多路信號發(fā)生器 和 雙通道虛擬示波器設計 (22)

1、Labview課程設計虛擬儀器課程設計報告設計題目： 1、多路信號發(fā)生器 2、虛擬示波器虛擬儀器課程設計一、 虛擬儀器簡介虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。自80年代后期出現(xiàn)以來，已經(jīng)得到了極大地發(fā)展，他的興起為儀器制造商、儀器用戶提供了前所未有的施展各自才能的領域，儀器不再是制造商的獨自天下，從而真正體現(xiàn)了“儀器的使用者就是設計者，軟件就是儀器”的新觀念。世界各國的工程師和科學家們都已將NI LabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設計周期的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的

2、虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實世界的信號相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們任何項目需要。使用labview開發(fā)平臺編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡稱為VI。VI包括三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標/連接器。程序前面板用于設置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實儀表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出量被稱為顯示（Indicators）?？刂坪惋@示是以各種圖標形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂。Labview圖形化編程語言的出現(xiàn)終于把人們-尤其是工程師和科學家們從

3、繁雜的編程工作中解放放出來，是他們能夠真正專心于自己所關注的事情。通過labview圖形化編程環(huán)境，編程者可以像搭積木一樣“搭建”所見即所得的程序界面，而程序的執(zhí)行內容則由一個個表示函數(shù)的圖標和圖標之間的數(shù)據(jù)流連線構成。這不僅使得編程者不再需要記憶紛繁復雜的語法和函數(shù)原型，更使編寫程序的過程與工程師們的思維習慣相符合，從而使編寫程序的過程也變得生動起來。因此，在現(xiàn)代社會能夠熟練使用labview編程并解決一些實際問題，將對一個人的發(fā)展奠定一個很好的基礎，也將稱為強大的生存工具。二、 Labview實際設計實例：（一） 多路信號發(fā)生器的設計：1、 設計題目：多路信號發(fā)生器2、 實驗目的：通過對信

4、號發(fā)生器的設計，加深對labview的認識，熟練掌握labview8.5的操作方法，認識幾種波形發(fā)生方法，掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計理念，學會利用ni板卡實現(xiàn)實驗要求。3、 實驗要求：1） 可輸出雙路正弦波（方波、三角波）信號，其相位差可調。2） 信號的頻率、幅值、占空比可調4、 設計思想：利用兩個“基本函數(shù)發(fā)生器”產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波信號并實現(xiàn)單多通道波形的輸出，用一個條件循環(huán)實現(xiàn)兩個通道波形的選擇和通道的切換，通過數(shù)值輸入控件對信號的幅值、頻率、占空比、相位進行控制，程序的最外層加一個while循環(huán)實現(xiàn)波形持續(xù)產(chǎn)生。用DAQ采集卡實現(xiàn)模擬信號的輸出。5、設計過程：1）打開labvi

5、ew8.5軟件，在白色程序編輯區(qū)編輯實現(xiàn)程序。2）兩個函數(shù)基本發(fā)生器的設計：在空白區(qū)右鍵單擊，從Express中找到基本函數(shù)發(fā)生器，將其拖到編程區(qū)， 根據(jù)要求設定參數(shù)如圖所示：同理設計另一個一樣的發(fā)生器（圖略）3）通道選擇：涉及三個選項，通過這幾個選項實現(xiàn)通道的選擇，同時每個通道中程序設計幣一樣4）模擬通道設計：使用DAQmx底層VI進行數(shù)據(jù)采集5）其中1）、創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)：通過給出所需的目標通道名稱以及物理通道連接，用來在程序中創(chuàng)建一個通道。使用DAQmx 的DAQmx Create Channel VI創(chuàng)建和初始化一個計數(shù)器輸出通道，用來產(chǎn)生指定頻率的脈沖。選擇合適的輸入?yún)?shù)，包括：Du

6、ty Cycle, Frequency, Counter(s), Idle State and Initial Delay.注意：本實驗中要用模擬信號輸出，所以要把下拉菜單改為AO Voltage。2）、定時設定VI：DAQmx定時VI配置了任務、通道的采樣定時以及采樣模式，并在必要時自動創(chuàng)建相應的緩存。使用DAQmx Timing VI 來配置脈沖產(chǎn)生的持續(xù)時間。像脈沖序列的產(chǎn)生這類沒有采樣時間的需求的應用，必須使用Implicit instance。另外，選擇“Continuous ”作為采樣模式。 3）、DAQmx Write.VI： 可以將需要采集卡生成的數(shù)據(jù)寫入到

