯示。在前面板設(shè)計(jì)過程中先在前面板整齊排列放置22個(gè)確定按鈕，將這22按鈕的標(biāo)簽隱藏，然后修改這22個(gè)確定按鈕的名字分別為：09十個(gè)數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)、正負(fù)號(hào)、加、減、乘、除、等號(hào)、倒數(shù)、根號(hào)、清零、退格和X的Y次方。前面板還包括一個(gè)文本顯示控件用于顯示計(jì)算的結(jié)果和計(jì)算器的某些提示，通過改變顯示控件的大小使之于計(jì)算器的大小相適應(yīng)。計(jì)算器的前面板還有程序框圖中while循環(huán)的停止按鈕，當(dāng)按鈕按下時(shí)計(jì)算器停止工作退出到LabVIEW的編輯界面。為了前面板的美觀和防止按鈕的

3、移動(dòng)，分別將前面板的各個(gè)按鈕和文字進(jìn)行組合和對前面板進(jìn)行裝飾，裝飾采用修飾中的平面框。如下圖所示：2.后面板設(shè)計(jì)程序框圖對象包括接線端和節(jié)點(diǎn)，將各個(gè)對象連線連接便創(chuàng)建了程序框圖，接線端的顏色和符號(hào)表明了相應(yīng)輸入控件或顯示控件的數(shù)據(jù)類型。程序框圖是程序的核心，程序要實(shí)現(xiàn)的功能都是通過程序框圖反應(yīng)出來的。本課程設(shè)計(jì)的程序框圖主要運(yùn)用了while循環(huán)、時(shí)間結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)和平鋪順序等結(jié)構(gòu)。通過上圖可以看出當(dāng)小數(shù)點(diǎn)按鈕按下時(shí)，0.和存臨時(shí)數(shù)據(jù)通過字符串連接控件將兩者連接到一起；小數(shù)點(diǎn)按鈕沒有按下時(shí)，臨時(shí)數(shù)據(jù)和小數(shù)點(diǎn)通過字符串連接按鈕也將兩者連接在一起，將連接到一起的數(shù)據(jù)送到顯示控件。數(shù)值控件與運(yùn)算按鈕沒

4、有直接的連線，這就需要對控件進(jìn)行引用，將引用后的結(jié)果經(jīng)過屬性節(jié)點(diǎn)和字符串至十進(jìn)制轉(zhuǎn)換將按下的按鈕掃描到臨時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時(shí)保存。圖3-3四則運(yùn)算的除法運(yùn)算在四則運(yùn)算的過程中，通過運(yùn)算符按鈕對四則運(yùn)算進(jìn)行控制，在進(jìn)行除法運(yùn)算當(dāng)除數(shù)為零時(shí)，會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的提示。當(dāng)除數(shù)不為零時(shí)，除法運(yùn)算跟加減乘的運(yùn)算是一樣的。圖3-4清零操作清零操作就是將運(yùn)算符、小數(shù)點(diǎn)、顯示和操作等控件的局部變量返回到計(jì)算前的設(shè)定值，以便于進(jìn)行下一步的運(yùn)算。圖3-5退格操作當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)較大或者在進(jìn)行連續(xù)運(yùn)算時(shí)，不慎將某個(gè)數(shù)輸入錯(cuò)誤如果進(jìn)行清零操作就會(huì)導(dǎo)致以前的工作全部功虧于潰，這是只需進(jìn)行退格操作將輸入錯(cuò)誤的數(shù)值清除即可，不過計(jì)算后的結(jié)果

