虛擬相位差測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)論文（含ppt、中英資料）

1、中文摘要 i 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)開(kāi)開(kāi)題題報(bào)報(bào)告告（理理工工類類） 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)題題 目目 虛虛擬擬相相位位差差測(cè)測(cè)量量?jī)x儀的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 學(xué)學(xué)生生姓姓 名名 學(xué)學(xué)號(hào)號(hào)專專業(yè)業(yè)電電氣氣工工程程及及其其自自動(dòng)動(dòng) 化化 一一、課課題題的的目目的的意意義義： 現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和普及應(yīng)用使得電子測(cè)量?jī)x器 與自動(dòng)化測(cè)試這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了根本性的變化。尤其是近年來(lái)美國(guó)國(guó)家 儀器公司 ni 的創(chuàng)新產(chǎn)品 圖形化編程環(huán)境 labview（laboratory virtual instrument engineering）的出現(xiàn),使得“虛擬儀器 ”的思想為工業(yè) 界所接收。 虛擬儀器的本質(zhì)是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)

2、，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬 件和專用軟件形成既有普通儀器的基本功能又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功 能的高檔低價(jià)的新型儀器。 虛擬儀器最重要、最核心的技術(shù)是虛擬儀器軟 件開(kāi)發(fā)環(huán)境。 labview 是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和 研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。 labview 集成了與滿足 gpib、vxi、rs-232 和 rs-485 協(xié)議的硬件及 數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用tcp/ip、activex 等 軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。 測(cè)量相位差的方法（過(guò)零檢測(cè)法、相關(guān)分析法、頻譜 分析法等）；此次設(shè)計(jì)的目的仔魚(yú)多種方法在虛擬儀器設(shè)計(jì)平臺(tái)的仿真

3、實(shí) 現(xiàn)；采用各種方法的虛擬相位差測(cè)量?jī)x的分析比較。 通過(guò)此次的設(shè)計(jì)培養(yǎng)了綜合運(yùn)用所學(xué)的c 程序設(shè)計(jì)、虛擬儀器、電 路原理、電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制原理等專業(yè)知識(shí)，提高了調(diào)查研究、查 閱文獻(xiàn)和檢索資料的能力。 如今虛擬儀器的功能和性能已被不斷地提高， 在許多應(yīng)用中它已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式。隨著pc、半導(dǎo)體和軟 件功能的進(jìn)一步更新，未來(lái)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展將為測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供 一個(gè)極佳的模式 。因此對(duì)本課題的研究有著巨大的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。 二二、近近年年來(lái)來(lái)國(guó)國(guó)內(nèi)內(nèi)外外研研究究現(xiàn)現(xiàn)狀狀： 27 年前，美國(guó)國(guó)家儀器公司 ni（nationalinstruments）提出“軟件 即是儀器 ”的概念

4、，推出了直觀的流程圖編程風(fēng)格的軟件開(kāi)發(fā)和運(yùn)行平臺(tái) labview，引發(fā)了 測(cè)控技術(shù) 領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 得以進(jìn)入儀器領(lǐng)域 ，開(kāi)啟了虛擬儀器 （vi）的先河。 虛擬儀器 可以充分利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源，配以獨(dú)特設(shè)計(jì)的軟硬件， 實(shí)現(xiàn)普通儀器的全部功能以及一些在普通儀器上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。它依賴 軟件，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制測(cè)試硬件、分析和提供測(cè)試數(shù)據(jù)。由于沒(méi)有專門(mén) 的前面板、顯示器和電源，其硬件通常在pc 或 vxi/cpci 主機(jī)中，所有儀 器面板和顯示器都在監(jiān)視器上模擬，所以稱為虛擬儀器 。虛擬儀器技術(shù) 中文摘要 ii 的出現(xiàn)徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無(wú)法改變的模式，給用戶一

5、 個(gè)充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間。用戶可以根據(jù)不同要求，設(shè)計(jì)自己 的儀器系統(tǒng)，滿足多樣的應(yīng)用需求。 虛擬儀器 最終要取代大量的傳統(tǒng)儀器 成為儀器領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，成為測(cè)量、分析、控制、自動(dòng)化儀表的核心。 三三、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方方案案的的可可行行性性分分析析和和預(yù)預(yù)期期目目標(biāo)標(biāo)： 一一、可可行行性性分分析析： 1、由由于于 labview 提提供供的的圖圖表表功功能能是是有有限限的的，尤尤其其是是當(dāng)當(dāng)軟軟件件中中需需要要進(jìn)進(jìn) 行行復(fù)復(fù)雜雜計(jì)計(jì)算算時(shí)時(shí) labview 的的圖圖形形化化編編程程語(yǔ)語(yǔ)言言速速度度不不理理想想等等原原因因，利利用用在在 labview 環(huán)環(huán)境境中中調(diào)調(diào)用用 c 語(yǔ)語(yǔ)言言以以完

6、完善善其其功功能能 2、根根據(jù)據(jù)相關(guān)法、過(guò)零檢測(cè)法等測(cè)量相位差的原理，將其運(yùn)用在 labview 軟件平臺(tái)中。 二二、預(yù)預(yù)期期目目標(biāo)標(biāo) 模模擬擬兩兩個(gè)個(gè)輸輸入入電電壓壓信信號(hào)號(hào)在在設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)成成的的虛虛擬擬儀儀器器界界面面仿仿真真實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。 四四、所所需需要要的的儀儀器器設(shè)設(shè)備備、材材料料： 一一、儀儀器器設(shè)設(shè)備備。 微微機(jī)機(jī)一一臺(tái)臺(tái)（須須裝裝有有 labview7.1 虛虛擬擬儀儀器器開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)軟軟件件平平臺(tái)臺(tái)）、示示波波器器等等。 二二、主主要要參參考考文文獻(xiàn)獻(xiàn)。 清華版 labview 教程 計(jì)算機(jī)虛擬儀器圖形編程 labview 實(shí)驗(yàn)教材 基于 labview 的虛擬儀器設(shè)計(jì) 劉君華 五五

7、、課課題題分分階階段段進(jìn)進(jìn)度度計(jì)計(jì)劃劃： 序序號(hào)號(hào)起起止止日日 期期 工工 作作 內(nèi)內(nèi) 容容階階段段成成果果 1第第 1-2 周周 查找英文資料，并翻譯，熟悉課題。 對(duì)本課題有了初步 的了解 2第第 3-4 周周 確定總體方案，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。完成開(kāi)題報(bào)告，并 順利通過(guò)答辯 3第第 5-6 周周 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，提出系統(tǒng)的整體 方案，寫(xiě)出概要設(shè)計(jì)書(shū)。 順利設(shè)計(jì)出系統(tǒng)整 體方案 4第第 7-8 周周 實(shí)際調(diào)研。對(duì) labview 有了更 深入的了解 5第第 9-10 周周 大量查找資料，并完成各種硬 軟件 的原理分析 。 查找并熟悉了各控 件的基本功能 中文摘要 iii 6第第 11-13 周周

