【正文】 擬信號(hào)發(fā)生器 、信號(hào)調(diào)幅解調(diào) 、數(shù)據(jù)采集分析三大內(nèi)容。 虛擬信號(hào)發(fā)生器由基本函數(shù)發(fā)生器構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)正弦波、三角波、方波、鋸齒波四種信號(hào)的產(chǎn)生 ，并且參數(shù)可調(diào) 。 信號(hào) 調(diào)幅 解調(diào) 包括信號(hào)解幅與解調(diào)，將高頻載波信號(hào) 與 低頻信號(hào) 相乘 ，實(shí)現(xiàn) 信號(hào)的 調(diào)幅功能 。 利用 乘積型同步檢波器原理，將調(diào)幅信號(hào)與同步信號(hào)經(jīng) 過乘法器和濾波器就可以得到原調(diào)制信號(hào)。數(shù)據(jù) 采集分析 包括數(shù)據(jù)的采集與分析，通過數(shù) 據(jù) 采 集卡，使硬件和電腦相連接，把外部硬件產(chǎn)生 信號(hào)采集到 編程 系統(tǒng)中 進(jìn)行顯示與存儲(chǔ) ，從而進(jìn)行 讀取 與 處理 分析 。 本文共分五 章，第一章簡要介紹了虛擬儀器及 LabVIEW 的編程環(huán)境，第二章闡述了 設(shè)計(jì)的總體思路及具體功能，第三章說明了 虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) ，第四章討論了信號(hào) 調(diào)幅解調(diào) 的 內(nèi)容，第五章則介紹了數(shù)據(jù)采集 與 分析的設(shè)計(jì)。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 2 頁 共 37 頁 第 1 章 虛擬儀器系統(tǒng) 的 概論 虛擬儀器 簡介 虛擬儀器（ Virtual Instrument,簡稱 VI） 是基于計(jì)算機(jī)的儀器 ,是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物 ，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測試 領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù) [2]。所謂虛擬儀器，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，測試功能由測試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺(tái)專用測量儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)使測量儀器與個(gè)人計(jì)算機(jī)的界線模糊了。 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。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，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。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。 圖 11常見的虛擬儀器方案圖 LabVIEW 的定義 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境 )是 一種圖形化的編程語言， 具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、信號(hào)江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 3 頁 共 37 頁 發(fā)生、信號(hào)處理、輸入輸出控 制等功能 [3]。 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、 RS232 和 RS485 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程都生動(dòng)有趣。 圖形化的 編 程 語言，又稱為“ G”語言。使 用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或程序框圖 。它盡可能利用了技術(shù)人 員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此， LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng) 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，它是一個(gè)真正的 32 位編譯器。像許多重要的軟件一樣， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh 的多種版本。 LabVIEW 的運(yùn)行機(jī)制 使用 LabVIEW開發(fā)平臺(tái)編制的程序稱為 虛擬儀器程序，簡稱為Ⅵ [4]。 VI包括三個(gè)部分： 前面板 、程序框圖 、 圖標(biāo) 和 連 線板 ． 1． 前面板 前面板 是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入 控制 和 輸出 顯示兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形 、指示燈以及其他控制 和顯示對(duì)象。圖 12 所 示是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生 器 的前面板 ，上面有一個(gè)顯示對(duì)象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。