【正文】 了一組新的波形指令。167。 FPGA軟件中主模塊的設(shè)計(jì)原理流程圖如圖42：串行數(shù)據(jù)串口接收串口轉(zhuǎn)換控制參數(shù)分頻器件選擇 CLK圖42 主模塊的硬件程序設(shè)計(jì)流程圖FPGA的軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的來源是串口由LabVIEW發(fā)送來的控制參數(shù)，首先做一串口的接收程序，并把接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成控制數(shù)據(jù)，在這里每一控制數(shù)據(jù)為1個(gè)字節(jié)，即1個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)。在本設(shè)計(jì)中通過對(duì)事件結(jié)構(gòu)的運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)前面板上各個(gè)按鈕的互斥，以達(dá)到在運(yùn)行時(shí)頻段選擇與波形選擇中只有一個(gè)按鈕按下的效果[16]。Case結(jié)構(gòu)的輸入端子默認(rèn)就是布爾輸入，因此不需要任何改動(dòng)。 設(shè)計(jì)中用到的主要VI在LabVIEW軟件設(shè)計(jì)中用到的幾個(gè)主要的VI與結(jié)構(gòu)有：1. CIN節(jié)點(diǎn)：圖320 CIN節(jié)點(diǎn)CIN（Code Interface Node）節(jié)點(diǎn)是LabVIEW中用來調(diào)用C/C++代碼的功能節(jié)點(diǎn)，它提供了函數(shù)入口，可以根據(jù)用戶提供的輸入輸出自動(dòng)生成函數(shù)入口代碼，從而使用戶關(guān)注代碼的功能而不為函數(shù)聲明、定義等語句費(fèi)心。 顯示部分設(shè)計(jì)圖319 顯示設(shè)計(jì)圖顯示部分是很重要的，當(dāng)接收低8位的信號(hào)d為1時(shí)，將串口的信息存入一寄存器中；當(dāng)接收高8位的信號(hào)g為1時(shí)，將串口的信息存入另一寄存器中。 串口接收部分設(shè)計(jì)串口的接收是很重要的一部分，主要功能是完成把串口中的指令讀出。 圖317 串口配置與發(fā)送設(shè)計(jì)圖首先要先調(diào)用一個(gè)VISA配置VI，此VI的功能是完成串口的配置，如波特率，數(shù)據(jù)位數(shù)，有無奇偶校驗(yàn)等，在這里設(shè)置的是波特率為9600，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位，無奇偶校驗(yàn)，無握手協(xié)議。amp。之后把s；g；d的值分別送至一數(shù)值轉(zhuǎn)十進(jìn)制字符VI，并打包發(fā)送。 發(fā)送數(shù)據(jù)類型控制部分設(shè)計(jì)發(fā)送數(shù)據(jù)類型控制模塊的主要功能是得到控制參數(shù)當(dāng)前面板中的占空比控件按下時(shí)，參數(shù)s為1，控制控件按下并且檔位控件關(guān)閉時(shí)參數(shù)g為1，控制控件和檔位控件都沒有按下時(shí)參數(shù)d為1。由電源開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。167。在此，串口采用的是LabVIEW自帶的串口發(fā)送模塊VISA，可以很方便的調(diào)用。 峰峰值調(diào)節(jié)部分設(shè)計(jì)圖313 峰峰值部分設(shè)計(jì)圖峰峰值的調(diào)節(jié)是由幅侄調(diào)節(jié)旋鈕完成的，主要功能是調(diào)節(jié)信號(hào)的峰峰值大小，峰峰值的調(diào)節(jié)輸出直接送到峰峰值的顯示控件，范圍為0～。 頻率選擇部分設(shè)計(jì) 圖312 頻選模塊設(shè)計(jì)圖 頻率選擇模塊的主要功能是由頻段按鈕與頻率調(diào)節(jié)選鈕的的值作為輸入計(jì)算出頻率值并且得到頻率系數(shù)也頻段參數(shù)。首先，由于三角，方波，正弦都是輸入控件，在程序框圖中相當(dāng)于普通編程語言的輸入?yún)?shù)，只有輸出端子，沒有輸入端子，且輸出值為布爾量，通過布爾轉(zhuǎn)（0，1）VI，可以把輸出值轉(zhuǎn)換為0 或1，分別送到一CIN節(jié)點(diǎn)，對(duì)其編程如圖三角輸入量設(shè)為 a； 方波輸入量設(shè)為 b； 正弦輸入量設(shè)為 c；輸出為d。整個(gè)程序主要有以下幾個(gè)模塊： 波形類型模塊；頻率選擇模塊；頻段選擇模塊；幅值選擇模塊；串口發(fā)送模塊設(shè)計(jì)。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器程序框圖的設(shè)計(jì)圖3－10是與圖3－5對(duì)應(yīng)的程序框圖。 圖39 串口配置與發(fā)送設(shè)計(jì)圖首先要先調(diào)用一個(gè)VISA配置VI，此VI的功能是完成串口的配置，如波特率，數(shù)據(jù)位數(shù)，有無奇偶校驗(yàn)等，在這里設(shè)置的是波特率為9600，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位，無奇偶校驗(yàn)，無握手協(xié)議。CIN節(jié)點(diǎn)程序如下：if(a==1)d=0；elseif(b==1)d=1；elseif(c==1)d=2；167。 