7、任務中，這個VI 通常用于Analog/Digital Output 等線程4） Start Task.vi ：在通道、定時、觸發(fā)等硬件配置完成后，開始采集任務，也就是線程一旦流過DAQmx Start Task.vi，采集卡硬件就開始按照前面的配置執(zhí)行。DAQmx 線程的信息都是通過“task in/out”引腳進行傳遞，需要結束時，可以放置DAQmx Stop Task.vi。5） 調用DAQmx Clear Task VI 來清楚該任務。6） 使用Add a Wait Until Next Millisecond Multiple VI 檢查和顯示錯誤。本實

8、驗需要模擬輸出，其思想是：設定定時和緩沖向緩沖寫數(shù)據(jù)開始輸出寫出采樣值繼續(xù)寫出采樣（是，繼續(xù)寫；否，停止輸出）顯示錯誤。6、 結果顯示：1） 首先看單通道的實現(xiàn)結果，單擊控制面板上的運行按鈕，然后打開桌面上藍色圖標DAQ助手單擊接收信號標簽，調整ai1/ai0、continual、res，可以觀察到波形：可以通過調節(jié)前面板的幅值、頻率等觀察波形的變化。2） 點擊切換按鈕，切換到多通道，前面板波形出現(xiàn)在示波器上繼續(xù)打開daq助手觀察接收到的波形：7、本實例可以作為函數(shù)信號發(fā)生器使用并且幅值，頻率、占空比等的設定。（二）虛擬示波器的設計1、設計題目：虛擬示波器2、實驗目的：通過實驗，更深入了解虛擬

9、儀器的基本概念和原理，掌握利用labview、ni板卡等軟、硬件完成虛擬儀器的相關設計的方法和步驟。了解虛擬儀器在解決實際問題時的應用。利用所學的知識設計虛擬示波器來接受外部信號，簡介掌握示波器的工作原理。3、 實驗要求：利用實驗室現(xiàn)有的條件實現(xiàn)虛擬示波器的設計，包括頂層VI的設計和ni板卡的連線。實驗中，我們要達到的效果是實現(xiàn)波形的正常顯示、實現(xiàn)波形的存儲功能、實現(xiàn)波形的回放功能。在實驗中注意培養(yǎng)自己的動手能力，程序調試的能力，碰到缺少的知識點及時補充，真正達到實驗的目的。4、 設計思想：虛擬示波器控制軟件主要完成如下任務：與硬件（數(shù)據(jù)采集卡）連接；控制設備正確工作；實現(xiàn)信號的實時顯示和存儲

10、；對信號進行再現(xiàn)、分析等后續(xù)處理。原理框圖如下：虛擬示波器文本框圖形框命令鈕主菜單采樣參數(shù)波形分析停止退出存儲回放波形調整通道選擇頻率設置啟動采樣圖形框用來顯示被采樣信號的波形，文本框用來顯示采樣的波形參數(shù)和波形上某些點的當前位置。啟動采樣按鈕驅動采樣設備開始采樣，由控制軟件對數(shù)據(jù)采集卡送來的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，完成波形顯示，參數(shù)測量、頻譜分析等功能。4、 設計過程：a) 啟動labview8.5軟件，在程序框圖面板進行程序框圖設計。本人首先設計的是模擬通道。在實驗一中我們介紹了創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)、定時設定VI、DAQmx Write.VI、Start Task.vi的功能和結構，這里就

11、不再列寫了，只介紹一下DAQmx讀取VI：DAQmx讀取VI從特定的任務或者通道當中讀取數(shù)據(jù)，指出VI所返回的數(shù)據(jù)類型，一次讀取一個單點采樣還是讀取多點采樣，以及從單通道讀取還是從多通道中讀取數(shù)據(jù)。 于是整個的模擬量輸入通道實現(xiàn)結果如下：b) 通道選擇設置：設計一個條件結構進行連接，添加分支得到三個條件分支，可以相應的輸出通道一、二和雙通道。在這個外側加上while語句，以便生成連續(xù)信號。在條件框圖的右側添加波形顯示控件雙通道是一個捆綁數(shù)據(jù)，通道一、二必須要進行數(shù)據(jù)轉換c) 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計雙擊這個控件得到配置統(tǒng)計界面，選擇相應的選項，創(chuàng)建相應的顯示控件，在前面板上出現(xiàn)向相應的輸出框。將統(tǒng)計控件的輸

