第9章虛擬儀器與LabVIEW編程

1、第第9章章 虛擬儀器與虛擬儀器與LabVIEW 編程基礎(chǔ)編程基礎(chǔ)9.1.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念20世紀(jì)80年代末美國(guó)研制成功了虛擬儀器。虛擬儀器的發(fā)展標(biāo)志著自動(dòng)測(cè)試與電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)嶄新方向。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，由用戶設(shè)計(jì)定義、具有虛擬面板、測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。 “虛擬虛擬”二字主要包含兩方面的含義： 第一、虛擬儀器的面板是虛擬的第二、虛擬儀器測(cè)量功能是由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 虛擬儀器的特點(diǎn)可歸納為：9.1.2 虛擬儀器的特點(diǎn)虛擬儀器的特點(diǎn) 研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短

2、。 在通用硬件平臺(tái)確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來(lái)完成儀器的功能。 儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來(lái)定義的，而不是事先由廠家定義好的。 儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需進(jìn)行相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)更新，而不需購(gòu)買新的儀器。 虛擬儀器開(kāi)放、靈活，可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，可與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)。9.1.3 虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器的構(gòu)成傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功能定義儀器廠家用戶技術(shù)關(guān)鍵硬件軟件功能升級(jí)固定通過(guò)修改軟件進(jìn)行增減開(kāi)放性封閉基于計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)技術(shù)更新較慢較方便、較快開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)相對(duì)快工作頻率較高受限與A/D與D/A的速度應(yīng)用領(lǐng)域通用測(cè)量、計(jì)量大多為測(cè)控系統(tǒng)價(jià)格較高價(jià)格且可重復(fù)利用虛擬儀器由通用儀器硬件平

3、臺(tái)虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)( (簡(jiǎn)稱硬件平臺(tái)簡(jiǎn)稱硬件平臺(tái)) )和應(yīng)用軟件兩和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。大部分構(gòu)成。1. 1. 通用儀器硬件平臺(tái)通用儀器硬件平臺(tái)構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺(tái)有兩部分：構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺(tái)有兩部分：（1 1）計(jì)算機(jī)：一般為一臺(tái)）計(jì)算機(jī)：一般為一臺(tái)PCPC機(jī)或者工作站，它是硬件平臺(tái)機(jī)或者工作站，它是硬件平臺(tái)的核心。的核心。（2 2）I/OI/O接口設(shè)備：主接口設(shè)備：主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模采集、放大、模/ /數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采換。可根據(jù)實(shí)際情況采用不同的用不同的I/OI/O接口硬件接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡/ /板

4、板(DAQ)(DAQ)、GPIBGPIB總線儀總線儀器、器、VXIVXI總線儀器模塊、總線儀器模塊、串口儀器等。虛擬儀器串口儀器等。虛擬儀器的構(gòu)成方式主要有五種的構(gòu)成方式主要有五種類型，如圖類型，如圖9-19-1框圖所框圖所示。示。 2. 軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)虛擬儀器軟件由兩大部分構(gòu)成。虛擬儀器軟件由兩大部分構(gòu)成。(1) (1) 應(yīng)用程序。它包含兩個(gè)方面的程序：應(yīng)用程序。它包含兩個(gè)方面的程序： 實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序。實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序。 定義測(cè)試功能的流程圖軟件程序。定義測(cè)試功能的流程圖軟件程序。(2) I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序接口儀器驅(qū)動(dòng)程序 完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、

5、驅(qū)動(dòng)與通信。開(kāi)發(fā)虛擬儀器，完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信。開(kāi)發(fā)虛擬儀器，必須有合適的軟件工具。必須有合適的軟件工具。 虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)工具。虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)工具。文本式編程語(yǔ)言：如文本式編程語(yǔ)言：如C C、Visual CVisual C、Visual BasicVisual Basic、Labwindows/CVILabwindows/CVI等；圖形化編程語(yǔ)言：如等；圖形化編程語(yǔ)言：如LabVIEWLabVIEW、HPVEEHPVEE等。這等。這些軟件開(kāi)發(fā)工具為用戶設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用軟件提供了最大限度的些軟件開(kāi)發(fā)工具為用戶設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用軟件提供了最大限度的方便條件與良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境