器件選擇部分設(shè)計(jì)圖38 器件選擇設(shè)計(jì)圖器件選擇模塊的主要功能是得到器件參數(shù)，當(dāng)前面板中的信號(hào)發(fā)生器控件按下時(shí)，參數(shù)為0，頻率計(jì)控件按下時(shí)參數(shù)為1，示波器控件按下時(shí)參數(shù)為2。整個(gè)程序主要有以下幾個(gè)模塊： 器件選擇模塊；串口發(fā)送模塊設(shè)計(jì)。圖3－7是與圖3－4對(duì)應(yīng)的程序框圖。把數(shù)值顯示控件調(diào)整至需要大小，在前面板上的12pt應(yīng)用程序字體中著到數(shù)碼管字體，并可以對(duì)字體設(shè)置顏色，大小，位置設(shè)置，還可以通過工具面板中的顏色筆調(diào)節(jié)字體背景為黑色。在前面板上用鼠標(biāo)右鍵單擊開關(guān)，在快捷菜單中選擇Mechanical Action 就可以看到這些可選的動(dòng)作。在本設(shè)計(jì)中用到的組件的設(shè)計(jì)方法為1．按鈕設(shè)計(jì)：在LabVIEW中雖然有圓形按鈕較符合條件，但顏色和大小均不符合條件，且還有幾種觸發(fā)方式選擇，不同的觸發(fā)方式有不同的效果。可以有85種不同的幅值調(diào)節(jié)[9]。3．指示燈控件：LabVIEW中可以得到一些常見的指示燈與開關(guān)按鈕，這里選用了與圖片上最為接近的圓形指示燈。圖34 主VI的前面板 圖35 子VI函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的前面板圖36 子VI頻率計(jì)的前面板167。與此同時(shí)，VISA讀RS232串口的信息，將讀出的信息進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，最終在其前面板上面顯示出來。開始波形選擇頻率旋鈕頻段旋鈕波形參數(shù)頻系參數(shù)頻段參數(shù)數(shù)比較是否相同并連接VISA寫入NY幅度調(diào)節(jié)峰峰值參數(shù)圖32 LabVIEW軟件中函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)流程圖167。開始函數(shù)信號(hào)發(fā)生器按鈕頻率計(jì)按鈕存儲(chǔ)示波器按鈕函數(shù)信號(hào)發(fā)生器系數(shù)頻率計(jì)系數(shù)存儲(chǔ)示波器系數(shù)比較是否相同并連接VISA寫入調(diào)用相應(yīng)子VINY圖31 LabVIEW軟件中主VI設(shè)計(jì)流程圖167。167。第3章 上位機(jī)設(shè)計(jì)167。而經(jīng)測(cè)量D/，可用0～84表示這85個(gè)不同值，占2位。表24 發(fā)送指令編碼表名稱發(fā)送參數(shù)頻率低8位010頻率高8位001占空比低8位110占空比高8位101167。 系統(tǒng)框圖FPGA函數(shù)信號(hào)發(fā)生器存儲(chǔ)示波器簡(jiǎn)易頻率計(jì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器界面存儲(chǔ)示波器界面簡(jiǎn)易頻率計(jì)界面RS232RS232PC控制模塊 圖26 總系統(tǒng)框圖 167。其具體的設(shè)計(jì)流程是把每種器件的參數(shù)都設(shè)定為不同的數(shù)字如表21（信號(hào)發(fā)生器用0表示，頻率計(jì)用1表示，示波器用2表示），將這一位數(shù)字按照一定的波特率發(fā)到串口，而且每當(dāng)這一位數(shù)字有變化時(shí)就把新的數(shù)據(jù)發(fā)送到串口。167。方案二發(fā)送的是波形指令，此方案不需要在 LabVIEW中采樣產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)，是把波形數(shù)據(jù)直接作成ROM表的形式，當(dāng)把波形指令發(fā)送出來以后，F(xiàn)PGA根據(jù)波形參數(shù)通過DDS技術(shù)產(chǎn)生信號(hào)波形。此方案通過串口發(fā)送的是波形指令。 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的方案方案一：用LabVIEW軟件為開發(fā)平臺(tái)，在LabVIEW程序中進(jìn)行各個(gè)波形數(shù)據(jù)的采集并把數(shù)據(jù)發(fā)送到串口上，F(xiàn)PGA通過RS232接受波形數(shù)據(jù)，串行數(shù)據(jù)在FPGA中處理后經(jīng)過一D/A轉(zhuǎn)換后在示波器上顯示結(jié)果。信號(hào)D\A串口發(fā)送串口接收數(shù)據(jù)處理顯示圖23 虛擬存儲(chǔ)示波器流程圖 此方案的優(yōu)點(diǎn)是：FPGA往RS232串口發(fā)送的是信號(hào)采集完的數(shù)據(jù)，大大降低了串口發(fā)送的數(shù)據(jù)量，提高了串口的發(fā)送速度。此方案的設(shè)計(jì)思想如圖22。 方案論證167。時(shí)鐘信號(hào)Fclk頻率控制字Kn位相位累加器Rom查找表D/A轉(zhuǎn)換LPF低通濾波器輸出F 圖21 DDS的基本結(jié)構(gòu)圖DDS 的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由相位累加器、波形ROM、DAC 以及低通濾波器等組成。167。在本設(shè)計(jì)中，通過在PC上操作LabVIEW的編寫的人機(jī)交互界面，發(fā)送控制指令控制FPGA，作為上位機(jī)。