8、現(xiàn)場(chǎng)制作與實(shí)驗(yàn) 。成功設(shè)計(jì)出各種方 法的程序框圖 7第第 14-16 周周 撰寫(xiě)畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯 。繪制答辯圖紙， 論 文定稿成功 8第第 17 周周 畢業(yè)答辯準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師意意見(jiàn)見(jiàn)： 簽字： 200 年 月 日 中文摘要 iv 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文） 題題 目目： 虛虛擬擬相相位位差差測(cè)測(cè)量量 儀儀的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 中文摘要 v 摘摘 要要 本題目屬于應(yīng)用設(shè)計(jì)類，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：相位差檢測(cè)的方法（相關(guān)分析法、 頻譜分析法、過(guò)零檢測(cè)法等）研究；多種方法在虛擬儀器設(shè)計(jì)平臺(tái)上的仿真實(shí) 現(xiàn)；采用各種方法的虛擬相位差測(cè)量?jī)x的

9、分析比較。 論文采用三種方法中的前兩種，比較兩種方法設(shè)計(jì)成的仿真儀在測(cè)量波形 相位差的精度和程序上的不同，通過(guò)相關(guān)資料了解它們?cè)趯?shí)際運(yùn)用中各自的適 用場(chǎng)所及其優(yōu)缺點(diǎn)。充分了解虛擬儀器特別是 labview 的功能強(qiáng)大性。 論文的第一部分是對(duì)虛擬儀器，主要是虛擬儀器的大體介紹和相位差測(cè)量 儀的在工業(yè)上的應(yīng)用；第二部分主要是對(duì) labview 的簡(jiǎn)介和其運(yùn)行的環(huán)境的 概述；第三部分主要講述本次課程設(shè)計(jì)中要用到 labview 中的功能函數(shù)以及 相關(guān)法、頻譜分析法等相位差測(cè)量方法原理；第四部分則列出本次課程設(shè)計(jì)要 用到的 labview 的內(nèi)容及各種方法在 labview 平臺(tái)下的實(shí)現(xiàn)。最后是對(duì)本

10、次設(shè)計(jì)的總結(jié)。 關(guān)關(guān)鍵鍵詞詞：相關(guān)法、頻譜分析法、過(guò)零檢測(cè)法、相位計(jì) 英文摘要 vi abstract the topic is application design category, design elements include: phase difference detection method (correlation analysis, spectrum analysis, zero-crossing detection, etc.); various methods in the design of virtual instrument platform simulation;

11、using various methods of virtual phase meter analyzed. papers using three methods of the former two. comparing the two methods designed instrument in the simulation waveform measurement accuracy and the phase difference of the different procedures, through the relevant information on the practical a

12、pplication of their respective places of application and their advantages and disadvantages. fully aware of virtual instruments, especially labview powerful nature. among the first part of the virtual instrument, is the main design of this phase difference measuring instrument of industrial applicat

13、ions; the second part was to brief the labview and its operating environment overview; the third part mainly on the current curriculum design, the use of related laws, such as spectrum analysis phase difference measurement principle; part iv sets out the course of the design labview use of the conte

14、nt and methods in labview platform achieved. keywords: correlation, spectrum analysis, zero-crossing detection, phasemeter 目 錄 vii 目 錄 摘 要.i abstract（英文摘要）.vi 目 錄. .ivi 第一章第一章 引引 言言. 1 1.1 高效的軟件.1 1.2 模塊化的 i/o 硬件. 2 1.3 用于集成的軟硬件平臺(tái).2 第二章 相位差測(cè)量?jī)x的概述 . 5 2.1 相位差的定義.5 2.2 相位差測(cè)量?jī)x的應(yīng)用.5 第三章 編程軟件 labview 的簡(jiǎn)介

15、.5 3.1 labview 的概述 .6 3.2 labview 的應(yīng)用 .7 3.2.1 labview 應(yīng)用于測(cè)試與測(cè)量 .7 3.2.2 labview 應(yīng)用于過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化 .7 3.2.3 labview 應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究與自動(dòng)化 .7 3.3 labview 的編程環(huán)境 .8 第四章 相位差測(cè)量方法原理簡(jiǎn)介. 10 4.1 相關(guān)法測(cè)量相位差原理. 10 4.2 頻譜分析法測(cè)量相位差原理. 12 4.3 零點(diǎn)檢測(cè)法測(cè)量相位差原理. 13 第五章 測(cè)量相位差方法在 labview 中的應(yīng)用. 15 5.1 設(shè)計(jì)中常用控件功能簡(jiǎn)介. 15 5.1.1 數(shù)據(jù)類型 . 15 5.1.

16、2 結(jié)構(gòu) . 15 目 錄 viii 5.1.3 數(shù)學(xué)運(yùn)算 . 18 5.1.4 比較運(yùn)算 . 18 5.1.5 簇. 20 5.1.6 波形顯示控件 . 21 5.2 基于相關(guān)原理的虛擬相位差的設(shè)計(jì). 23 5.2.1 基于相關(guān)法虛擬相位差計(jì)主程序流程圖. 23 5.2.2 labview 平臺(tái)下軟件的實(shí)現(xiàn) . 23 5.3 利用 fft 函數(shù)的相位計(jì)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì). 25 5.4 基于頻譜分析原理的虛擬相位差的設(shè)計(jì). 27 5.4.1 虛擬頻譜分析法測(cè)量相位差計(jì)的實(shí)現(xiàn).27 5.4.2 虛擬頻譜分析法測(cè)量相位差存在的問(wèn)題及解決方法. 30 5.5 各種測(cè)量方法的比較. 31 結(jié)論.32 參考文獻(xiàn)

17、.34 致謝及聲明.35 附圖（頻譜分析法的程序框圖） 第一章 引言 - 1 - 第第一一章章 引引言言 信號(hào)的相位差測(cè)量?jī)x在電工技術(shù)，工業(yè)自動(dòng)化，智能控制，通訊及電子技 術(shù)等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)電子模擬式相位差測(cè)量采用乘法器法， 二極管鑒相法等，有硬件電路完成。電路的溫漂，噪聲級(jí)干擾信號(hào)，都會(huì)導(dǎo)致 測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，因此，傳統(tǒng)的相位差檢測(cè)方法正逐漸被軟件測(cè)量方法所替 代，通過(guò)軟件算法來(lái)消除溫漂，噪聲及干擾信號(hào)的影響，使測(cè)量結(jié)果更加精確。 1995 年我們開(kāi)始接觸 ni 公司的產(chǎn)品， 2000 年建立了一個(gè)用于教學(xué)的 虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室。在該實(shí)驗(yàn)室中，使用自己開(kāi)發(fā)的虛擬儀器開(kāi)設(shè)了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)

