20xx基于labview的虛擬頻譜儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文-文庫吧
2025-01-13 22:36 本頁面
【正文】 子產(chǎn)品的需求并不高，人們需要一種成本低，功能強(qiáng)的儀器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，所以虛擬儀器技術(shù)就在這個(gè)背景下被發(fā)展起來了。
虛擬儀器是通過LabVIEW軟件(可安裝在計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用軟件)開發(fā)平臺(tái)將計(jì)算機(jī)的硬件資源與傳統(tǒng)電子儀器儀表的設(shè)計(jì)理念整合起來，在計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)的支持下，通過軟件來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生、分析和處理，并能在軟件窗口內(nèi)顯示結(jié)果，達(dá)到方便人們測試產(chǎn)品、實(shí)時(shí)掌握被控對(duì)象的效果。
虛擬儀器的出現(xiàn)開辟了儀器測量技術(shù)的新理念，虛擬頻譜儀的設(shè)計(jì)就是在這個(gè)理念下產(chǎn)生的，它可以替代傳統(tǒng)的虛擬頻譜儀器來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的測量，頻譜分析處理和輸出顯示結(jié)果等功能，大大降低了生產(chǎn)成本，為人們實(shí)時(shí)掌握信號(hào)變化提供了方便。
虛擬儀器的特點(diǎn)及發(fā)展 虛擬儀器的特點(diǎn) 虛擬儀器是利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源平臺(tái)和應(yīng)用軟件的兼容性[1]，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)信號(hào)或者數(shù)據(jù)的采集及處理。虛擬儀器是在LabVIEW的軟件窗口內(nèi)，采用可視化編程語言和控制，用軟件窗口的控制面板來取代傳統(tǒng)的控制面板的儀器儀表。軟件窗口控制面板上不僅設(shè)置了傳統(tǒng)儀器控制面板相似的按鍵、旋鈕等控件，而且還具有類似于我們C語言中的for循環(huán)、while循環(huán)、條件選擇等編程語言結(jié)構(gòu)控件。在操作時(shí)，用戶可通過鼠標(biāo)或者鍵盤來操作軟件窗口，來完成用戶想要的虛擬儀器軟件設(shè)計(jì)。
虛擬儀器相比于傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢 虛擬儀器相比與傳統(tǒng)儀器還有如下幾個(gè)方面的優(yōu)勢： 1,與傳統(tǒng)儀器的功能是由生產(chǎn)廠家定義而受限于生產(chǎn)廠家相比虛擬儀器的功能是用戶自己來定義的。
2, 虛擬儀器技術(shù)關(guān)鍵在于軟件編程的多樣性和合理性，受硬件的局限性很小，因此虛擬儀器可以方便的與其他設(shè)備建立連接，還可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多個(gè)用戶的信息共享。
3, 虛擬儀器可以直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，利用計(jì)算機(jī)足夠的數(shù)據(jù)存取容量把數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)總線傳輸給存儲(chǔ)器或者打印機(jī)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)。
4, 具有一個(gè)完美的儀器控制模塊的虛擬儀器，具有很大的靈活性，可以使用多種方法顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，控制過程分析。
5,虛擬儀器是基于軟件開發(fā)的儀器測試技術(shù)，設(shè)備材料利用率低，降低了開發(fā)及維護(hù)的成本。
虛擬儀器的發(fā)展 虛擬儀器和相對(duì)于傳統(tǒng)儀器而體現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)不僅促進(jìn)了虛擬儀器的發(fā)展，同時(shí)也充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的兼容性和數(shù)據(jù)處理能力，用軟件使其發(fā)揮更多功能的作用，推進(jìn)儀器測量技術(shù)的的飛速發(fā)展。不論是在國內(nèi)還是國外，虛擬儀器的便捷性和靈活性受到了工程師們的歡迎，在這種大背景下，虛擬儀器正朝著高速、高效、高可靠性和高精度的方向發(fā)展。
本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)的核心任務(wù)是利用LabVIEW軟件來設(shè)計(jì)虛擬頻譜儀，來實(shí)現(xiàn)測試信號(hào)的產(chǎn)生、采集、濾波、傅里葉變換和頻譜分析。本設(shè)計(jì)首先介紹了虛擬儀器的研究背景和應(yīng)用，然后介紹了虛擬儀器的特點(diǎn)、優(yōu)勢和發(fā)展情況；本文第2節(jié)詳細(xì)介紹了虛擬儀器的概念和LabVIEW軟件的應(yīng)用介紹；第3節(jié)介紹了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)虛擬頻譜儀的功能原理和功能分析方法；第4節(jié)介紹了虛擬頻譜儀的設(shè)計(jì)生成過程及具體步驟；并在結(jié)論中為整編論文做了總結(jié)。