上下位機(jī)都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的的計(jì)算機(jī)，一般是PLC/單片機(jī)之類的。7. LabVIEW內(nèi)建了600多個(gè)分析函數(shù)，用于數(shù)據(jù)分析和信號(hào)處理。3. 由于采用數(shù)據(jù)流模型，它實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的多線程，從而能充分利用處理器尤其是多處理器的處理能力。這一驚人速度背后的原因在于LabVIEW易用易學(xué)，它所提供的工具使創(chuàng)建測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用變得更為輕松。它們的出現(xiàn)開創(chuàng)了虛擬儀器的儀器研究新方法。LabVIEW是“實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）”的縮寫，用于LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器可脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境，用戶最終看見的是和實(shí)際硬件儀器相似的操作面板。167。在虛擬儀器的硬件構(gòu)成中，數(shù)據(jù)采集卡的性能是最重要的。目前，我國(guó)部分高校還正在開展虛擬儀器的研究工作，重點(diǎn)在于研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬儀器軟件平臺(tái)，并開發(fā)響應(yīng)的虛擬儀器設(shè)備。由此可見，就課程的開設(shè)和學(xué)生的實(shí)際情況來講虛擬儀器教學(xué)是可行的，虛擬儀器平臺(tái)的設(shè)計(jì)對(duì)于我們?nèi)蘸蠼虒W(xué)是有一定的意義的。由于此儀器平臺(tái)具有多臺(tái)儀器的功能，實(shí)驗(yàn)所需儀器的占地面積被減小，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程被大大的簡(jiǎn)化。測(cè)量和分析結(jié)果可以從虛擬儀器面板上讀出。更由于電子設(shè)備更新快， 時(shí)間一久，進(jìn)行正常的實(shí)驗(yàn)對(duì)于好多院校都是一個(gè)困難。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。 本課題研究的意義167。代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，改變了傳統(tǒng)儀器的使用方式，提高儀器的功能和使用效率，同時(shí)大大降低了儀器的價(jià)格，使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。 虛擬儀器技術(shù)由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測(cè)試?yán)碚?、新的測(cè)試方法、新的測(cè)試領(lǐng)域及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，許多方面已經(jīng)突破傳統(tǒng)的儀器概念，電子測(cè)量?jī)x器的功能和結(jié)構(gòu)己經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。信號(hào)的處理包括對(duì)信號(hào)的監(jiān)測(cè)、濾波、時(shí)域分析、頻域分析，調(diào)制等等。這種對(duì)信息的表達(dá)形式稱之為“信號(hào)”，信號(hào)是某一特定信息的載體。167。本文試圖探索出一條適合我國(guó)國(guó)情的虛擬儀器的途徑，做到花錢少，具有較高的性價(jià)比，以在教學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域進(jìn)行推廣。在此基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了基于LabVIEW開發(fā)平臺(tái)的虛擬儀器平臺(tái)，通過計(jì)算機(jī)串口把LabVIEW發(fā)送的控制指令送到GW48實(shí)驗(yàn)箱FPGA的RS232接收引腳，經(jīng)過FPGA對(duì)控制指令的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬平臺(tái)上面相應(yīng)虛擬儀器的調(diào)用，對(duì)不同的虛擬儀器應(yīng)做不同的處理：如，虛擬頻率計(jì)，當(dāng)其接收到開始工作的信號(hào)后，將其頻率和占空比，通過RS232發(fā)送引腳，發(fā)送給計(jì)算機(jī)上面的LabVIEW，LabVIEW通過對(duì)串口進(jìn)行讀操作，將讀到的結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)值，并將其在虛擬頻率計(jì)的界面上面顯示，結(jié)果較為滿意。特別在電子測(cè)量和自動(dòng)化控制領(lǐng)域，虛擬儀器技術(shù)得到了巨大的發(fā)展。 FPGA軟件中頻率計(jì)的仿真測(cè)試 59167。 LabVIEW軟件仿真測(cè)試 57167。 關(guān)于串口 54167。 波形選擇模塊 51167。 串口轉(zhuǎn)換模塊 45167。 串口發(fā)送模塊 41167。 串口接收模塊 35167。 FPGA軟件中頻率計(jì)的設(shè)計(jì)思想 34167。 