6、。本書要介紹的是方便條件與良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。本書要介紹的是LabVIEWLabVIEW圖形化編圖形化編程語(yǔ)言。程語(yǔ)言。 9.2 LabVIEW8.5編程基礎(chǔ)編程基礎(chǔ) LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是由美國(guó)，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是由美國(guó)NI公司公司（National Instrument Company）推出的一種基于）推出的一種基于G語(yǔ)言語(yǔ)言（Graphics Language，圖形化編程語(yǔ)言）的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)，圖形化編程語(yǔ)言）的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具。工具。啟動(dòng)啟動(dòng)LabVIE

7、WLabVIEW主程序后，出現(xiàn)主程序后，出現(xiàn)如圖如圖9-39-3所示的所示的LabVIEWLabVIEW啟動(dòng)啟動(dòng)窗口，在這個(gè)窗口中可創(chuàng)建窗口，在這個(gè)窗口中可創(chuàng)建新新VIVI、選擇最近打開(kāi)的、選擇最近打開(kāi)的LabVIEW LabVIEW 文件、查找范例以文件、查找范例以及打開(kāi)及打開(kāi)LabVIEWLabVIEW幫助。幫助。圖圖9-39.2.1 LabVIEW應(yīng)用程序的構(gòu)成應(yīng)用程序的構(gòu)成 應(yīng)用應(yīng)用Labview開(kāi)發(fā)平臺(tái)編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡(jiǎn)稱為開(kāi)發(fā)平臺(tái)編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡(jiǎn)稱為VI。VI程序由前面板（程序由前面板（Front Panel）、流程圖（）、流程圖（Block Diagra

8、m）和圖）和圖標(biāo)標(biāo)/連接器（連接器（Icon/Connector）三個(gè)部分構(gòu)成。）三個(gè)部分構(gòu)成。 1.前面前面板板 前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出），輸出量被稱為顯示（量被稱為顯示（Indicators）。控制和顯示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)）?？刂坪惋@示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開(kāi)關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使這得前面在前面板上，如旋鈕、開(kāi)關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使這得前面板直觀易懂、易于控制數(shù)據(jù)的輸

9、入板直觀易懂、易于控制數(shù)據(jù)的輸入 2. 流程圖流程圖每一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用Labview圖形編程語(yǔ)言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D程序由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被用來(lái)同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。3. 圖標(biāo)圖標(biāo)/連接器連接器圖標(biāo)/連接器是子VI被其它VI調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，就像函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對(duì)應(yīng)

10、。連接器一般情況下隱含不顯示，除非用戶選擇打開(kāi)觀察它。9.2.2 LabVIEW8.5 操作模板操作模板 主要介紹工具模板、控制模板和功能模板的主要功能和使用方法。1.工具模板工具模板工具模板提供了用于操作、編輯前面板和流程圖上對(duì)象的各種工具。若想選用某操作工具，只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該工具圖標(biāo)即可。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成與該工具對(duì)應(yīng)的形狀。圖9-4工具模板的調(diào)用方法： 選擇“查看工具選板”可以打開(kāi)工具選板，如圖9-4所示。將工具模板變成浮動(dòng)板留在屏幕上的方法：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊控制模板或功能模板左上角的“大頭針”。9.2.2 LabVIEW8.5 操作模板操作模板 2.控件模板控件模

11、板?？丶０逶谇懊姘屣@示，它包含創(chuàng)建前面板時(shí)可用的全部對(duì)象。最常用控件可以以新式新式（modern）、經(jīng)典經(jīng)典（classic）和系系統(tǒng)統(tǒng)（system）三種風(fēng)格顯示。選擇主菜單查看控件選板選項(xiàng)或右擊前面板空白處就可以顯示控件選板。如圖9-5所示，控件的種類有：數(shù)值控件（如滑動(dòng)桿和旋鈕）、圖形、圖表、布爾控件（如按鈕和開(kāi)關(guān)）、字符串、路徑、數(shù)組、簇、列表框、樹形控件、表格、下拉列表控件、枚舉控件和容器控件等等。 圖9-59.3 LabVIEW 中的中的Express VI-快速搭建專業(yè)測(cè)試系統(tǒng)快速搭建專業(yè)測(cè)試系統(tǒng)用戶在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，只需在整個(gè)程序流程圖中簡(jiǎn)單地用戶在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，只需在整個(gè)