18、， 并融入電路實(shí)驗(yàn)課程，然后又轉(zhuǎn)向?yàn)槿５谋究粕脱芯可_(kāi)設(shè)虛擬儀器設(shè) 計(jì)課程。 虛擬儀器是以其技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，它強(qiáng)調(diào)“軟 件就是儀器 ”的概念，用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，更好的組 建自己所需要的測(cè)試系統(tǒng)。它是按照 “信號(hào)的調(diào)整與采集（ adc），數(shù)據(jù) 的分析與處理（ dsp），結(jié)果的輸出（ dac）及顯示 ”的結(jié)構(gòu)模式來(lái)建立通 用儀器硬件平臺(tái)，在這個(gè)通用硬件儀器平臺(tái)上，調(diào)用不同的測(cè)量軟件就構(gòu)成 了不同功能的儀器。 虛擬儀器（ virtual instrumention）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī) 和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩

19、種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。 隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來(lái)越 強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。 以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要 是指這種方式。下面的結(jié)構(gòu)反映了常見(jiàn)的虛擬儀器方案。 被測(cè)對(duì)象 信號(hào)處理 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)處理 虛擬儀器面板 虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完 成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定 義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬 第一章 引言 -

20、2 - 件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。這也正是ni 近 30 年來(lái)始終引 領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化 i/o 硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器 技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。虛擬儀 器技術(shù)的三大組成部分： 1.1 高效的軟件 軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過(guò)設(shè)計(jì) 或調(diào)用特定的程序模塊，工程師和科學(xué)家們可以高效地創(chuàng)建自己的應(yīng)用以及 友好的人機(jī)交互界面。 ni 公司提供的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件 labview，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強(qiáng)大的后 續(xù)

21、數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)的方式，并將結(jié)果顯示給用戶。 此外，ni 提供了更多交互式的測(cè)量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例 如連接設(shè)計(jì)與測(cè)試的交互式軟件signalexpress、用于傳統(tǒng) c 語(yǔ)言的 labwindows/cvi、針對(duì)微軟 visual studio 的 measurement studio 等等， 均可滿足客戶對(duì)高性能應(yīng)用的需求。 有了功能強(qiáng)大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而 發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測(cè)試應(yīng)用中的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。 1.2 模塊化的i/o硬件 面對(duì)如今日益復(fù)雜的測(cè)試測(cè)量應(yīng)用， ni 提供了全方位的軟硬件的解決 方案。無(wú)論您是使用 pci,

22、pxi, pcmcia, usb 或者是 1394 總線，ni 都能 提供相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號(hào)條理、聲音和振 動(dòng)測(cè)量、視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、儀器控制、分布式i/o 到 can 接口等工業(yè)通訊，應(yīng) 有盡有。 ni 高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開(kāi)發(fā)軟件，可以為負(fù)責(zé)測(cè)試和設(shè) 計(jì)工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測(cè)量系統(tǒng)，滿足各種獨(dú)特的應(yīng)用要求。 目前，ni 已經(jīng)達(dá)到了每 2 個(gè)工作日推出一款硬件產(chǎn)品的速度，大大拓寬了 用戶的選擇面：例如 ni 新近推出的新一代數(shù)據(jù)采集設(shè)備 先期推出的 第一章 引言 - 3 - 20 款 m 系列 daq 卡，就為數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域設(shè)定了全新的標(biāo)準(zhǔn)。 1.3 用

23、于集成的軟硬件平臺(tái) ni 首先提出的專為測(cè)試任務(wù)設(shè)計(jì)的pxi 硬件平臺(tái)，已經(jīng)成為當(dāng)今測(cè)試、 測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，它的開(kāi)放式構(gòu)架、靈活性和pc 技術(shù)的成 本優(yōu)勢(shì)為測(cè)量和自動(dòng)化行業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)翻天覆地的改革。由ni 發(fā)起的 pxi 系統(tǒng)聯(lián)盟現(xiàn)已吸引了 68 家廠商，聯(lián)盟屬下的產(chǎn)品數(shù)量也已激增至近千 種。 pxi 作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平 臺(tái)，內(nèi)建有高端的定時(shí)和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的i/o 硬件和相應(yīng) 的測(cè)試測(cè)量開(kāi)發(fā)軟件，您就可以建立完全自定義的測(cè)試測(cè)量解決方案。無(wú)論 是面對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，還是高端的混合信號(hào)同步采集，借助pxi 高性能的硬件平臺(tái)，您

24、都能應(yīng)付自如。這就是虛擬儀器技術(shù)帶給您的無(wú)可比 擬的優(yōu)勢(shì)。 虛擬儀器技術(shù)的四大優(yōu)勢(shì)： 1.性能高： 虛擬儀器技術(shù)是在 pc 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全 “繼承” 了以現(xiàn)成即用的 pc 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處 理器和文件 i/o，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤(pán)的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分 析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展 現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。 2.擴(kuò)展性強(qiáng) ni 的軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當(dāng)前的技術(shù)中。得 益于 ni 軟件的靈活性，只需更新您的計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬 件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)您的

25、整個(gè)系統(tǒng)。在利用最 新科技的時(shí)候，您可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加 速產(chǎn)品上市的時(shí)間。 第一章 引言 - 4 - 3.開(kāi)發(fā)時(shí)間少 在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上， ni 高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表 和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。 ni 設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了 方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng) 建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。 4.無(wú)縫集成 虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上 不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需 求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)

26、大量的時(shí)間。ni 的虛擬儀器 軟件平臺(tái)為所有的 i/o 設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè) 量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。 虛擬儀器的主要特點(diǎn)有： 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件?？沙浞职l(fā)揮計(jì) 算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。用戶可 以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。 目前，美國(guó)的 ni 公司和 hp 公司在虛擬儀器的研究方面處于領(lǐng)先地位， 購(gòu)買(mǎi)其虛擬儀器產(chǎn)品必將有助于我們的科研和教學(xué)工作，但價(jià)格非常昂貴。 因此，根據(jù)自己的需要自行研究和開(kāi)發(fā)虛擬儀器顯得尤為重要。利用計(jì)算機(jī) 的強(qiáng)大功能采用 labview8.2 圖形編程語(yǔ)言