還有一個(gè)控制對(duì)象 — 開關(guān)，可以結(jié)束 while 循環(huán) 。顯然，并非簡單地畫兩個(gè)控件就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之配套的 程序框圖 。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 4 頁 共 37 頁 圖 12 隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器 的 前面板 2． 程序框圖 程序框圖是 提供 VI 的圖形化源程序。在 程序框圖 中對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。 程序框圖 由接線端、節(jié)點(diǎn)、連線和結(jié)構(gòu)等構(gòu)成 。圖 13 所示是隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的程序框圖 ， 可以看到 程序框圖 中包括了前面板上的開關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連線端子，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設(shè)置了一個(gè) While Loop 循環(huán)，由開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。 圖 13 隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器程序 框 圖 3. 圖標(biāo)和連線板 創(chuàng)建 VI的 前面板和程序框圖后，請(qǐng)創(chuàng)建圖標(biāo)和連線板，以便將該 VI作為子VI調(diào)用。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； 連線板 則表示江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 5 頁 共 37 頁 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入 /輸出口，就像函數(shù)的輸入輸出參數(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) 。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 6 頁 共 37 頁 第 2 章 總體設(shè)計(jì) 介紹 總體設(shè)計(jì) 基于 LabVIEW 的電子測量系統(tǒng)，主要包括常用 虛擬 信號(hào)發(fā)生器、 信號(hào)調(diào)幅解調(diào) 、 數(shù)據(jù)采集與分析 等常用儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。程序功能模塊框圖設(shè)計(jì)如下圖所示： 圖 21 程序功能模塊框圖 虛擬信號(hào)發(fā) 生器，主要用到了基本函數(shù)發(fā)生器，功能包含了正弦波、三角波、方波、鋸齒波 的產(chǎn)生并且 各波形的 頻率 與 幅值 以及方波的占空比均可調(diào)。 參數(shù)調(diào)整結(jié)果將在波形圖上動(dòng)態(tài)顯示出來，可控制信號(hào)的采樣頻率與采樣點(diǎn)數(shù)。 信號(hào)調(diào)幅解調(diào)包括信號(hào) 的 調(diào) 幅 與解調(diào)， 描述了信號(hào)調(diào)制、放大、還原的過程。將高頻載波信號(hào)與低頻信號(hào)相乘，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)幅功能。利用乘積型同步檢波器原理，將調(diào)幅信號(hào)與同步信號(hào)經(jīng)過乘法器 放大，之后通過 濾波 器還原 信號(hào) 。 濾波器主要運(yùn)用 巴特沃斯濾波器 ，濾波類型采用低通濾波，濾波階數(shù)為 5 階。 數(shù)據(jù)采集分析中，通過硬件函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器產(chǎn)生正 弦波、三角波，利用數(shù)據(jù)采集卡，把程序和硬件相互連接，采集函數(shù)發(fā)生器的信號(hào)，顯示在波形圖上并把數(shù)據(jù)寫入到電子表格。然后使用路徑 節(jié)點(diǎn) ，讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理分析 ，再一次顯江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 7 頁 共 37 頁 示到波形圖上 。主要 計(jì)算出信號(hào)數(shù)據(jù)的均方根、峰峰值、信號(hào)頻率、周期以及方波占空比。 因?yàn)樾枰杉布盘?hào)，所以制作一個(gè)簡單的函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器。 函數(shù)信號(hào) 發(fā)生器主要通過電子元器件運(yùn)放、 RC 積分器產(chǎn)生一定頻率和幅值的方波和三角波，給予數(shù)據(jù)采集模塊。 主程序前面板 的 設(shè)計(jì) 當(dāng)虛擬信號(hào)發(fā)生器 、 信號(hào) 調(diào)幅解調(diào)器、 數(shù)據(jù)采集與 分析 均完成時(shí)，需要把他們鏈接成一整套系統(tǒng) ， 稱它為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主程序。其前面板設(shè)計(jì) 如圖 22 所示 。 