12、程序流程圖中簡(jiǎn)單地調(diào)用調(diào)用Express VIExpress VI程序，并使用屬性設(shè)置頁(yè)面配置系統(tǒng)的采程序，并使用屬性設(shè)置頁(yè)面配置系統(tǒng)的采集、分析與顯示功能，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的快速開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，集、分析與顯示功能，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的快速開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，極大地提高了程序開(kāi)發(fā)效率。極大地提高了程序開(kāi)發(fā)效率。 9.3.1 初識(shí)初識(shí)Express技術(shù)技術(shù)Express技術(shù)包含前面板控件和程序框圖VI函數(shù) 如圖9-7和圖9-8所示。圖9-7圖9-8 后面板的Express VI函數(shù)面板前面板的Express控件面板包含了最常用的一些控件。大部分實(shí)際上和普通控件完全一樣，放在Express面板下只是為了方便用戶。只有波

13、形圖表和Express XY 圖控件會(huì)自動(dòng)在程序框圖中產(chǎn)生代碼。程序框圖中的函數(shù)選板上的Express VI面板包含了大量的Express VI函數(shù)，主要分6大類。信號(hào)輸入Express Vls 用來(lái)從儀器采集信號(hào)或產(chǎn)生仿真信號(hào)。信號(hào)分析Express VIs 用來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。輸出Express VIs 用于將數(shù)據(jù)存入文件，產(chǎn)生報(bào)表以及與儀器連接，輸出真實(shí)信號(hào)等。信號(hào)操作Express VIs 主要用于對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，比如類型轉(zhuǎn)換、信號(hào)合并等。執(zhí)行控制Express VIs和程序結(jié)構(gòu)體 包含了一些基本的程序結(jié)構(gòu)以及時(shí)間函數(shù)。算術(shù)與比較Express VIs 包含一些基本的數(shù)學(xué)函數(shù)、

14、比較操作符、數(shù)字和字符串。以一個(gè)濾波器為例初步感受Express VI的用法。（1 1）產(chǎn)生仿真信號(hào)）產(chǎn)生仿真信號(hào)圖9-9 仿真信號(hào)Express VI屬性配置對(duì)話框?qū)⒑瘮?shù)選板上的Express輸入仿真信號(hào)VI函數(shù)放置在程序框圖上，同時(shí)會(huì)彈出如圖9-9所示的配置對(duì)話框，用于對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行配置。我們將其配置為100Hz的正弦信號(hào)，同時(shí)加上均勻白噪聲。（3 3）創(chuàng)建波形顯示器）創(chuàng)建波形顯示器（2 2）放置濾波器）放置濾波器將函數(shù)選板上的Express信號(hào)分析濾波器函數(shù)放置在程序框圖上，在放置的同時(shí)也會(huì)自動(dòng)彈出類似圖9-9所示的配置對(duì)話框。在這里可以選擇濾波器的類型以及一些必要的濾波器參數(shù)。這里我們

15、采用低通濾波器。將以上兩個(gè)VI放置在程序框圖中后，將仿真信號(hào)的信號(hào)輸出與濾波器的信號(hào)輸入連接起來(lái)。右擊仿真信號(hào)的信號(hào)輸出端選擇創(chuàng)建圖形顯示控件創(chuàng)建仿真信號(hào)波形圖。與之類似，在濾波器的信號(hào)輸出端也創(chuàng)建一個(gè)濾波后的波形圖（Filtered Signal）。（4 4）加上程序控制結(jié)構(gòu)）加上程序控制結(jié)構(gòu)用Express 面板上的 執(zhí)行過(guò)程控制While循環(huán)將信號(hào)發(fā)生器程序圍在其中。我們可以看到與普通的While循環(huán)不一樣，它會(huì)自動(dòng)給While循環(huán)添加一個(gè)停止（Stop）按鈕，這樣就簡(jiǎn)化了編程步驟。接著我們?cè)俜胖靡粋€(gè)延時(shí)器在While循環(huán)中用以降低CPU的利用率。它在Express面板上的位置為 執(zhí)行過(guò)