5、不能進(jìn)行退格操作。圖3-6開根號(hào)運(yùn)算開根號(hào)是計(jì)算器最基本的功能，在進(jìn)行開根號(hào)運(yùn)算之前應(yīng)該先對開根號(hào)的數(shù)值進(jìn)行判斷是否滿足開根號(hào)的條件。當(dāng)根號(hào)下的數(shù)值小于零時(shí)，會(huì)顯示出“錯(cuò)誤：被開放數(shù)小于零！”；根號(hào)下的數(shù)值大于等于零時(shí)，會(huì)通過計(jì)算顯示出正確的結(jié)果。圖3-7x的y次冪運(yùn)算在進(jìn)X的Y次冪操作時(shí)，先輸入的為底數(shù)后輸入的為冪數(shù)。X的Y次冪運(yùn)算已經(jīng)在前面定義過了，在這里只需調(diào)用就可以了。圖3-8倒數(shù)運(yùn)算倒數(shù)運(yùn)算跟除法運(yùn)算非常相似，只需將除法運(yùn)算中的被除數(shù)改為固定數(shù)1就可以了，同時(shí)還必須考慮除數(shù)為零的情況，這按除法運(yùn)算的設(shè)計(jì)方法就可以了。四、系統(tǒng)調(diào)試： 1.四則運(yùn)算。此運(yùn)算利用+、×、÷

6、;可以進(jìn)行一些基本簡單的混合運(yùn)算；2.開平方（Sqrt）。此按鍵的功能是對某個(gè)數(shù)進(jìn)行開方運(yùn)算；3.清除按鍵（Backspace）。此按鍵的功能是當(dāng)輸入有誤時(shí)，用此按鍵可以清楚錯(cuò)誤輸入；4.清零按鍵（CE）。此按鍵的功能是直接將顯示數(shù)據(jù)清零，從新開始新的運(yùn)算；5.x的y次方運(yùn)算（xy）。此按鍵的功能是進(jìn)行x的y次方運(yùn)算；6.取倒數(shù)（1x）。此按鍵的功能是求x的倒數(shù)。五、總結(jié)利用本次計(jì)算器課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，我對虛擬儀器技術(shù)有了更加一步的了解，在全球數(shù)據(jù)采集（DAQ）市場中長期保持領(lǐng)先地位的NI數(shù)據(jù)采集系列產(chǎn)品專門針對絕對精度、高速性能、易用性和安全性等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過創(chuàng)造性地將模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)相結(jié)

7、合，NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以幫助工程師們輕松滿足各種測量要求。實(shí)驗(yàn)二 模擬輸入一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解LabVIEW中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程；2掌握基本的數(shù)據(jù)采集模塊的使用；3學(xué)會(huì)使用中級(jí)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行編程；4學(xué)會(huì)用軟件觸發(fā)顯示實(shí)時(shí)波形。二、 實(shí)驗(yàn)要求通過BNC-2120連接器和P6014E采集卡，實(shí)現(xiàn)單通道多點(diǎn)采集，用軟件觸發(fā)顯示實(shí)時(shí)波形。三、 實(shí)驗(yàn)原理及框圖1單通道連續(xù)數(shù)據(jù)采集本程序需調(diào)用Intermediate VI中的AI Config VI、AI Strat VI及AI Read VI等來實(shí)現(xiàn)，其程序如圖1所示，首先在AI Config VI中需要指定緩沖區(qū)長度Buffer size，其余參數(shù)

8、可采用默認(rèn)值。在AI Start VI中需要設(shè)置掃描速率scan rate，即指定采樣頻率；此外，需將通道列表掃描的次數(shù)number of scans to acquire設(shè)為0，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)采集。程序中設(shè)置了一個(gè)While循環(huán)，開始采集后，在循環(huán)中不斷讀取緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)，并送往示波器加以顯示。用AI Clear VI來清除模擬輸入操作和緩沖區(qū)的配置，并釋放DAQ卡上的資源。圖1 單通道連續(xù)數(shù)據(jù)采集程序2軟件觸發(fā)數(shù)據(jù)采集軟件觸發(fā)是在數(shù)據(jù)采集時(shí)，對A/D轉(zhuǎn)化的信號(hào)進(jìn)行比較監(jiān)測，當(dāng)滿足軟件觸發(fā)的條件時(shí)開始將采集數(shù)據(jù)讀取到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并在采集結(jié)束后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。即信號(hào)采集一直在進(jìn)行，但只對滿足條件