FPGA軟件中主模塊的設(shè)計(jì)原理 31167。 顯示部分設(shè)計(jì) 29167。 程序框圖 26167。 頻率選擇部分設(shè)計(jì) 24167。 串口發(fā)送部分設(shè)計(jì) 21167。 界面的組件設(shè)計(jì) 19167。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)思想 13第3章 上位機(jī)設(shè)計(jì) 15167。 方案論證 8167。 開發(fā)環(huán)境LabVIEW 5167。 本課題研究的意義 3167。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于labviewfpga的虛擬儀器平臺(tái)開發(fā)與設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄前 言 1第1章 緒論 2167。 虛擬儀器技術(shù) 2167。 關(guān)于LabVIEW 5167。 DDS的工作原理 7167。 頻率計(jì)設(shè)計(jì)思想 12167。 人機(jī)交互界面的構(gòu)成 18167。 器件選擇部分設(shè)計(jì) 21167。 波形類型部分設(shè)計(jì) 23167。 頻率計(jì)程序框圖的設(shè)計(jì) 26167。 串口接收部分設(shè)計(jì) 28167。 主模塊的軟件設(shè)計(jì)原理總圖 31167。 FPGA軟件中函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)原理 32167。 頻率計(jì)的系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 35167。 控制模塊 40167。 串口接收模塊 45167。 ROM表查詢模塊 49167。 串口的編碼與解碼 54167。 硬件連接 56第5章 軟件仿真測(cè)試與實(shí)時(shí)檢測(cè) 57167。 FPGA軟件中函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的仿真測(cè)試 58167。雖然是新興的儀器儀表技術(shù)，但由于其具備許多區(qū)別于傳統(tǒng)儀器的突出優(yōu)點(diǎn)，可以由用戶自行設(shè)計(jì)定義，靈活變換參數(shù)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是軟件技術(shù)和儀器技術(shù)的進(jìn)步而飛速發(fā)展，因此使現(xiàn)代測(cè)控的系統(tǒng)更靈活、更緊湊、更經(jīng)濟(jì)、功能更強(qiáng)大，從而在國(guó)內(nèi)外各個(gè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文從探索研究的角度出發(fā)，對(duì)虛擬儀器的系統(tǒng)構(gòu)成、實(shí)現(xiàn)手段和開發(fā)方法進(jìn)行了研究。把虛擬儀器引入教學(xué)是一種必然趨勢(shì)。本文所開發(fā)的虛擬儀器平臺(tái)就是在信號(hào)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)高速發(fā)展的背景下，利用美國(guó)NI公司的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)——LabVIEW進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)的，它可以快速方便地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、顯示、分析、儲(chǔ)存、讀取和輸出。人們?yōu)榱四骋惶囟ǖ哪康?，從浩瀚的信息中把所需要的部分提出來，以達(dá)到觀測(cè)某一本質(zhì)問題的目的。信號(hào)處理就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行所需要的變換或按約定的規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算，使之更便于對(duì)它們進(jìn)行分析、識(shí)別和使用。167。虛擬儀器利用個(gè)人計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)分析與顯示。167。虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)高等院校而言，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)最少需要配備30套設(shè)備，每套造價(jià)近萬元，其負(fù)擔(dān)是可想而知的。本課題利用LabVIEW軟件和FPGA的通訊在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)現(xiàn)虛擬儀器平臺(tái)面板，此虛擬儀器平臺(tái)上包括函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、存儲(chǔ)示波器和頻率計(jì)儀器，用戶可以通過鼠標(biāo)對(duì)操作面板的按鈕、開關(guān)和按鍵，進(jìn)行上述儀器的功能切換并設(shè)置各種工作參數(shù)，來控制和操作相應(yīng)的儀器。同時(shí)還可以激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力得到顯著提高。