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文檔簡(jiǎn)介

1、1 LabVIEW軟件及其基本設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介11. 1 LabVIEW 簡(jiǎn)介11.2 LabVIEW軟件設(shè)計(jì)基本原理12關(guān)于虛擬示波器的設(shè)計(jì)思路及方案的實(shí)現(xiàn)32. 1設(shè)計(jì)思路32.2方案的實(shí)現(xiàn)32.2.1 前面板的設(shè)計(jì)32.2.2 設(shè)計(jì)的基本原理和設(shè)計(jì)步驟43設(shè)計(jì)心得94參考文獻(xiàn):105程序調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法10基于LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì)1 LabVI EW軟件及其基本設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介1. 1 LabVIEW 簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW (Laboratory Virtual instrument Engineering)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

2、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(mǎn)足GPIB、VXL 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)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立 自己的虛擬儀器,其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序,但LabVIEW則采 用數(shù)據(jù)流編程方式,程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順 序。LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器(如示波器、萬(wàn)用表)類(lèi)似的控件,可用 來(lái)方便地創(chuàng)建用戶(hù)界面。用戶(hù)界面在LabVI

3、EW中被稱(chēng)為前面板。使用圖標(biāo)和連線, 可以通過(guò)編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼,乂稱(chēng)G代碼。 LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類(lèi)似于流程圖,因此乂被稱(chēng)作程序框圖。LabVIEW盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概 念。因此,LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué) 和工程系統(tǒng)的能力,提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn) 行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí),可以大大提高工作效率。利用 LabVIEW,可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件。1.2 LabVIEW軟件設(shè)計(jì)基本原理我們把用LabVIEW實(shí)現(xiàn)的一個(gè)完整的L

4、abVIEW應(yīng)用程序成為一個(gè)虛擬儀 器,稱(chēng)為VI。所有的VI,它包括前面板、程序框圖圖以及圖標(biāo)/連結(jié)器三部分。1)前面板。前面板是圖形用戶(hù)界面,也就是VI的虛擬儀器面板,前面板直 接面向用戶(hù),是用戶(hù)使用虛擬儀器的基本操作面板。這一界面上有用戶(hù)輸入和顯 示輸出兩類(lèi)對(duì)象,具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。一個(gè) 典型實(shí)現(xiàn)正弦波顯示和幅值調(diào)節(jié)的前面板如圖1。圖1正弦波顯示及幅值調(diào)節(jié)VI前面板2)程序框圖提供VI的圖形化源程序。它的功能是對(duì)前面板上的控件進(jìn)行定 義、操作和連線以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能,是LabVIEW程序設(shè)計(jì)的核心。在程序框 圖中存在著對(duì)VI編程,以控制和操縱定義在前面板上的

5、輸入和輸出。它包括前面 板上的控件和控件的連線端子,還有一些前面板上沒(méi)有,但編程必須有的東西, 例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。如果將VI與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較,那么前面板上的東西就 是儀器面板上的東西,而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下, 使用VI可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器,不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板,而 且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無(wú)幾。上述正弦波的程序框圖如圖2。圖2正弦波顯示及幅值調(diào)節(jié)VI程序框圖3)圖標(biāo)/連接器。VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征,一個(gè)VI可以作為子程序, 這里稱(chēng)為子VI,被其他VI調(diào)用。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)。 LabVIEW的強(qiáng)大功能歸因于它的層次化結(jié)

6、構(gòu),用戶(hù)可以把創(chuàng)建的VI程序當(dāng)作子程 序調(diào)用,以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序,而這種調(diào)用的層次是沒(méi)有限制的。在VI設(shè)計(jì)過(guò)程中,可以利用工具選板、前面板中的控件選板、程序框圖中的 函數(shù)選板進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些選板的詳細(xì)功能及用法通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)VI的過(guò)程逐 漸地掌握。2關(guān)于虛擬示波器的設(shè)計(jì)思路及方案的實(shí)現(xiàn)2.1 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)的想法是盡量與現(xiàn)實(shí)中的面板相一致,實(shí)現(xiàn)示波器最基本的顯示和調(diào) 節(jié)功能。所以本設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)了包含CH1和CH2的雙通道示波器,即雙蹤示波器。 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的是分幾個(gè)部分:1) CH1和CH2通道設(shè)計(jì)及選擇。設(shè)置兩個(gè)開(kāi)關(guān)控制CH1和CH2選通狀況,開(kāi) 即顯示波形,關(guān)不顯示,同時(shí)選擇了開(kāi)就在波形圖上