2 虛擬儀器及LabVIEW軟件介紹 虛擬儀器的簡介 傳統(tǒng)的儀器主要由控制面板，信號(hào)的輸入和輸出端口和顯示屏等幾個(gè)部分組成。操作面板有開關(guān)、旋鈕、刻度值、選擇按鍵等。檢測結(jié)果一般會(huì)通過數(shù)字、圖形顯示在屏幕上，也可以通過打印輸出。由于傳統(tǒng)儀器的軟件和硬件電子電路都固化在儀器實(shí)現(xiàn)控制功能，功能單一，用戶的靈活程度低，并且傳統(tǒng)儀器的功能更新慢，開發(fā)成本高，隨著技術(shù)的提高，人們就又發(fā)明了智能化的儀器，但是智能化儀器仍然沒有擺脫單一功能的限制。由于這些原因，傳統(tǒng)儀器儀表已經(jīng)難以滿足人們的需求，開發(fā)人員要解決這個(gè)問題，就希望只是在必要的硬件支持下，可以通過軟件來做成測試儀器，于是就產(chǎn)生了虛擬儀器的設(shè)計(jì)理念。
虛擬儀器就是由用戶自己定義虛擬儀器的功能，相當(dāng)于一套專門為用戶定制的儀器。人們在利用虛擬儀器設(shè)計(jì)軟件在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)也就是在操作一臺(tái)具有特定作用的測量控制儀表儀器。表21為傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較一覽表，見下頁。
表21 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較 傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器 硬件是關(guān)鍵 軟件是關(guān)鍵 儀器的功能出廠即固定 儀器的功能用戶可自定義 系統(tǒng)是封閉的，與其他設(shè)備連 接有局限性 開放系統(tǒng)，可方便同網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備及外設(shè)連接 價(jià)格昂貴，功能單一 價(jià)格低，功能多 技術(shù)更新速度慢 技術(shù)更新速度快 開發(fā)和維護(hù)成本高 開發(fā)和維護(hù)成本低 多為專業(yè)實(shí)驗(yàn)室擁有 個(gè)人實(shí)驗(yàn)室 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器包括硬件資源(計(jì)算機(jī)硬件接口設(shè)備)和軟件資源(設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬控制面板)兩部分組成。硬件資源是虛擬儀器軟件資源的基礎(chǔ)。應(yīng)用軟件資源則是虛擬儀器的核心內(nèi)容，軟件資源里面包含豐富的函數(shù)庫和功能模塊，通過不同的功能模塊組合成具有不同功能的儀器，以實(shí)現(xiàn)不同的測量和控制功能。
虛擬儀器軟件具有相對(duì)直觀化的用戶應(yīng)用程序和接近底層驅(qū)動(dòng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序兩部分。如圖21所示，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是連接應(yīng)用程序與底層設(shè)備的基礎(chǔ)。通過接口api來實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和開發(fā)環(huán)境的連接，從而實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的控制。
圖21 虛擬軟件體系結(jié)構(gòu) LabVIEW 簡介 LabVIEW知識(shí)簡介 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是由美國國家儀器（NI）公司編寫開發(fā)的。它與Visual Basic語言、C語言、Java語言等的編程風(fēng)格不同，后者是運(yùn)用文本語言編寫的程序代碼，而LabVIEW則是運(yùn)用圖形化的編程語言來編寫的,它是用圖形控件來代替了文本程序代碼。而且LabVIEW還提供很多具有特定功能的控件可供用戶使用。其功能還包含文本語言里的子函數(shù)調(diào)用，而且這種函數(shù)嵌套不受限制的[2]。LabVIEW軟件版本所提供的圖形控件在研究開發(fā)人員之間用的大部分是一致的[3]，這使得編程語言更加具有可讀性，如下圖22所示為LabVIEW的初始界面: 圖22 LabVIEW的初始界面 LabVIEW的基本程序構(gòu)成 LabVIEW的核心是VI。LabVIEW包括兩個(gè)面板[4]，一個(gè)是前面板，另一個(gè)是程序面板。
前面板窗口(如圖23)是一個(gè)圖形用戶界面，它是LabVIEW的虛擬儀器面板，相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的控制面板及顯示屏幕，它有效的將程序和用戶聯(lián)系起來，是程序
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