12、入端連接在條件框圖的波形顯示輸出端上。d) 波形的存儲與回放：利用條件選擇框控制波形的存儲與回放，在框內分別置入“寫入測量控件和 讀入測量控件”e) 示波器x、y軸的實時調整：通過輸入控件調整波形，已達到最好的顯示效果，對于數(shù)據(jù)的分析與研究有很好的輔助作用。f) 程序框圖的調整、運行、除錯處理：點擊運行按鈕，觀察運行結果，如果出錯，調出出錯位置并進行初步改正，直到程序能夠順利進行。對紛繁雜亂的連線重新布置，便于程序的回看查錯。g) 前面板調整，美化：利用express以及右鍵單擊菜單中的美化工具進行美化處理。5、 設計實例的實現(xiàn)方法即結果顯示：1） 首先，打開實驗一中我們設計好的多路信號發(fā)生器

13、，利用它產(chǎn)生波形2） 產(chǎn)生單路信號，打開示波器前面板，點擊運行按鈕。調節(jié)各個控制按鈕，找到波形的最佳顯示效果。我們得到的波形如圖所示：點擊存儲按鈕，對波形進行存儲，等待進行回放。過一段時間后，我們點擊回放按鈕，會看到顯示：3） 將多路信號發(fā)生器切換到多通路模式，并發(fā)出波形（通過調節(jié)波形按鈕調節(jié)輸出的波形），同時，按下存儲按鈕進行波形存儲，稍等片刻再按下回放按鈕，觀察到波形為：三、 設計總結：通過實驗，我充分認識了labview這款軟件，了解了它作為圖形化編程工具的強大之處。實驗一中，通過設計多路信號發(fā)生器，掌握了基本信號發(fā)生器的設計，并且知道了多路的實現(xiàn)方法，回顧了條件結構的基礎知識，對其有了

14、更深的了解。實驗二中，通過對虛擬示波器的設計，充分理解了示波器的工作原理，掌握了模擬輸入輸出通道的建立方法。實驗中還增強了自己的動手查錯能力，每個實驗在建立起時都不會是完全正確（除非非常簡單的程序設計），這就需要我們耐下心來，認真查找錯誤，實現(xiàn)實驗應有的效果。兩個實驗基本上都達到了實驗要求，并且我已將嘗試完用多路信號發(fā)生器發(fā)出波形，用虛擬示波器進行輸出。虛擬示波器有時顯示不是很穩(wěn)定，由于時間問題就沒有充分調整好，以后再花一點時間把虛擬示波器在完善一下，力爭做到完美。四、 學習心得：時間過得真快，這一學期的labview課就要結束了，通過這一學期的學習，我從一個完全的labview盲到掌握了很多

15、labview的設計理念。剛開始，還沒有接觸軟件，沒有實際操作，在課堂上學習，總會出現(xiàn)很多問題，自己看書也是很多地方一頭霧水，但是通過這次期末課程設計，我找到了學習的方法，時間永遠是檢驗真理的唯一標準。在實驗中，我經(jīng)常會碰到很多棘手的問題，有時候不管怎么樣去做都做不好，后來通過自己穩(wěn)定情緒，再把問題自己屢一遍，發(fā)現(xiàn)了問題的所在。因此，以后不管做什么事情，都要沉著應對，腦子里要不斷提醒自己一定要保持頭腦清醒，不要怕有錯誤，或許每個錯誤都是對你的極大幫助。在實驗一中，剛開始確實是一點頭緒都沒有，但是通過老師的講解，再通過課件上的例子，逐漸理解了其設計原理，并經(jīng)過反復的實驗，不斷往實驗要求上去靠近，最終實現(xiàn)了實驗的全部要求，不僅達到了設計的要求，而且還嘗試了一些別的方法，證明了方法的正確性。在實驗二中，我很長時間都困惑于他的設計原理，還是通過不斷地嘗試，不斷地試驗，基本上