16、程控制 時(shí)間延遲 。同樣它會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)對(duì)話框讓用戶輸入延時(shí)長(zhǎng)度。圖9-10 利用Express VI搭建的信號(hào)濾波器 將函數(shù)放置在程序框圖上后雙擊函數(shù)圖標(biāo)也可以彈出配置對(duì)話框。此外，所有的函數(shù)參數(shù)也可以由輸入端子輸入。9.3.2 Express VIs簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介1. 1. 信號(hào)輸入（信號(hào)輸入（InputInput） Express VIsExpress VIs圖9-11 信號(hào)輸入控件 信號(hào)輸入Express VIs在Express-輸入面板下，主要用來(lái)從儀器采集信號(hào)或產(chǎn)生仿真信號(hào)；通過(guò)這些函數(shù)，信號(hào)可以來(lái)源于儀器，也可以來(lái)源于文件或者由計(jì)算機(jī)仿真產(chǎn)生。信號(hào)輸入控件如圖9-11所示。2. 信號(hào)分

17、析（信號(hào)分析（Signal Analysis）Express VIs圖9-12 信號(hào)分析面板信號(hào)分析Express VIs在Express-信號(hào)分析面板下。該面板下包含了最常用的信號(hào)分析函數(shù)，例如譜測(cè)量、失真度測(cè)量、曲線擬合、濾波器和直方圖等。信號(hào)分析面板如圖9-12所示。3. 輸出（輸出（Output）Express VIs圖9-13 輸出面板Output Express VIs在Express-輸出面板下，用于將信號(hào)數(shù)據(jù)存入文件，產(chǎn)生報(bào)表或向儀器輸出真實(shí)信號(hào)等。輸出面板如圖9-13所示。4. 4. 信號(hào)操作（信號(hào)操作（Signal ManipulationSignal Manipulati

18、on）Express VIsExpress VIs圖9-14 信號(hào)操作面板 信號(hào)操作Express VIs在Express-信號(hào)操作面板下。主要用于對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種操作，譬如信號(hào)合并、類型轉(zhuǎn)換、信號(hào)連接、抽樣信號(hào)、觸發(fā)信號(hào)和選擇信號(hào)等。信號(hào)操作面板如圖9-14所示。5. 算術(shù)與比較（算術(shù)與比較（Arithmetic & Comparison）Express VIs圖9-15 算術(shù)與比較面板 算術(shù)與比較Express VIs在Express-算術(shù)與比較面板下，它包含一些基本的數(shù)學(xué)函數(shù)和比較操作符，以及數(shù)字和字符串等。算術(shù)與比較面板如圖9-15所示。6. 執(zhí)行控制執(zhí)行控制Express

19、VIs圖9-16 執(zhí)行過(guò)程控制面板執(zhí)行控制Express VIs在Express-執(zhí)行過(guò)程控制面板下，包含了一些基本的程序結(jié)構(gòu)以及時(shí)間函數(shù)，譬如While結(jié)構(gòu)，Case結(jié)構(gòu)，時(shí)間延時(shí)和消逝時(shí)間等，如圖9-16所示。9.4 信號(hào)分析信號(hào)分析圖9-17 信號(hào)處理面板 LabVIEW尤其適合數(shù)字信號(hào)處理，主要優(yōu)勢(shì)有：具有良好的圖形顯示功能，能夠以多樣化的方式直觀顯示各種信號(hào)波形；圖形化的編程方式，學(xué)習(xí)門檻較低，易于掌握，省去了許多煩瑣的編程細(xì)節(jié)；擁有數(shù)量眾多、功能齊全的各種信號(hào)分析與處理VI，供用戶隨意調(diào)用；具有良好的擴(kuò)展性，通過(guò)附加工具包擴(kuò)展，以及與其他平臺(tái)擴(kuò)展。函數(shù)面板信號(hào)處理面板如圖9-17所

