虛擬儀器設(shè)計(jì)頻率計(jì)

1、課程名稱：虛擬儀器課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：虛擬頻率計(jì)院 系：電氣工程系專 業(yè)：電子信息工程年 級(jí)：2009姓 名：趙芳指導(dǎo)教師：關(guān)海川西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2012年6月15日一、labVIEW 介紹LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineeringworkbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境）是一個(gè)基于G （Graphic ）語(yǔ)言的圖形編程開(kāi)發(fā)環(huán)境，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界中廣泛用 作開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、儀器控制軟件和分析軟件的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，對(duì)于科 學(xué)研究和工程應(yīng)用來(lái)說(shuō)是很理想的語(yǔ)言。它含有種類豐富的函數(shù)庫(kù)， 科學(xué)家和工程師們利用它可以方便靈活地搭建功能強(qiáng)大的測(cè)試系

2、統(tǒng)。 LabVIEW編程語(yǔ)言最主要的兩個(gè)特點(diǎn)是圖形化編程和數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)：（1）圖形化編程LabVIEW 與 Visual C+、Visual Basic、LabWindows/CVI 等編 程語(yǔ)言不同，后幾種都是基于文本的語(yǔ)言，而LabVIEW則是使用圖形 化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言G語(yǔ)言，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼，編程的過(guò)程 即是使用圖形符號(hào)表達(dá)程序行為的過(guò)程，源代碼不是文本而是框圖。 一個(gè)VI有三個(gè)主要部分組成：框圖、前面板和圖標(biāo)/連接器?？驁D 是程序代碼的圖形表示。LabVIEW的框圖中使用了豐富的設(shè)備和模塊圖標(biāo)，與科學(xué)家、工 程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過(guò)程和思維過(guò)程非常 的相似。多

3、樣化的圖標(biāo)和豐富的色彩也給用戶帶來(lái)不一樣的體驗(yàn)和樂(lè) 趣。前面板是VI的交互式用戶界面，外觀和功能都類似于傳統(tǒng)儀器 面板，用戶的輸入數(shù)據(jù)通過(guò)前面板傳遞給框圖，計(jì)算和分析結(jié)果也在 前面板上以數(shù)字、圖形、表格等各種不同方式顯示出來(lái)。圖標(biāo)是VI的圖形符號(hào)，連接器則用來(lái)定義輸入和輸出，每一個(gè)VI都 有圖標(biāo)和連接器。用戶要做的工作就是恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置參數(shù)，并連接各個(gè) 子VI。編程一般步驟就是使用鼠標(biāo)選取合適的模塊、連線和設(shè)置參 數(shù)的過(guò)程，與煩瑣枯燥的文本編程相比更為簡(jiǎn)單、生動(dòng)和直觀。如果將虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器作一類比，前面板就像是儀器的操作 和顯示面板，提供各種參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)的顯示，框圖就像是儀器內(nèi) 部的印刷電

4、路板，是儀器的核心部分，對(duì)用戶來(lái)講是透明的，而圖標(biāo) 和連接器可以比作電路板上的電子元器件和集成電路，保證了儀器正 常的邏輯和運(yùn)算功能。（2）數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)宏觀上講，LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制已不再是傳統(tǒng)上的馮諾伊曼式 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）中的順 序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機(jī)制所代替。本質(zhì)上講它是一種帶有 圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式，程序中的每一個(gè)函數(shù)節(jié)點(diǎn)只有在獲得 它的全部輸入數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。既然LabVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng) 的，數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)規(guī)定，一個(gè)目標(biāo)只有當(dāng)它的所有輸入有效時(shí)才能 夠被執(zhí)行；而目標(biāo)的輸出只有當(dāng)它的功能完全時(shí)才是有效的。于是 Lab

5、VIEW中被連接的函數(shù)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序， 而不像文本程序那樣受到行順序執(zhí)行的約束。我們可以通過(guò)相互連接 函數(shù)節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)潔高效地開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，還可以有多個(gè)數(shù)據(jù)通道同步運(yùn) 行，即所謂的多線程。在LabVIEW中單擊加亮執(zhí)行（Highlight Execution）按鈕，即可 以動(dòng)畫(huà)方式演示框圖的執(zhí)行過(guò)程，可以觀察到數(shù)據(jù)流流動(dòng)的方式，數(shù) 據(jù)以有色小圓點(diǎn)表示，在各種不同顏色（代表不同數(shù)據(jù)類型）的連線 上流動(dòng)。二、虛擬頻率計(jì)的設(shè)計(jì)2.1引言虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測(cè)量技術(shù)高速發(fā)展 孕育出的一項(xiàng)革命性的技術(shù)，其核心就是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件的功能。 基于C語(yǔ)言的圖形化編程環(huán)境LA

6、BVIEW是美國(guó)NI公司的穿心軟件 產(chǎn)品，它是一種功能強(qiáng)大的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，同時(shí)也是日前應(yīng)用最 廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。本文所設(shè)計(jì)的 頻率計(jì)就是基于LABVIEW的虛擬儀器。該頻率計(jì)具有操作簡(jiǎn)單、實(shí) 用性強(qiáng)、可維護(hù)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理系統(tǒng)主要由波形轉(zhuǎn)換電路、限幅電路、整形電路、分頻電路、51 單片機(jī)系統(tǒng)以及PC機(jī)等部分組成，其機(jī)構(gòu)框圖如圖1所示。圖一系統(tǒng)的組成框圖該系統(tǒng)的工作原理是：首先被測(cè)信號(hào)(頻率為fx)的波形被送入波形 轉(zhuǎn)換器中，將其轉(zhuǎn)換成方波，然后對(duì)該方波進(jìn)行限幅、整形、分頻等 操作，最終將輸入信號(hào)波形轉(zhuǎn)換成幅度為T(mén)TL電平且占空比為1:

