【正文】 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)摘 要傳統(tǒng)的示波器其功能完全依靠硬件實(shí)現(xiàn)，功能單一且維護(hù)費(fèi)用高，更重要的是功能一旦確定便不能更改。利用LabVIEW做成的虛擬儀器是將虛擬技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，總線技術(shù)，和軟件技術(shù)緊密結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)的數(shù)字處理能力實(shí)現(xiàn)了儀器的大部分功能，打破了傳統(tǒng)儀器的框架，形成了一種新的儀器模式。為此，本文提出了低頻模擬信號(hào)顯示分析器。 低頻模擬信號(hào)顯示分析器的設(shè)計(jì)主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，下位機(jī)主要是利用C8051F340單片機(jī)對(duì)信號(hào)采樣并將得到的信號(hào)通過(guò)USB接口發(fā)送給PC機(jī)。上位機(jī)主要是由PC機(jī)端的GUI界面進(jìn)行波形顯示、存儲(chǔ)、頻譜分析，而且PC機(jī)端的GUI界面主要利用LabVIEW來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件上，下位機(jī)主要是對(duì)波形進(jìn)行采樣并通過(guò)USB發(fā)給PC機(jī)，上位機(jī)上利用LabVIEW虛擬儀器設(shè)計(jì)一個(gè)示波器進(jìn)行波形顯示和頻率分析。硬件上，先將產(chǎn)生的模擬信號(hào)發(fā)送到A/D轉(zhuǎn)換器上,使其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),然后發(fā)送到PC機(jī)上。LabVIEW內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，同時(shí)還保證了系統(tǒng)的靈活性。經(jīng)過(guò)調(diào)試，最后驗(yàn)證本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以上所提到的功能，具有合理可行性。 經(jīng)過(guò)對(duì)本設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行仔細(xì)分析，在論文開始得出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，接著從硬件、軟件兩部分對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)描述，最后又通過(guò)系統(tǒng)的調(diào)試和分析驗(yàn)證了系統(tǒng)功能特性。關(guān)鍵詞：C8051F340，頻譜分析，LabVIEW，PC機(jī)，USBABSTRACT Traditional oscilloscope function pletely dependent on hardware implementation with single function and the high cost of maintenance, it is more important function cannot change once established. Using the LabVIEW virtual instrument is made of the virtual technology, puter technology, bus technology, and software technology closely together. It use puter powerful digital processing ability realize the instrument most of the functions, breaking the traditional instruments of the framework, formed a new instrument mode. To this end, this paper presents a low frequency analog signal display analyzer design. Low frequency analog signal analyzer design is mainly divided into two parts of the upper machine and lower machine. Lower machine mainly used C8051F340 MCU of signal sampling and signal will be sent to PC through USB interface. Upper machine mainly by the PC to the GUI interface for waveform display store spectrum analysis. On the software, I/O port, timer, ADC, initialized clock, and then to generate the waveform sampling and via USB to a PC Then the waveform sampling and via USB to a PC. In the PC using the LabVIEW virtual instrument design an oscilloscope waveform display and frequency analysis. On the hardware, we will produce the first on the analog signal sent to the A/D converter, so that it is converted to digital signals . PC to the GUI interface displayed waveform and frequency spectrum analysis. After debugging, finally validate this design realized the function of the above mentioned, innovative and use value.According to the analyze of the application, it es into being the design scheme of the system in the beginning, then gives the detail description from hardware and software both sides, finally gets the verification of the system function through the system debugging and analyze.KEY WORDS：C8051F340，LabVIEW, spectral, analysis, personal puter, USB 目 錄前 言 1第1章 系統(tǒng)原理與方案 3 基本原理 3 采樣的基本原理 3 API實(shí)現(xiàn)USB通信原理 4 LabVIEW軟件設(shè)計(jì)基本原理 5 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6 系統(tǒng)功能 6 系統(tǒng)方案 7 7 器件選擇 7 軟件環(huán)境 11 測(cè)試方案 11 論文章節(jié)安排 12第2章 硬件設(shè)計(jì) 13 硬件功能描述 13 硬件總體設(shè)計(jì) 13 硬件詳細(xì)設(shè)計(jì) 14 單片機(jī)最小系統(tǒng) 14 15 16 JTAG電路 17 USB通信與供電電路 17 USB通信電路 17 18 系統(tǒng)硬件原理圖設(shè)計(jì) 18 系統(tǒng)整體PCB圖設(shè)計(jì) 19第3章 軟件設(shè)計(jì) 20 20 20 上位機(jī) 20 軟件總體設(shè)計(jì) 20 22 22 初始化 23 24 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 25. 