9、的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其程序如圖2所示，主要需要對AI Read VI的conditional retrieval進(jìn)行配置，包括觸發(fā)電平、觸發(fā)方式等。圖2 軟件觸發(fā)數(shù)據(jù)采集程序四 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1單通道連續(xù)數(shù)據(jù)采集以1kHz為采樣頻率，對正弦波信號(hào)源進(jìn)行連續(xù)采樣，所得結(jié)果如圖3所示。2軟件觸發(fā)數(shù)據(jù)采集以1V 為觸發(fā)電平，在上升沿和下降沿到來時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所得結(jié)果如圖4圖3 單通道連續(xù)數(shù)據(jù)采集結(jié)果圖4 軟件觸發(fā)數(shù)據(jù)采集結(jié)果五 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)，我初步了解了虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集功能，學(xué)會(huì)了在LabVIEW中編寫簡單的數(shù)據(jù)采集程序，基本達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，為以后學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)三、模擬輸出一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

10、在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步熟悉數(shù)據(jù)輸出的各種模塊了解它們的作用和接方式能夠正確運(yùn)用DDS原理產(chǎn)生單通道的正弦波信號(hào)，并能夠?qū)︻l率和幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)。二、實(shí)驗(yàn)要求輸出頻率f可調(diào)，且頻率分辨率可調(diào)的正弦波。以固定100KS/s采樣率采集并實(shí)時(shí)顯示輸出波形。三 實(shí)驗(yàn)原理及框圖1DDS原理介紹DDS就是直接數(shù)字合成技術(shù)。在數(shù)據(jù)輸出中，先產(chǎn)生一系列的正弦波數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到buffer中，然后通過參數(shù)的配置，輸出不同頻率和幅度的正弦波，如圖1所示：圖1 DDS原理框圖首先產(chǎn)生N個(gè)的正弦波的值存儲(chǔ)到buffer中，n表示這N個(gè)正弦波值采集了多少個(gè)正弦波的周期。輸出波形的頻率為： (1) (2)其中：表示輸出信號(hào)的頻

11、率，表示DA的update rate，表示步長，表示buffer里面存儲(chǔ)的正弦波值的周期，表示buffer的大小。2、波形輸出配置 DDS是整個(gè)程序的主要部分，接下來將產(chǎn)生的DDS數(shù)組輸入到write模塊中，具體模塊如圖2所示：圖2波形輸出配置框圖config模塊中對通道以及buffer的大小進(jìn)行配置，接著write模塊中將上一步產(chǎn)生的DDS數(shù)組輸入，該模塊的作用就是將輸入DDS數(shù)組寫入到采集卡的buffer中，為下一步的數(shù)據(jù)輸出做準(zhǔn)備。Start模塊主要有2個(gè)參數(shù)配置，如上圖所示。該模塊則是將在buffer中的數(shù)據(jù)不停的輸出，0表示不停的連續(xù)輸出，而30000則是update rate就是在

12、DDS中提到的Fs。這是一個(gè)比較重要的參數(shù)，對輸出信號(hào)波形的好壞有很大的影響。比如用30K的的update rate輸出一個(gè)頻率為2K的信號(hào)，那么一個(gè)周期內(nèi)就有15個(gè)點(diǎn)，基本上能比較完整的表示一個(gè)正弦波，而通過實(shí)驗(yàn)表明本采集卡的最大update rate略大于30K，在產(chǎn)生3K信號(hào)的時(shí)候效果不是太好。3）實(shí)時(shí)參數(shù)更改實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)敵龅牟ㄐ螌?shí)時(shí)的更改其頻率以及幅度。因此在程序中加入了一個(gè)while循環(huán)，如圖3所示。圖3 while循環(huán)設(shè)置循環(huán)左面的局部變量是為了判斷頻率或者步長是否發(fā)生變化，如果發(fā)生了變化就產(chǎn)生新的DDS信號(hào)，重新對buffer寫入。在進(jìn)入write模塊以前可以對幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果沒有變化，就不對buffer進(jìn)行操作。一直循環(huán)到按下stop鍵。要注意步長的更改，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)上將Fs固定，所以在改變步長以后N也發(fā)生了變化，也就是buffer的大小發(fā)生了變化，所以必須對采集卡重新進(jìn)行配置。四 實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)頻率分辨率為2000，調(diào)頻率為20，采樣率fs的值為1