7、1 的標(biāo)準(zhǔn)方波。把該標(biāo)準(zhǔn)方波送入單片機(jī)中。由單片機(jī)對(duì)其頻率進(jìn)行測(cè) 量。PC機(jī)統(tǒng)股份串口 RS232發(fā)出測(cè)頻指令，單片機(jī)在收到指令后對(duì) 標(biāo)準(zhǔn)方波經(jīng)行頻率測(cè)量，并按上位機(jī)的要求對(duì)低頻信號(hào)采用測(cè)周的方 法來(lái)測(cè)頻；對(duì)高頻信號(hào)采用計(jì)數(shù)的方法來(lái)測(cè)頻。PC機(jī)采用LABVIEW 進(jìn)行編程。單片機(jī)采用定時(shí)器0來(lái)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻。其電路如圖 二所示(計(jì)數(shù)器/定時(shí)器0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖)：首先使TR0=1且GATE=1。假定分頻比為f 0: f x =1。當(dāng)用測(cè)周法 來(lái)測(cè)量信號(hào)頻率時(shí)，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器將處于定時(shí)狀態(tài)即亍/T=0，被測(cè)信 號(hào)f 0從P3.3腳輸入，則定時(shí)器所計(jì)的時(shí)間T0就是被測(cè)信號(hào)一個(gè)周 期內(nèi)高電平維持的時(shí)

8、間T，所以就有：f 1J 0=2 =2T0(1)fx =N f 0(2)當(dāng)采用測(cè)頻法來(lái)測(cè)量時(shí)，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)即C/T=1，被測(cè) 信號(hào)f 0從P3.5腳輸入，而且還需在P3.3腳輸入一個(gè)高電平的脈沖。 設(shè)其高電平持續(xù)時(shí)間為t作為計(jì)數(shù)的門(mén)限時(shí)間，且在t時(shí)刻內(nèi)計(jì)數(shù)器 所記下的數(shù)為，則有：f乙J 0= t(3)所以此時(shí)的f 0=N f 0。2.3 LABVIEW串口通信的程序設(shè)計(jì)針對(duì)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的串行口，LABVIEW提供了串行端口子模板。 串行端口子模板中還包含許多的子模板(也成子VI)，其中主要包括 以下6個(gè)子VI：VISA Configure Serial Port.vi 串行口初始化

9、 VI；VISA Write.vi向串行口緩沖區(qū)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的子VI；VISA Read .vi從串行口設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)的子VI；VISA Close.vi關(guān)閉串行口的子VI；VISA Bytes at Serial Port.vi返回指定串行口中輸入緩沖區(qū)內(nèi)的字節(jié)數(shù) 子VI；VISA Serial Break.vi 串行口 中斷子 VI。LABVIEW是基于圖形化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，程序的核心代碼是 類似于流程圖的方框圖和線條的連接。每一個(gè)方框代表一個(gè)功能模塊 及子VI，程序執(zhí)行的過(guò)程是條件滿足方式。當(dāng)一個(gè)功能模塊的所有 輸入都齊備后，此功能模塊產(chǎn)生輸出，傳送給下一個(gè)模塊。串行口的初始化以及串行口的讀

10、、寫(xiě)模塊的流程方框圖，如圖 三所示：VISA resource name團(tuán)SERIALbaud r; teir32ikWftE圖三PC機(jī)上的LABVIEW的串口通信圖圖四前面板框圖三、感悟通過(guò)本次虛擬儀器的課程設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)LBVIEW的理解，使 我對(duì)虛擬儀器的理論只是更進(jìn)一步的了解。本次設(shè)計(jì)是將我們平時(shí)所 學(xué)的理論與實(shí)際相結(jié)合，將理論用于應(yīng)用中，考察我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的 熟練程度。這次設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一次挑戰(zhàn)，這要求我十分熟練 虛擬儀器的知識(shí)。為了好設(shè)計(jì)，我查閱了大量資料，并把課本知識(shí)重 新溫習(xí)了一次，在自身的努力和請(qǐng)教同學(xué)的情況下，我作出了這個(gè)設(shè) 計(jì)，但是在過(guò)程中遇到很多困難問(wèn)題，然而我從這些問(wèn)題中，也學(xué)習(xí) 到了許多知識(shí)，使自己的能力有所提高。經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我看 清了自己的不足，在今后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)不斷完善自己，不懂得請(qǐng)教 老師，嚴(yán)格要求自，使自己不斷取得進(jìn)步。四、參考文獻(xiàn)1陸綺榮.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，2006. 龍脈工作室，豈興明，等.LabVIEW8.2中文版入門(mén)與典型實(shí)例（修訂版）.北京：人 民郵電出版社，2010.張桐，陳國(guó)順，王正林.精通LabVIEW程序設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，20