27、，設(shè)計(jì)了一種方便使用的相位差 計(jì)。該儀器的主要特點(diǎn)如下：采用了labview 作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，軟件編程方 便、簡(jiǎn)潔、效率高；利用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)可測(cè)量?jī)蓚€(gè)同頻信號(hào)的相位差； 在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變軟件的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)別的儀器的功能。如虛擬 函數(shù)發(fā)生器、虛擬示波器等。 相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)控技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器將成為未來(lái)教學(xué) 科研的重要方法和手段，將取代傳統(tǒng)一起成為測(cè)量?jī)x器的主流。 第二章 相位差測(cè)量?jī)x的概述 - 5 - 第第二二章章 相相位位差差測(cè)測(cè)量量?jī)x儀的的概概述述 2.1 相位差的定義 相位差:兩個(gè)頻率相同的交流電相位的差叫做相位差，或者叫做相差。 這兩個(gè)頻率相同的交流電，可以是

28、兩個(gè)交流電流，可以是兩個(gè)交流電壓，可 以是兩個(gè)交流電動(dòng)勢(shì)，也可以是這三種量中的任何兩個(gè)。 例如研究加在電路上的交流電壓和通過(guò)這個(gè)電路的交流電流的相位差。 如果電路是純電阻，那么交流電壓和電流電流的相位差等于零。也就是說(shuō)交 流電壓等于零的時(shí)候，交流電流也等于零，交流電壓變到最大值的時(shí)候，交 流電流也變到最大值。這種情況叫做同相位，或者叫做同相。如果電路含有 電感和電容，交流電壓和交流電流的相位差一般是不等于零的，也就是說(shuō)一 般是不同相的，或者電壓超前于電流，或者電流超前于電壓。 加在晶體管放大器基極上的交流電壓和從集電極輸出的交流電壓，這兩 者的相位差正好等于 180。這種情況叫做反相位，或者叫

29、做反相 。 2.2 相位差測(cè)量?jī)x的應(yīng)用 信號(hào)的相位差測(cè)量?jī)x在電工技術(shù)，工業(yè)自動(dòng)化，智能控制，通訊及電子 技術(shù)等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)和軟，硬件的日益發(fā)展。在 測(cè)試系統(tǒng)中越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。比如：在實(shí)際工作中，常常會(huì)遇到兩列 頻率相同的信號(hào)之間存在相位差，那么就需要測(cè)量他們之間的相位差，電力 系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時(shí)，要求兩電網(wǎng)的電信號(hào)之間的相位相同，這時(shí)要精確 測(cè)量?jī)闪泄ゎl信號(hào)之間的相位差。 相位差測(cè)量在動(dòng)態(tài)測(cè)試，如：振動(dòng)和噪 聲控制，傳感器的校準(zhǔn)，以及超聲測(cè)距和成像等領(lǐng)域越來(lái)越重要。 第三章 編程軟件 labview 的簡(jiǎn)介 - 6 - 第第三三章章 編編程程軟軟件件 labvi

30、ew 的的簡(jiǎn)簡(jiǎn)介介 隨著測(cè)試技術(shù)及大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的電子測(cè)試儀器己從 模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)發(fā)展；從單臺(tái)儀器向多種功能儀器的組合及系統(tǒng)型發(fā)展； 從完全由硬件實(shí)現(xiàn)儀器功能向軟硬結(jié)合方向發(fā)展；從功能組合向以個(gè)人計(jì)算 機(jī)為核心構(gòu)成通用測(cè)試平臺(tái)、功能模塊及軟件包形式的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展。 同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)正向儀器的自動(dòng)化、 智能化、小型化、網(wǎng)絡(luò)化和綜合化方向發(fā)展。 虛擬儀器的出現(xiàn)給現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)帶來(lái)了一場(chǎng)革命，虛擬儀器技術(shù)是測(cè)試 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是兩門(mén)學(xué)科的最新技術(shù)的結(jié)晶，融合了測(cè) 試?yán)碚摗x器原理和技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、高速總線技術(shù)以及圖形化軟件

31、編程于一身，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量?jī)x器的智能化、多樣化、模塊化和網(wǎng)絡(luò)化，體現(xiàn)出 多功能、低成本、應(yīng)用靈活、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域大有取代傳統(tǒng)儀 器的趨勢(shì)，成為當(dāng)代儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向，并受到各國(guó)企業(yè)界的高度重 視。所謂虛擬儀器（ virtual instrument，簡(jiǎn)稱 vi），就是在以通用計(jì) 算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，利用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)在計(jì)算機(jī)的屏幕上虛 擬出儀器的面板以及相應(yīng)的功能，人們通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作虛擬儀器面板上 的旋鈕、開(kāi)關(guān)和按鍵，去選用儀器功能，設(shè)置各種工作參數(shù)，啟動(dòng)或停止一 臺(tái)儀器的工作。在計(jì)算機(jī)軟件控制下對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行采集、分析、處理， 測(cè)量結(jié)果（數(shù)據(jù)、波形）和儀器工作狀態(tài)

32、都可從虛擬儀器面板上讀出。用戶 在屏幕上通過(guò)虛擬儀器面板對(duì)儀器的操作如同在真實(shí)儀器上的操作一樣直觀、 方便、靈活。 3.1 labview的概述 labview 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境（ laboratory virtual instrument engineering workbench） 的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)家儀器公司 （national instruments,簡(jiǎn)稱 ni）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣、 發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)集成環(huán)境。 第三章 編程軟件 labview 的簡(jiǎn)介 - 7 - 數(shù)據(jù)采集、儀器控制、過(guò)程監(jiān)控和自動(dòng)測(cè)試是實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)自動(dòng)化 領(lǐng)域廣泛存在的實(shí)際任

33、務(wù)。在20 世紀(jì) 80 年代初計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，幾乎所 有擁有程控儀器的實(shí)驗(yàn)室都采用貴重的儀器控制器來(lái)控制測(cè)試系統(tǒng)，這些功 能單一、價(jià)格昂貴的儀器控制器通過(guò)一個(gè)集成通訊端口來(lái)控制總線儀器。后 來(lái)，隨著 pc 機(jī)的出現(xiàn)，工程師和科學(xué)家找到一種通過(guò)性能價(jià)格比高的通用 pc 機(jī)控制臺(tái)式儀器的方法，各種基于pc 機(jī)接口的板卡產(chǎn)品便應(yīng)運(yùn)而生。 3.2 labview的應(yīng)用 labview 在包括航天、通訊、生物醫(yī)學(xué)、電子、地球物理、機(jī)械等各 個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，從簡(jiǎn)單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測(cè)試和工 業(yè)自動(dòng)化，從大學(xué)實(shí)驗(yàn)室到工廠，從探索研究到技術(shù)集成，都可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用 labview 的成果和開(kāi)發(fā)產(chǎn)