20、示。9.4.1 波形和信號(hào)生成波形和信號(hào)生成圖9-18 波形生成VI庫(kù) 圖9-19 信號(hào)生成VI庫(kù)在很多情況下需要在沒(méi)有硬件的情況下對(duì)系統(tǒng)仿真或驗(yàn)證系統(tǒng)的正確性，在某些情況下可能還需要通過(guò)D/A變換向硬件輸出波形。這時(shí)就需要波形發(fā)生函數(shù)來(lái)模擬產(chǎn)生需要的波形。準(zhǔn)確快捷地產(chǎn)生符合所需參數(shù)的信號(hào)波形，是準(zhǔn)確進(jìn)行后續(xù)仿真分析和處理的基礎(chǔ)。1. 波形和信號(hào)生成相關(guān)的波形和信號(hào)生成相關(guān)的VI波形信號(hào)生成舉例波形信號(hào)生成舉例圖9-20 基本信號(hào)生成波形生成有多種方法：第一種是基本信號(hào)的產(chǎn)生，只需把參數(shù)輸入既可；第二種是根據(jù)公式法產(chǎn)生信號(hào)；實(shí)際中，有的根據(jù)實(shí)際情況經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算和其他運(yùn)算加噪音等方法模擬出接近于

21、實(shí)際的信號(hào)。（2）公式法產(chǎn)生的波形）公式法產(chǎn)生的波形圖9-21 公式法產(chǎn)生的波形9.4.2 信號(hào)時(shí)域分析信號(hào)時(shí)域分析圖9-22 波形測(cè)量VI庫(kù) 圖9-23 信號(hào)運(yùn)算VI庫(kù) 信號(hào)時(shí)域分析是指在時(shí)間域上對(duì)信號(hào)的時(shí)域參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，從而提取出有助于研究和分析的信號(hào)時(shí)域特性。時(shí)域分析往往是對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行分析的第一個(gè)步驟，信號(hào)的時(shí)域特性往往也是使用其他方法進(jìn)行分析的重要參考和基礎(chǔ)。1. 1. 信號(hào)時(shí)域分析相關(guān)的信號(hào)時(shí)域分析相關(guān)的VIVI 2. 信號(hào)時(shí)域分析舉例信號(hào)時(shí)域分析舉例圖9-24 測(cè)量波形的直流分量與均方根值（1 1） 測(cè)量波形的直流分量與均方根值測(cè)量波形的直流分量與均方根值測(cè)量波形的直流分量

22、與均方根值如圖9-24所示。具體步驟如下。 新建“直流分量與均方根值的測(cè)量.vi”，添加一個(gè)While循環(huán)結(jié)構(gòu)，以便連續(xù)地生成和觀察信號(hào)波形。在While循環(huán)中放入生成一個(gè)混有白噪聲、帶直流分量的正弦波信號(hào)，只需將參數(shù)設(shè)置好。圖9.24中運(yùn)行后可以看到測(cè)得的直流分量與設(shè)定的相同，有效值為8.69。（2）周期信號(hào)時(shí)域特性的測(cè)量實(shí)例）周期信號(hào)時(shí)域特性的測(cè)量實(shí)例 圖9-25 周期信號(hào)時(shí)域特性的測(cè)量 9.4.3 信號(hào)頻域分析信號(hào)頻域分析信號(hào)頻域分析指將時(shí)域信號(hào)通過(guò)傅立葉變換等方法轉(zhuǎn)換到頻率域上，然后進(jìn)行分析。一些從時(shí)域上無(wú)法解決的問(wèn)題，往往從頻域分析的角度可以得到有效的解決。 1. 1. 信號(hào)的信號(hào)的

23、FFTFFT分析分析與FFT相關(guān)的VI 在函數(shù)選板的位置： 信號(hào)處理 波形測(cè)量； 信號(hào)處理 變換； 信號(hào)處理 逐點(diǎn)變換（逐點(diǎn)）。2. 信號(hào)的FFT分析實(shí)例（1）FFT分析幅度譜和相位譜實(shí)例FFT分析幅度譜和相位譜的測(cè)量圖如圖9-26 所示具體步驟如下。新建“使用FFT分析信號(hào)幅度譜和相位譜.vi”，并添加混合單頻與噪聲波形VI（Tones and Noise Waveform.vi）用來(lái)生成兩個(gè)不同頻率、幅值和初相位的正弦波疊加信號(hào)，另外疊加均方根值為1的白噪聲信號(hào)。添加“FFT Spectrum（Mag-Phase）.vi”來(lái)分析所生成的原始信號(hào)，使用Hanning窗。 圖圖9-26 FFT