7、同時(shí)顯示兩個(gè)波形。2)波形產(chǎn)生。由于沒(méi)有外界信號(hào)輸入設(shè)備,所以不能用外部數(shù)據(jù)采集的方法 輸入信號(hào)波形,那么自己設(shè)計(jì)一個(gè)建議信號(hào)發(fā)生器,使兩個(gè)通道都能實(shí)現(xiàn)基本模 擬信號(hào)正弦波、三角波、方波、鋸齒波的輸入。3)波形顯示。采用波形圖控件。4)波形控制部分。包括CH1信號(hào)幅度調(diào)節(jié)和幅度偏移、CH2信號(hào)幅度調(diào)節(jié)和 幅度偏移、時(shí)間掃描速率、同時(shí)開(kāi)的時(shí)候兩個(gè)信號(hào)疊加開(kāi)關(guān)。5)停止示波器。通過(guò)while循環(huán)的停止按鈕設(shè)置示波器停止工作。2. 2方案的實(shí)現(xiàn)2. 2.1前面板的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)思路,設(shè)計(jì)成的前面板如圖3所示。圖3虛擬雙蹤示波器前面板2. 2. 2設(shè)計(jì)的基本原理和設(shè)計(jì)步驟1)通道CH1和CH2選擇即波形

8、產(chǎn)生。在程序框圖上創(chuàng)建兩個(gè)條件結(jié)構(gòu)。把 CH1和CH2的開(kāi)關(guān)控制(布爾開(kāi)關(guān))分別接到這兩個(gè)條件結(jié)構(gòu)的條件輸入端,然 后在每個(gè)“真”條件下,并且通過(guò)再添加條件結(jié)構(gòu),在這個(gè)子條件結(jié)構(gòu)里面,利 用基本函數(shù)發(fā)生器創(chuàng)建波形產(chǎn)生模塊,用文本下拉列表控制條件輸入端,將正弦 波、三角波、方波、鋸齒波的固定值0、1、2、3設(shè)為四個(gè)分支,并在分置里面選 擇產(chǎn)生相應(yīng)的波形,這樣就產(chǎn)生了大條件結(jié)構(gòu)的“真”操作,也即在CH1或CH2 通道開(kāi)的情況下,通過(guò)文本下拉列表控制波形產(chǎn)生。然后將外部條件結(jié)構(gòu)的輸出 隧道在“假”的條件下,設(shè)為“未連接時(shí)使用默認(rèn)”并且處理“假”分支,這樣, 當(dāng)通道選擇開(kāi)關(guān)“關(guān)”時(shí)就不輸出波形。程序框

9、圖如圖4、圖5所示,前面板顯 示效果如圖6、圖7、圖8所示。1圖4通道打開(kāi)時(shí)波形產(chǎn)生圖5通道關(guān)閉時(shí)無(wú)輸出波形顯示CK2 mCH2程1 產(chǎn)1 CHL輸入波形選擇3 Ld 7正弦波0.CH2輸入波形選擇0.三角波圖6 CH1開(kāi)、CH2關(guān)AZ0.CHL輸入波形選擇CH2輸入波形選擇0.正弦波波形顯示CK2 .時(shí)間三角波圖7 CH1關(guān)、CH2開(kāi)圖8 CH1開(kāi)、CH2開(kāi)2)波形顯示控制部分。這部分是控制波形在波形圖上更好的顯示出來(lái)。控制CHK CH2通道幅值,調(diào)節(jié)波形圖上每單位表示多少電壓值;控制時(shí)間掃描速率, 調(diào)節(jié)時(shí)間軸上每單位表示多少時(shí)間。這些都是為了讓波形以最直觀、最清楚的方 式顯示在波形圖上。通

10、過(guò)公式子VI的功能改變輸出電平和幅度偏移;通過(guò)獲取波 形成分、除法和創(chuàng)建波形改變輸出的頻率;通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)子條件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)波形疊加。CK1幅度單位調(diào)節(jié)“midIfgnl 圖10波形顯示控制部分程序框圖真Y產(chǎn)人波形后3)輸入信號(hào)測(cè)量值的顯示部分。通過(guò)“獲取單頻信息”子VI獲取波形頻率; 通過(guò)“幅值和電平測(cè)量”子VI獲取波形幅值電壓。設(shè)計(jì)的前面板如圖11所示, 程序框圖如圖12所示。圖12測(cè)量參數(shù)模塊程序框圖4)停止測(cè)量部分。通過(guò)while循環(huán)的STOP按鈕停止測(cè)量。程序框圖如圖 13所示。停止圖13 while循環(huán)以及STOP按鈕5)整個(gè)程序框圖的設(shè)計(jì)圖圖14所示。至此為止設(shè)計(jì)全部完成。圖14虛擬雙