圖 22 主程序 前面板 的設(shè)計(jì) 主程序 前面板設(shè)計(jì)包括信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)調(diào)幅解調(diào)、數(shù)據(jù)采集與分析的開關(guān)控件。圖中 按鈕開關(guān)控件， 可編輯文字，形象顯示控件所鏈接的程序。點(diǎn)擊開關(guān)控件，就會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的功能程序。點(diǎn)擊“停止運(yùn)行”，則跳出運(yùn)行界面。點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)采集與分析”控件，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集與分析界面如圖 23所示 。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 8 頁 共 37 頁 圖 23 數(shù)據(jù)采集與分析前面板的設(shè)計(jì) 點(diǎn)擊“返回 ” 則跳出數(shù)據(jù)采集與分析界面，返回到電子測量虛擬儀器系統(tǒng)界面。 接下來具體討論主程序程序框圖的設(shè)計(jì) 。 主程序 的 程序框圖 設(shè)計(jì) 程序框圖的設(shè)計(jì) 主要 是包括一個(gè) whlie 循環(huán)和一個(gè) 條件結(jié)構(gòu)。 While 循環(huán)中包括打開信號(hào)發(fā)生器程序、打開信號(hào)調(diào)幅解調(diào)程序、打開數(shù)據(jù)采集與分析程序和一個(gè)停止按鈕。 條件結(jié)構(gòu)中有“真”和“假”兩個(gè)選擇，此設(shè)計(jì)只用到了“真”的界面，“假”的界面不用。在“真”的界面中主要用到了打開 VI 引用、屬性節(jié)點(diǎn)和關(guān)閉引用 ， 如圖 24所示。條件結(jié)構(gòu)的主要作用 是 在 while 循環(huán)中的 停止按鈕被 按下 時(shí) ，結(jié)束 while 循環(huán) 同時(shí)跳出運(yùn)行界面。條件結(jié)構(gòu)中的打開 VI 引用路徑是當(dāng)前 VI 路徑，而當(dāng)前路徑是關(guān)閉，所以，結(jié)束 while 循環(huán)的同時(shí) 就會(huì) 跳出運(yùn)行界面。 接下來介紹打開子 VI 和其鏈接 。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 9 頁 共 37 頁 圖 24 主程序 的程序框圖 設(shè)計(jì) ． 1 子 VI 的 打開 在進(jìn)行 子 VI 的打開時(shí)，需要用到函數(shù)選板， 應(yīng)用程序控制中一些相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，下面介紹這些需要用到的節(jié)點(diǎn)。 VI 引用 節(jié)點(diǎn) 打開 VI引用 節(jié)點(diǎn) 主要 是 利用打開 VI 引用動(dòng)態(tài)的方法，在程序運(yùn)行時(shí)，打開需要打開的子 VI。具體是把 VI 路徑端口 與 需要打開的 子 VI 的名字相連接 來 進(jìn)行 子 VI 的打開 。圖 25為打開 VI引用 函數(shù) 各端點(diǎn) 示意圖 。 圖 25 打開 VI引用 節(jié)點(diǎn) 的各端點(diǎn) 示意圖 點(diǎn) 把通用“屬性節(jié)點(diǎn)”從函數(shù)選板拖放到 VI 程序框圖上時(shí) [5]，默認(rèn)設(shè)置為應(yīng)用程序類。這時(shí)可以從中選取版本號(hào)、程序名稱等屬性，通過屬性節(jié)點(diǎn)的右鍵菜單可以讓它顯示其他類別對(duì)象屬性，如圖 26 所示。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 10 頁 共 37 頁 圖 26 屬性節(jié)點(diǎn) 的選擇類型 設(shè)置 VI的屬性時(shí) 把屬性節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的類型選為 VI。 之后，可以對(duì)其屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖 27 所示。 因?yàn)樾枰蜷_子 VI，所以在選擇屬性的時(shí)候選擇前面板窗口的打開。 圖 27 屬性節(jié)點(diǎn)的屬性選擇 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 11 頁 共 37 頁 把通用“調(diào)用 節(jié)點(diǎn)”從函數(shù)選板拖放到 VI 程序框圖上時(shí)，默 認(rèn)設(shè)置為應(yīng)用程序類。這時(shí) 可以從中選取版本號(hào)、程序名稱等屬性，與 屬性節(jié)點(diǎn) 相同，也需要選擇它的 對(duì)象屬性，如圖 28所示。 同樣 選擇類 也應(yīng)用為 VI。 圖 28 通用 節(jié)點(diǎn)的選擇類型 在屬性節(jié)點(diǎn) 的設(shè)置中，屬性類是前面板的打開，那么之后的通用節(jié)點(diǎn)需要運(yùn)行打開的子 VI,所以，在通用節(jié)點(diǎn)選擇方法時(shí)選擇運(yùn)行 VI，如圖 29 所示。 圖 29 調(diào)用節(jié)點(diǎn) 的 方法屬性選擇 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 12 頁 共 37 頁 在運(yùn)行子 VI之后，就是將 VI進(jìn)行關(guān)閉。圖 210是它端點(diǎn)的示意圖。 圖 210 關(guān)閉引用節(jié)點(diǎn)端點(diǎn)示意圖 VI 的鏈接 介紹完需要用到