34、品。 3.2.1 labview應(yīng)用于測(cè)試與測(cè)量 labview 已成為測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)gpib、vxi、plc 串行設(shè)備和插卡數(shù)據(jù)采集板可以構(gòu)成實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它提供了工業(yè)界 最大的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，同時(shí)還支持通過(guò)internet 、activex 、dde 和 sql 等交互式通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，它提供的眾多開(kāi)發(fā)工具使復(fù)雜的 測(cè)試與測(cè)量任務(wù)變得簡(jiǎn)單易行。 3.2.2 labview應(yīng)用于過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化 labview 強(qiáng)大的硬件驅(qū)動(dòng)、圖形顯示能力和便捷的快速程序設(shè)計(jì)為過(guò)程 的控制和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。對(duì)于更為復(fù)雜、更專業(yè)的 工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，在 lab

35、view 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 bridge view 是更好的選 擇。 3.2.3 labview應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究與自動(dòng)化 labview 為科學(xué)家和工程師提供功能強(qiáng)大的高級(jí)數(shù)學(xué)分析庫(kù)，包括統(tǒng) 計(jì)、估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號(hào)生成算法、時(shí)域和頻域算法等眾多科 第三章 編程軟件 labview 的簡(jiǎn)介 - 8 - 學(xué)領(lǐng)域，可滿足各種計(jì)算機(jī)和分析需要。即使在聯(lián)合時(shí)域分析、小波和數(shù)字 濾波器設(shè)備等高級(jí)或特殊分析場(chǎng)合， labview 也為此提供專門(mén)的附加軟件 包。 3.3 labview的編程環(huán)境 labview 模板 與一般的程序相比， labview 提供了三個(gè)浮動(dòng)的圖形化工 具模板，分 別是工

36、具模板、控制模板和功能模板。這三個(gè)模板 功能強(qiáng)大， 使用方便， 表示直觀，是用戶編程的主要工具。 （1）工具模板 工具模板包括操作工具，定位工具，標(biāo)注工具，連線工 具，彈出菜 單工具，滾動(dòng)工具斷點(diǎn)工具探針工具，顏色工具和 顏色拷貝工 具。通過(guò)這樣的工具，就用于vi 的創(chuàng)建、修改和 調(diào)試。 （2）控件模板 控件模板按功能分類，每個(gè)工具圖標(biāo)雙包含一系列子模板。 控件模板 功能強(qiáng)大，通過(guò)這些子模板可以找到創(chuàng)建程序所需的 所有對(duì)象工 具。使用控制模板可以給前面板增加輸入控件 和輸出指示器。 子模板包括數(shù)值子模板、布爾子模板、字 符串子模板、列 表和環(huán)子模板、數(shù)組和簇子模板、路徑和 參考名子模板、 圖形

37、子模板、裝 飾子模板、用戶控制子 模板、控制子模板 和 axtivex 子模板。 （3）功能模板 使用功能模板可創(chuàng)建框圖程序模板上每一個(gè)頂層圖標(biāo) 都表示一個(gè)子模 板。labview 框圖編程的所有函數(shù)按照功 能分類都分布在 功能模板的子模板里。每個(gè)子模板的內(nèi)容 及操作是 labview 編程最基本、最重要的內(nèi)容。功能模 板包括下列子模板： 結(jié)構(gòu)子模板、數(shù)值運(yùn)算子模板、布爾 邏輯子模板、字 符串子模板、數(shù)組子模板、簇子模板、比較子模板、時(shí)間 第三章 編程軟件 labview 的簡(jiǎn)介 - 9 - 和對(duì)話框子模板、文件輸入 /輸出子模板、儀器輸入 /輸出子模板、 通信 子模板、數(shù)據(jù)采集子模板、分 析

38、功能子模板、示教課程子模板、高級(jí) 功 能子模板、選擇 vi 子程序子模板、用戶庫(kù)子模板、應(yīng)用控制子模板和儀器 驅(qū)動(dòng)子模板。通過(guò)這些功能子模板，可實(shí)現(xiàn)所有l(wèi)abview 的應(yīng)用功能。 第四章 相位差測(cè)量方法原理簡(jiǎn)介 - 10 - 第第四四章章 相相位位差差測(cè)測(cè)量量方方法法原原理理簡(jiǎn)簡(jiǎn)介介 4.1 相關(guān)法相位差測(cè)量相位差原理 1)根據(jù)互相關(guān)函數(shù)特性求出兩信號(hào)的初相位 兩信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)不是偶函數(shù)，根據(jù)其定義可證明 ( )r xy ，此式說(shuō)明，互相關(guān)函數(shù)與兩信號(hào)的相位差和延遲量 ( )()r xyr xy 有關(guān)，當(dāng)時(shí)，就只與兩信號(hào)的相位差有關(guān)基于此可求 0 (0)r xy 出設(shè)。式中 a，b 分別是

39、被測(cè)信號(hào) ( )sin; ( )sin()x tat y tbt 的幅值，就是兩信號(hào)之間的相位差根據(jù)相關(guān)函數(shù)的定義， ( )( )x ty t, 的估計(jì)值為： ( )r xy 1 ( )( ) () 0 1 sinsin() 0 0 1 ( )( ) () 0 1 sinsin() 0 1 2 (sincossincossin) 00 2 1 2 ( )sincoscos 02 t r xyx t y t t t atbtdt t t r xyx t y t t t atbtdt t tt abtdtabttdt t t ab r xyabtdt t 當(dāng)時(shí)，有: 上式中第項(xiàng)的積分為零, 所以有

40、: ( ) ( ) arccos ab( ), (t) r xy ab r xy ab x ty 由此可求出兩信號(hào)的相位差為: 2 cos = 或 2 式中，可由自相關(guān)函數(shù)求出。 第四章 相位差測(cè)量方法原理簡(jiǎn)介 - 11 - 2)由自相關(guān)函數(shù)求出的幅值 ( ), (t)x ty 根據(jù)戶相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)，當(dāng)延遲量時(shí)，自相關(guān)函數(shù)取得最大值， =0 且唯一與信號(hào)的幅值有關(guān)。根據(jù)自相關(guān)函數(shù)的定義，函數(shù)的自相關(guān)函 ( )x t 數(shù)的估計(jì)值為： 222 2 1 ( )( ) () 0 1 ( )sin 00 2 2(0) ( ) ab (0) arcc (0)(0) (0),(0),(0)( ), ( )0

41、, t r xx t x tdt t tt xx t dtatdt t a ar x y t r xy os r xr y r xr yr xyx ty t 當(dāng)=0時(shí)，有： 1 r (0)= t 所以得： 同理求出函數(shù)的幅值為： b= 2ry(0) 當(dāng)求出，后即可求出相位差為： 式中分別是在時(shí)的估計(jì)值 其函 2 2 : 1 (0)( )(0) 0 1 (0)( )(0) 0 1 (0)( ) ( )(0) 0 t r xx t dt t t r yyt dt t t r xyx t y t dt t 數(shù)表達(dá)式可寫(xiě)為 3）互相關(guān)函數(shù)的離散表達(dá)式 當(dāng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理時(shí)，必須對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣，連續(xù)