24、分析幅度譜和相位譜的測(cè)量圖分析幅度譜和相位譜的測(cè)量圖 （2）信號(hào)的傅立葉變換）信號(hào)的傅立葉變換傅立葉變換是數(shù)字信號(hào)處理中最重要的變換之一，它的意義在于使人們能夠在頻域中觀察一個(gè)信號(hào)的特征。它的一個(gè)基本應(yīng)用就是計(jì)算信號(hào)的頻譜，通過(guò)頻譜可以方便地觀察和分析信號(hào)的頻率組成成分?，F(xiàn)在通過(guò)2個(gè)正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生2個(gè)不同頻率不同振幅的正弦信號(hào)，并將其疊加為同一個(gè)信號(hào)作為傅立葉變換函數(shù)的輸入，如圖9-27所示。圖圖9-27 雙邊傅立葉變換雙邊傅立葉變換9.5 虛擬儀器設(shè)計(jì)舉例虛擬儀器設(shè)計(jì)舉例虛擬儀器將儀器功能分為一些通用模塊，由輸入、輸出、數(shù)據(jù)處理三個(gè)部分組成。本節(jié)將介紹基于NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡PCI6

25、014的虛擬儀器設(shè)計(jì)方法。基于基于NI數(shù)據(jù)采集卡的虛擬雙蹤示波器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集卡的虛擬雙蹤示波器設(shè)計(jì) 1Measurement & Automation Explorer（MAX） NI公司提供一個(gè)專用的管理軟件MAX，來(lái)對(duì)所有NI公司產(chǎn)品相關(guān)的硬件進(jìn)行管理。針對(duì)數(shù)據(jù)采集卡，這個(gè)軟件可以完成NI公司數(shù)據(jù)采集卡的檢測(cè)、性能測(cè)試、屬性配置和刪除。一般在硬件驅(qū)動(dòng)程序安裝的同時(shí)，MAX會(huì)自動(dòng)安裝到計(jì)算機(jī)中。 運(yùn)行MAX后，在其主界面中將顯示計(jì)算機(jī)中和NI公司相關(guān)的項(xiàng)目，如圖9-28所示。在Device and Interface的下級(jí)目錄中顯示該計(jì)算機(jī)安裝了PCI6014數(shù)據(jù)采集卡，并被分配設(shè)備

26、號(hào)為1，在以后的數(shù)據(jù)采集VI調(diào)用中，就用這個(gè)設(shè)備號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)這塊PCI6014數(shù)據(jù)采集卡。圖9-28 MAX主界面在PCI6014（Device 1）項(xiàng)目上單擊鼠標(biāo)右鍵，將彈出快捷菜單，其中包含了MAX中對(duì)數(shù)據(jù)采集卡PCI6014能夠進(jìn)行的操作，即Test Panels（性能測(cè)試）、 Delete（硬件刪除）和Properties（屬性配置），單擊各項(xiàng)目即可進(jìn)入相關(guān)操作界面。 其中，利用性能測(cè)試功能可以對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的功能進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試，如圖9-29所示為模擬輸入（AI）采樣的測(cè)試界面，該測(cè)試功能將當(dāng)前數(shù)據(jù)采集卡采集的信號(hào)顯示在觀察窗口中，并且提供了多種采樣和顯示方式，相當(dāng)于一個(gè)現(xiàn)成的數(shù)據(jù)采集器和示