11、蹤示波器的整個(gè)程序框圖3設(shè)計(jì)心得此次能力拓展訓(xùn)練設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)間在開(kāi)學(xué)前完成,責(zé)任老師提供了整個(gè)暑假的 時(shí)間給我們做。我個(gè)人的情況是暑假實(shí)習(xí)到8月中旬,回來(lái)之后乂忙著準(zhǔn)備一些 考研復(fù)習(xí),所以就耽擱了不少時(shí)間,直到8月底才開(kāi)始做。首先我看了幾本介紹 虛擬儀器和LabVIEW方面的書(shū)籍,隨即對(duì)這個(gè)軟件強(qiáng)大的仿真功能產(chǎn)生了極大的 興趣,并且自己動(dòng)手做了一些簡(jiǎn)單的仿真程序,比如利用調(diào)用for循環(huán)和移位寄 存器計(jì)算數(shù)學(xué)遞歸公式、產(chǎn)生數(shù)字波形、建立數(shù)學(xué)計(jì)算的子VI等。做的程序漸漸 從簡(jiǎn)單到難,學(xué)的東西也越來(lái)越多。直到這個(gè)設(shè)計(jì)完畢,除了這個(gè)設(shè)計(jì)里面的知 識(shí)外,我還了解了公式節(jié)點(diǎn)的用法;濾波器的用法;圖形編輯器的

12、用法和子VI 的建立過(guò)程及調(diào)用;掌握了 while循環(huán)、for循環(huán)、條件結(jié)構(gòu)循環(huán)的用法;初步 了解了順序結(jié)構(gòu)的用法;了解了數(shù)據(jù)采集的基本知識(shí);熟悉了寫(xiě)入測(cè)量文件及保 存數(shù)據(jù)的基本操作、程序調(diào)試過(guò)程中的單步執(zhí)行、斷點(diǎn)設(shè)置以及探針工具的使用 方法、延時(shí)程序的調(diào)用方法等等。剛開(kāi)始我還覺(jué)得做能力拓展耽誤了自己考研復(fù) 習(xí)的時(shí)間,后來(lái)感覺(jué)到學(xué)了 LabVIEW之后也很充實(shí)。也為自己能做出這個(gè)“不簡(jiǎn) 單”的虛擬示波器而感到驕傲。在此過(guò)程中,板上的同學(xué)給了我不少幫助,比如 他們把借的的資料給我看,還有一起動(dòng)腦動(dòng)手實(shí)現(xiàn)了某個(gè)困難的操作,這讓我深 深體會(huì)到團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性和同學(xué)之間友誼的可貴。4參考文獻(xiàn)1楊樂(lè)平,

13、李海濤,楊磊編著.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用(第二版).北京: 電子工業(yè)出版社,20072劉君華主編.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社,2003 3黃松林,吳靜編著.虛擬儀器設(shè)計(jì)教程.北京:清華大學(xué)出版社,2008 4陸綺榮編著.基于虛擬儀器技術(shù)個(gè)人實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建.北京:電子工業(yè)出版 社5程序調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法1)完成了一部分并查看波形的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)波形向左移動(dòng)的非???,這樣很不 利于觀察波形信號(hào)。通過(guò)查資料發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)在前面板上添加時(shí)間延遲Express VI,設(shè)置程序循環(huán)延時(shí)時(shí)間可以解決這一問(wèn)題。但是要在程序框圖上添加并設(shè)置, 這很不方便,后來(lái)發(fā)現(xiàn)模板上的VI波形圖都可以均勻的慢速的向左移,經(jīng)過(guò)對(duì)比 發(fā)現(xiàn),只要修改配置仿真信號(hào)的屬性即可,具體操作時(shí)將定時(shí)區(qū)域的“以可達(dá)到 的最快速度運(yùn)行”取消,并勾選中“仿真采集時(shí)鐘”。2)在選擇CH1條件結(jié)構(gòu)的“假”分支時(shí),因?yàn)椴挥幂敵霾ㄐ?,所以我沒(méi)有連 接輸出隧道,這是幸運(yùn)星出現(xiàn)錯(cuò)誤,這個(gè)錯(cuò)誤是因?yàn)闂l件結(jié)構(gòu)中多個(gè)分支的輸出 隧道公用輸出。僅執(zhí)行結(jié)構(gòu)的某一幀

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