42、信號(hào) 變?yōu)殡x散時(shí)間序列。連續(xù)信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間序 ( )x t ( ),0,1,2,.,1x n nk ( )y t 列。計(jì)算相關(guān)函數(shù)的積分表達(dá)式變?yōu)榍蠛褪?，可表示為?( ),0,1,2,.,1y n nk 第四章 相位差測(cè)量方法原理簡(jiǎn)介 - 12 - 1 2 0 1 2 0 1 0 1 (0)( ) 1 (0)( ) 1 (0)( ) ( ) k n k n k n r xxn n r yyn n r xyx n y n n k 式中為采樣點(diǎn)數(shù). 4.2 頻譜分析法測(cè)量相位差原理 該方法是通過(guò)對(duì)被檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，獲得信號(hào)的相頻特性，然后 計(jì)算兩信號(hào)在主頻率處的差值即可測(cè)得兩個(gè)信號(hào)的相位

43、差。 在有限區(qū)間內(nèi)，絕對(duì)可積的任一周期函數(shù)可以展開(kāi)成傅里葉級(jí) ( ,)t tt( )x t 數(shù)： 0 0 1 0 1 1 1 1 ( )(cossin) (cossin) sin() , 2 ( )cos 2 ( )sin ,: arctan nn n nn n nn n nn n n n x tan tbn t aan tbn t aan t a b ax tn tdt t bx tn tdt t n a b 其中為傅里葉系數(shù) 為次諧波的初相位其中基波的初相位為 以上計(jì)算的意義在于：一個(gè)周期信號(hào)可以用一個(gè)直流分量和一系列諧波 的線性疊加來(lái)表示，只要求處傅里葉系數(shù)和即可求出任一諧波的初相 n

44、a n b 位，而在相位差測(cè)量中只要求出基波的初相位即可。 n 1 在以計(jì)算機(jī)為核心的虛擬測(cè)試儀中，模擬信號(hào)在進(jìn)入計(jì)算機(jī)前先 ( )x t 第四章 相位差測(cè)量方法原理簡(jiǎn)介 - 13 - 經(jīng)采樣器將連續(xù)信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間信號(hào)，而后再經(jīng)過(guò)a/d 轉(zhuǎn)換器變?yōu)殡x散 信號(hào)。設(shè)在周期函數(shù)的一個(gè)周期內(nèi) 有 n 個(gè)采樣點(diǎn)，且每?jī)蓚€(gè)采樣點(diǎn)間 的 時(shí)間相同，則有： 1 0 1 1 0 1 1 1 22 ( )cos 22 ( ) n k n k k x k nn k bx k sin nn a arctan b 1 a 對(duì)于兩個(gè)周期信號(hào)函數(shù)和，他們的基波傅里葉系數(shù)分別為： 1( ) x t 2( ) x t 1 1

45、 0 1 111 0 11 11 11 1 212 0 1 212 0 21 21 21 22 ( )cos 22 ( ) 22 ( )cos 22 ( ) n k n k n k n k k x k nn k bx k sin nn a arctan b k x k nn k bx k sin nn a arctan b 11 a a 則的基波分量與的基波分量的相位差為： 1( ) x t 2( ) x t 1121 1121 1121 aa =-= arctan-arctan bb 4.3 零點(diǎn)檢測(cè)法測(cè)量相位差原理 過(guò)零檢測(cè)法的基本原理可以有式（ 1）來(lái)表示，其中 t 為被測(cè)信號(hào)的 周期，

46、為被測(cè)信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差，相應(yīng)的相位差為： ta a 第四章 相位差測(cè)量方法原理簡(jiǎn)介 - 14 - （1） t =360 t a a 這種相位差測(cè)量的方法多基于傳統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)。在虛擬儀器系統(tǒng)中， 相位差測(cè)量的信號(hào)是 a/d 采樣后的離散信號(hào)，不能用（ 1）式計(jì)算，通常 是采用對(duì) a/d 采樣后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理后計(jì)算得到（ 2），（3）。設(shè) 為被測(cè)信號(hào)的頻率，為 a/d 的采樣頻率，則一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)f s f ，而相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的相位差： s f n = f （2） 360 360 s f tf a 假設(shè)用兩個(gè)數(shù)組來(lái)保存兩列信號(hào)的信息，信號(hào)u1 的首次過(guò)零點(diǎn)對(duì)應(yīng) 數(shù)組的第 i 個(gè)

47、元素，數(shù)組 u2 的首次過(guò)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)數(shù)組的第j 個(gè)元素，這樣 式（1）中的就對(duì)應(yīng)為數(shù)組元素的序號(hào)差。則式（ 1）就變?yōu)槭剑?3）所 ta 示： (3)()360() s f jiji f aa 第五章 相位差原理在 labview 中的應(yīng)用 - 15 - 第第五五章章 相相位位差差測(cè)測(cè)量量方方法法在在 labview 中中的的應(yīng)應(yīng)用用 5.1 設(shè)計(jì)中常用控件功能簡(jiǎn)介 5.1.1 數(shù)據(jù)類型 labview 的數(shù)據(jù)類型與傳統(tǒng)編程語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)類型基本 相似，除了一 般的數(shù)據(jù)類型之外，還有一些獨(dú)特的數(shù)據(jù)類 型。labview 中的數(shù)據(jù)類型包 括數(shù)字型(numeric)、布爾 型(即邏輯型， boolea

48、n)和字符串型 (string)；構(gòu)造數(shù)據(jù) 類型包括數(shù)組和 簇；其他數(shù)據(jù)類型包括枚舉（ refnum）、 空類型等等。 數(shù)字類型的前面板對(duì)象包含在控制模板numeric 子模 板中，傳統(tǒng)的數(shù) 據(jù)類型分為變量和常量?jī)煞N，在某種意義 上，labview 的數(shù)據(jù)也可以這么 分，numeric 子模板中的 前面板對(duì)象就相 當(dāng)于傳統(tǒng)編程語(yǔ)言中的數(shù)字變量， 。labview 的子模板包 括多種不同形式的控制和指示，它 們的外觀各不相 同，人數(shù)字量、滾動(dòng)條、水箱、溫度計(jì)、 旋鈕、表頭、刻 度盤(pán)以及顏色框 等，但本質(zhì)是完全相同的， 都是數(shù)字型， 只是外觀不同而已。 在 labview 中布爾型數(shù)據(jù)即邏輯型數(shù)據(jù)