27、波器，可以用它來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集卡的工作狀態(tài)是否正常，或簡(jiǎn)單地觀察一個(gè)信號(hào)的波形。圖9-29 數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入測(cè)試界面 利用屬性配置操作可以對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的屬性進(jìn)行配置和檢查，在如圖9-30和圖9-31所示的界面中分別對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的系統(tǒng)屬性（System）和模擬輸入屬性（AI）進(jìn)行檢查和操作。其中系統(tǒng)屬性中涉及到數(shù)據(jù)采集卡占用的內(nèi)存、中斷號(hào)和直接內(nèi)存訪問(wèn)號(hào)，而在模擬輸入屬性中可以設(shè)置模擬輸入范圍和信號(hào)輸入模式。另外，屬性配置操作還可以對(duì)模擬輸出（AO）、信號(hào)進(jìn)入方式（Accessory）、數(shù)據(jù)采集和模擬輸出的標(biāo)定周期（OPC）和遠(yuǎn)程操作該數(shù)據(jù)采集卡的密碼（Remote Access）等屬性進(jìn)行配

28、置。圖9-30 數(shù)據(jù)采集卡的系統(tǒng)屬性檢查 圖9-31 數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入屬性操作2在在MAX中添加中添加DAQ通道通道 在MAX中添加DAQ通道的目的有兩個(gè)：一是利用MAX對(duì)通道進(jìn)行設(shè)置和測(cè)試，觀察其是否可用；另一目的就是創(chuàng)建這些通道時(shí)，可以給這些通道根據(jù)用途的不同用帶有特色的名字進(jìn)行命名，不再使用通道1、通道2這樣不易記憶的名字，方便識(shí)別并在LabVIEW等程序中進(jìn)行有效調(diào)用。下面以傳統(tǒng)DAQ通道為例，介紹添加DAQ通道的具體過(guò)程。 （1）在MAX中展開(kāi)Date Neighborhood分支，如圖9-32所示。圖9-32 展開(kāi)的Date Neighborhood分支 選擇Tradition

29、al NI-DAQ Devices Virtual Channel，如圖9-33所示。點(diǎn)擊“Finish”按鈕，將出現(xiàn)的界面，如圖9-34所示。界面用來(lái)選擇通道的類型：模擬輸入(Analog Input)、模擬輸出(Analog Output)或數(shù)字輸入輸出(Digital I/O)。這里選擇模擬輸入。 圖9-33 添加新通道界面圖 9-34 通道類型選擇（2）點(diǎn)擊“下一步”按鈕，出現(xiàn)如圖9-35所示的界面。在此輸入通道的名稱和簡(jiǎn)要的描述。這里采用的通道名稱為“A”，描述為“CH1”。 （3 3）選擇傳感器或測(cè)量的類型，如圖）選擇傳感器或測(cè)量的類型，如圖9-369-36?？梢愿鶕?jù)需要選擇電壓、

30、?？梢愿鶕?jù)需要選擇電壓、電流、電阻、各型熱電隅、加速度計(jì)或應(yīng)變片等，這里選擇電流、電阻、各型熱電隅、加速度計(jì)或應(yīng)變片等，這里選擇VoltageVoltage。圖9-35 通道名稱和描述 圖9-36 選擇傳感器或測(cè)量的類型 （4）點(diǎn)擊“下一步”按鈕，出現(xiàn)如圖9.37所示的界面。在此可設(shè)置信號(hào)的單位和范圍。再點(diǎn)擊“下一步”按鈕，出現(xiàn)如圖9.38所示的界面，可以設(shè)置縮放比例。這里都采用默認(rèn)的方式。圖9-37 設(shè)置單位和范圍 圖9.38 設(shè)置縮放比例（5 5）點(diǎn)擊）點(diǎn)擊“下一步下一步”按鈕，出現(xiàn)如圖按鈕，出現(xiàn)如圖9-399-39所示的界面。在此選擇所示的界面。在此選擇DAQDAQ設(shè)備、通道及輸入模式，