25. 26 程序代碼 31第4章 系統(tǒng)調(diào)試 32 32 32 32 32 32 33 33 33 34 34 調(diào)試結(jié)果 34 調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案 45 46第5章 結(jié)論與展望 47 47 47參考文獻(xiàn) 49致 謝 51附錄Ⅰ 原理圖 52附錄Ⅱ 單片機(jī)系統(tǒng)原 53附錄Ⅲ主程序 54附錄Ⅳ實(shí)物圖 59前 言 自從1986年美國(guó)NI(National Instrument)公司提出虛擬儀器的概念以來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,虛擬儀器技術(shù)也得到很快的發(fā)展。虛擬儀器是指:利用現(xiàn)有的PC機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的新型儀器。與傳統(tǒng)的儀器相比其特點(diǎn)主要有：具有更好的測(cè)量精度和可重復(fù)性；測(cè)量速度快；系統(tǒng)組建時(shí)間短；由用戶定義儀器功能。虛擬儀器以軟件為核心，其軟件又以美國(guó)NI公司的LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)最為常用。LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言，主要用來(lái)開發(fā)數(shù)據(jù)采集，儀器控制及數(shù)據(jù)處理分析等軟件，功能強(qiáng)大。目前，該開發(fā)軟件在國(guó)際測(cè)試、測(cè)控行業(yè)比較流行,在國(guó)內(nèi)的測(cè)控領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。信號(hào)波形顯示分析器是在科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的一種通用儀器。LabVIEW作為一個(gè)圖形化編程軟件，是開發(fā)測(cè)試系統(tǒng)的一種功能強(qiáng)大、方便快捷的編程工具。其良好的相通性、開放性、專用性，使測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)周期短、成本低、質(zhì)量高?；贚abVIEW的虛擬信號(hào)波形顯示分析器具有機(jī)交互性好、易于操作等特點(diǎn)，能夠廣泛的應(yīng)用與于科研、生產(chǎn)等領(lǐng)域[1]。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）類似的控件，可用來(lái)方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在LabVIEW 中被稱為前面板。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，又稱G 代碼。LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖。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。針對(duì)以上現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)提出以下方案：總體設(shè)計(jì)主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，下位機(jī)主要是利用C8051F340單片機(jī)對(duì)信號(hào)采樣并將得到的信號(hào)通過(guò)USB接口發(fā)送給PC機(jī)，上位機(jī)主要是由PC機(jī)端的GUI界面進(jìn)行波形顯示、頻譜分析，而且PC機(jī)端的GUI界面主要利用LabVIEW來(lái)實(shí)現(xiàn)。論文共分為五章。第一章提出設(shè)計(jì)中的一些基本原理和相關(guān)硬件、軟件的基本介紹。第二章是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的介紹，包括硬件的功能描述和硬件的總體設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)。第三章是系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，針對(duì)對(duì)系統(tǒng)軟件的功能、總體設(shè)計(jì)和各個(gè)部分的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)作詳細(xì)的介紹。第四章系統(tǒng)的調(diào)試和分析部分，這章主要對(duì)調(diào)試的過(guò)程作了詳盡的描述，并對(duì)調(diào)試過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行了分析。第五章是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)論與展望，本章對(duì)結(jié)論作了詳細(xì)的說(shuō)明,展望是對(duì)于本次設(shè)計(jì)中的問(wèn)題提出了一些個(gè)人見解。第1章 系統(tǒng)原理與方案本章主要介紹了數(shù)據(jù)采樣原理,USB通信原理，及模擬示波器設(shè)計(jì)原理。然后細(xì)化到每個(gè)模塊的方案如何選擇，最后根據(jù)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了整個(gè)論文的章節(jié)安排。 基本原理 采樣的基本原理 采樣定理，又稱香農(nóng)采樣定理，奈奎斯特采樣定理，是信息論，特別是通訊與信號(hào)處理學(xué)科中的一個(gè)重要基本結(jié)論。E. T. Whittaker(1915年發(fā)表的統(tǒng)計(jì)理論),克勞德香農(nóng) 與Harry Nyquist都對(duì)它作出了重要貢獻(xiàn)。另外，V. A. Kotelnikov 也對(duì)這個(gè)定理做了重要貢獻(xiàn)。在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，如果采樣頻率大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)(=2fmax)，采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的5～10倍，采樣定理又稱奈奎斯特定理。1924年奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出在理想低通信道的最高碼元傳輸速率的公式:理想低通信道的最高碼元傳輸速率B=2W Baud (其中W是理想) 圖11模