49、，它的值為真 (true)或假 (false)，或者為 1 或 0。布爾型前面板對(duì)象包含在控制模板boolean 子 模板中。模板中有不同有布爾前面板對(duì)象，如不同形狀的按鈕、指示燈和開(kāi) 關(guān)等，這都是從實(shí)際儀器的開(kāi)關(guān)、按鈕演化來(lái)的，十分形象。采用布爾按鈕 可以設(shè)計(jì)出逼真的虛擬儀器前面板。與數(shù)字類型相似，這些不同的布爾控制 也是外觀不同，內(nèi)涵相同，都是布爾型，只有0 和 1 兩個(gè)值。 5.1.2 結(jié)構(gòu) for 循環(huán)是 labview 最基本的結(jié)構(gòu)之一，它執(zhí)行指定次數(shù)的循環(huán)，相 當(dāng)于語(yǔ)言中的 for 循環(huán)： 第五章 相位差原理在 labview 中的應(yīng)用 - 16 - for (i=0; in; i

50、 + ) labview 中的 for 循環(huán)可從框圖功能模板 function structure 子模板中創(chuàng)建。大多數(shù)情況下，用戶使用for 循環(huán)處理數(shù) 組。這是因?yàn)?labview 已經(jīng)知道了元素的個(gè)數(shù)，而且自動(dòng)變址功能會(huì)為用 戶自動(dòng)處理迭代：用戶所要做的所有事情是將數(shù)組裝入循環(huán)，迭代次數(shù)會(huì)與 數(shù)組中的元素的個(gè)數(shù)相等。 移位寄存器（ register）和框架通道（ channel）兩個(gè)獨(dú)具特色的新 概念。移位寄存器的功能是將第 i-1, i-2, i-3次循環(huán)的計(jì)算結(jié)果保存 在 for 循環(huán)的緩沖區(qū)內(nèi)，并在第 i 次循環(huán)時(shí)將這些數(shù)據(jù)從循環(huán)框架左側(cè)的 移位寄存器中送出，供循環(huán)框架內(nèi)的節(jié)點(diǎn)使用

51、。在循環(huán)框架上的右鍵彈出菜 單中選擇 add shit register 創(chuàng)建。框架通道是 for 循環(huán)與循環(huán)外部數(shù)據(jù) 交換的數(shù)據(jù)通道，其功能是在for 循環(huán)開(kāi)始運(yùn)行前，將循環(huán)外其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn) 生的數(shù)據(jù)送至循環(huán)內(nèi)，供循環(huán)框架內(nèi)的節(jié)點(diǎn)使用。還可以在for 循環(huán)運(yùn) 行結(jié)束時(shí)將循環(huán)框架內(nèi)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)送至循環(huán)外，供循環(huán)外的節(jié)點(diǎn)使用。 用連線工具將數(shù)據(jù)連線從循環(huán)框架內(nèi)直接拖至 循環(huán)框架外， labview 會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)框架 通道?？蚣芡ǖ烙袃擅嫒斗N 屬性：有索引 (enable indexing)和無(wú)索引 (disable indexing). for 循環(huán)執(zhí)行的是包含在循環(huán)框架內(nèi)的程 序節(jié)點(diǎn)。其重復(fù)

52、端口相當(dāng)于c 語(yǔ)言 for 中的 i，初始值為 0，每次循環(huán)遞 增步長(zhǎng)為 1。而 且，重復(fù)端口的初始和步長(zhǎng)在labview 中是 固定不變的，若要用到不同的 初始值或步長(zhǎng)， 可對(duì)重復(fù)端口產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn) 行一定的數(shù)據(jù)運(yùn) 算，也可用到移位寄存器來(lái)實(shí) 現(xiàn)。 case 選擇結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于 c 語(yǔ)言中的 switch 語(yǔ)句： 第五章 相位差原理在 labview 中的應(yīng)用 - 17 - switch(表達(dá)式) case 常量表達(dá)式 1：語(yǔ)句 1； case 常量表達(dá)式 2：語(yǔ)句 2； case 常量表達(dá)式 n：語(yǔ)句 n； default ：語(yǔ)句 n+1； 在某種意義上還相當(dāng)于 c 語(yǔ)言的 if 語(yǔ)句： if

53、(條件判斷表達(dá)式 ) else 語(yǔ)句選擇結(jié)構(gòu)可從框圖程序中的功能模板 function structure 中創(chuàng)建。最基本的選擇結(jié)構(gòu)是由選擇框架（case frame）、 選擇端口（ selection terminal）、框架標(biāo)識(shí)符 (diagram identifier) 以及遞增 /遞減按鈕 (increment/decrement button)組成。 在選擇結(jié)構(gòu)中，選擇端口相當(dāng)于上述c 語(yǔ)言 switch 語(yǔ)句中的 “表達(dá) 式”，框圖表示符相當(dāng)于 “表達(dá)式 n”。編程時(shí)，將外部控制條件連接至 選擇端口上，程序運(yùn)行時(shí)，選擇端口會(huì)判斷送來(lái)的控制條件，引導(dǎo)選擇結(jié)構(gòu) 執(zhí)行相應(yīng)框架中的內(nèi)容。為

54、與選擇框架外交換數(shù)據(jù)，選擇結(jié)構(gòu)也有框架通道。 選擇結(jié)構(gòu)的邊框通道與 for 循環(huán)相類似，但有其自身特點(diǎn)。當(dāng)外部數(shù)據(jù)連 接到選擇框架上供其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)使用時(shí)，選擇結(jié)構(gòu)的每一個(gè)子框架都能從該通 道中獲得輸入的外部數(shù)據(jù)；當(dāng)選擇結(jié)構(gòu)內(nèi)部的數(shù)據(jù)需通過(guò)框架通道送至外部 時(shí)，必需在每一個(gè)子框架中都連接一個(gè)同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)到同一個(gè)框架通道 上。這主要是因?yàn)檫x擇結(jié)構(gòu)執(zhí)行時(shí)是根據(jù)外部控制條件從其所有的子框架中 選擇其一執(zhí)行的，子框架選擇非此即彼，所以每一個(gè)子框架都必需連接一個(gè) 數(shù)據(jù)。對(duì)于一個(gè)框架通道，一個(gè)子框架中如果沒(méi)有連接數(shù)據(jù)，那么在根據(jù)控 制執(zhí)行到這個(gè)子框架時(shí)，框架通道便沒(méi)有向外輸出數(shù)據(jù)來(lái)源程序就會(huì)出錯(cuò)。 第五章