31、完成通道設(shè)置。這里選擇的設(shè)備、通道及輸入模式，完成通道設(shè)置。這里選擇的DAQDAQ設(shè)備是設(shè)備是PCIPCI60146014，通道為，通道為60146014的的0 0通道，輸入模式為通道，輸入模式為DifferentialDifferential（差分輸入）。（差分輸入）。通過(guò)以上通過(guò)以上5 5個(gè)步驟就完成了在傳統(tǒng)個(gè)步驟就完成了在傳統(tǒng)DAQDAQ通道向?qū)碌囊粋€(gè)通道添加與設(shè)置。通道向?qū)碌囊粋€(gè)通道添加與設(shè)置。這時(shí)展開(kāi)的這時(shí)展開(kāi)的Traditional NI-DAQ Devices Virtual ChannelsTraditional NI-DAQ Devices Virtual Channel

32、s分支如圖分支如圖9-9-4040所示。所示。圖9-39 選擇DAQ設(shè)備、通道及輸入模式 圖9-40 完成添加通道A虛擬雙蹤示波器需要兩個(gè)輸入通道，現(xiàn)在已經(jīng)有了一個(gè)通道虛擬雙蹤示波器需要兩個(gè)輸入通道，現(xiàn)在已經(jīng)有了一個(gè)通道A A，我們?cè)?，我們?cè)贋槠湓黾右粋€(gè)通道為其增加一個(gè)通道B B，方法是右擊，方法是右擊Traditional NI-DAQ Devices Traditional NI-DAQ Devices Virtual ChannelsVirtual Channels，選擇，選擇Add ChannelAdd Channel，如圖，如圖9-419-41所示。所示。下面的通道下面的通道B B添

33、加與設(shè)置過(guò)程與通道添加與設(shè)置過(guò)程與通道A A的過(guò)程相同，完成后結(jié)果如圖的過(guò)程相同，完成后結(jié)果如圖9-429-42所示。所示。圖9-41 增加一個(gè)通道 圖9-42 完成添加通道A、B如果要改變已有的設(shè)置，可以用鼠標(biāo)選中要改變?cè)O(shè)置的通道，在彈出的右如果要改變已有的設(shè)置，可以用鼠標(biāo)選中要改變?cè)O(shè)置的通道，在彈出的右鍵菜單上選擇鍵菜單上選擇PropertiesProperties屬性，就可以打開(kāi)其屬性窗口，在其中修改設(shè)置。屬性，就可以打開(kāi)其屬性窗口，在其中修改設(shè)置。3 3LabVIEWLabVIEW中的數(shù)據(jù)采集中的數(shù)據(jù)采集VIVI在在LabVIEWLabVIEW中，數(shù)據(jù)采集中，數(shù)據(jù)采集VIVI主要位于函

34、數(shù)選板中的主要位于函數(shù)選板中的“測(cè)量測(cè)量I/O DAQmx-I/O DAQmx-Data Acquisition”Data Acquisition”子選板，如圖子選板，如圖9-439-43所示。所示。圖9-43 DAQmx-Data Acquisition子選板在函數(shù)選板的在函數(shù)選板的ExpressExpress子選板中也包含有輸入、輸出等與數(shù)據(jù)采集有關(guān)子選板中也包含有輸入、輸出等與數(shù)據(jù)采集有關(guān)的快速的快速VIVI。在。在NI-DAQmxNI-DAQmx中，任務(wù)是包括一條或多條通道以及定時(shí)、觸中，任務(wù)是包括一條或多條通道以及定時(shí)、觸發(fā)等屬性的集合。從概念上來(lái)說(shuō)，任務(wù)就是要進(jìn)行的測(cè)量或生成。例發(fā)

35、等屬性的集合。從概念上來(lái)說(shuō)，任務(wù)就是要進(jìn)行的測(cè)量或生成。例如，測(cè)量如，測(cè)量DAQDAQ設(shè)備一條或多條通道的溫度就是一個(gè)任務(wù)。設(shè)備一條或多條通道的溫度就是一個(gè)任務(wù)。利用利用DAQmx-Data AcquisitionDAQmx-Data Acquisition子選板中的子選板中的“DAQ Assistant Express VI”DAQ Assistant Express VI”創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)時(shí)，出現(xiàn)如圖創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)時(shí)，出現(xiàn)如圖9.449.44所示的所示的Create New Express Task Create New Express Task 對(duì)話對(duì)話框。框。圖9-44 Create New Express Task 對(duì)話框選擇選擇“Acquire Signals Analog Input”Acquire