55、 相位差原理在 labview 中的應(yīng)用 - 18 - labview 選擇結(jié)構(gòu)與其他語(yǔ)言的選擇結(jié)構(gòu)相比，簡(jiǎn)潔明了，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 不但相當(dāng)于 switch 語(yǔ)句，還可以實(shí)現(xiàn) ifelse 語(yǔ)句功能。 5.1.3 數(shù)學(xué)運(yùn)算 labview 的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能主要由功能模板 numeric 子模板中的節(jié)點(diǎn)完成。 numeric 模板由基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算節(jié) 點(diǎn)，類型轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)、三角函數(shù)節(jié)點(diǎn)、 對(duì)數(shù)節(jié)點(diǎn)復(fù)數(shù)節(jié)點(diǎn)和附加常數(shù)節(jié)點(diǎn) 組成。 基本數(shù)學(xué)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)不僅實(shí)現(xiàn)加、 減、乘、除等基本運(yùn)算，還可以實(shí) 現(xiàn)求整、開(kāi)方、求冪、數(shù)組求和、 求積和復(fù)合運(yùn)算等功能。基本運(yùn)算 節(jié)點(diǎn)支持?jǐn)?shù)值輸入。但與一般編程 語(yǔ)言提供的運(yùn)算符相比，

56、labview 的數(shù)學(xué)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)功能更強(qiáng)，使用更靈活， 它不僅支持單一的數(shù)值量輸入， 還可以支持處理同類型的復(fù)合型數(shù)值量，比如由數(shù)值量構(gòu)成的數(shù)組、簇和簇 數(shù)組等。數(shù)值類型包括浮點(diǎn)數(shù)、整數(shù)和復(fù)數(shù)。 模板中的 trigonometric 子模板可實(shí)現(xiàn)各種三 角函數(shù)運(yùn)算，該模板中 的節(jié)點(diǎn)均心為弧度為單位。 節(jié)點(diǎn)的輸入可以是數(shù)字 標(biāo)量、數(shù)字量的數(shù)組或 簇、 數(shù)字量的簇的數(shù)組。該 模板包括了大部份常用三角 函節(jié)點(diǎn)，如 sinx、cosx、tanx、arcsinx、arctanx 等。 基本運(yùn)算模板還可以通過(guò)類型轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)在各種 不同的數(shù)據(jù)類型之間進(jìn) 行轉(zhuǎn)換，通過(guò)對(duì)數(shù)節(jié)點(diǎn)和復(fù) 數(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)數(shù)與復(fù)數(shù) 的運(yùn)算。

57、第五章 相位差原理在 labview 中的應(yīng)用 - 19 - 5.1.4 比較運(yùn)算 比較運(yùn)算就是通常所說(shuō)的關(guān)系運(yùn)算，比較運(yùn)算節(jié)點(diǎn)包含在 comparison 子模板中。中 labview 中可以進(jìn)行以下幾種類型的比較：數(shù)字 值的比較、布爾值的比較字符串的比較以用簇的比較。比較節(jié)點(diǎn)在比較兩個(gè) 數(shù)字值時(shí)，會(huì)先將其轉(zhuǎn)換為同要類型的數(shù)字。兩個(gè)布爾值比較時(shí)，ture 比 false 值大。字符串的比較是按照字符在ascii 表中的等價(jià)數(shù)字進(jìn)行比 較的。 創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組，可從控制模板中的array & cluster 子模板中創(chuàng)建。 但這時(shí)只不過(guò)是一個(gè)數(shù)組框架，不包含任何內(nèi)容， 再根據(jù)需要將相應(yīng)數(shù)據(jù) 類型的

58、前面板對(duì)象放入數(shù) 組框架中，更得所需的數(shù) 組類型。 當(dāng)有一串?dāng)?shù)據(jù)需要處理時(shí)，它 們很可能是一 個(gè)數(shù)組，大多數(shù)的數(shù) 組是一維數(shù)組，少數(shù)是二維數(shù)組， 極少數(shù)為三維數(shù)組。在 labview 上 可以創(chuàng)建數(shù)字類型、字符串類型、 布爾類型以及其他任何數(shù)據(jù)類型的 數(shù)組。數(shù)組常由 loop 循環(huán)來(lái)創(chuàng)建，其 中，其中 for 循環(huán)是最佳的，因?yàn)?在循環(huán)開(kāi) 始時(shí)它已 經(jīng)分 配好了內(nèi)存。數(shù)組是 labview 中常用的數(shù)據(jù)類型之一，與其 他編程語(yǔ) 言 相比，labview 中的數(shù)組更加靈活，獨(dú)具特色。數(shù)組由三部份組成：數(shù)據(jù) 類型、數(shù)據(jù)索引和數(shù)據(jù)。另外，數(shù)組在創(chuàng)建之初都是一維數(shù)組，如果要 用到二維以上的數(shù)組，用鼠標(biāo)

59、在索引顯示的左下角向下拖動(dòng)，或者在數(shù) 組的右鍵 彈出菜單中選擇 add dimension 即可添加數(shù)組維數(shù)。 對(duì)于一個(gè)數(shù)組進(jìn)行操作，無(wú)非是求數(shù)組的長(zhǎng)度、對(duì)數(shù)、對(duì)數(shù)據(jù)排序、取 出數(shù)組中的元素、替換數(shù)組中的元素或初始化數(shù)組等各種運(yùn)算。傳統(tǒng)語(yǔ)言編 程主要依靠各種數(shù)組函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算，而在labview 中，這些函數(shù)是 以功能函數(shù)節(jié)點(diǎn)形式表現(xiàn)的。下面介紹一下常用的功能： (1). array size 第五章 相位差原理在 labview 中的應(yīng)用 - 20 - 返回輸入數(shù)組的長(zhǎng)度。其輸入為一個(gè)n 維數(shù)組，輸出為該數(shù)組各維包 含元素的個(gè)數(shù)。 (2)index array 返回輸入數(shù)組中由輸入索引指

60、定的元素。當(dāng)輸入數(shù)組為一維數(shù)組時(shí)，節(jié) 點(diǎn)返回的是數(shù)組中與輸入索引對(duì)應(yīng)的元素。當(dāng)輸入數(shù)組是n 維數(shù)組時(shí)，索 引端口（ index terminals）的個(gè)數(shù)必需與數(shù)組的維數(shù)相對(duì)應(yīng) (3).reshape array 改變數(shù)組的維數(shù)。輸出數(shù)組的維數(shù)由節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)左側(cè)demission size 端口的個(gè)數(shù)決定。如把一個(gè)一維數(shù)組轉(zhuǎn)換成二維數(shù)組。 (4). initialize array 初始化數(shù)組。節(jié)點(diǎn)的輸入輸出端口與數(shù)組的定義有關(guān)。數(shù)組的維數(shù)由節(jié) 點(diǎn)左側(cè) dimension size 端口的個(gè)數(shù)決定，數(shù)組中所有元素都相同，均等于 輸入的 element 值。 (5). build array 建立一