【正文】 使用虛擬儀器不但可以節(jié)約大量儀器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入，而且能夠提高教學(xué)科研的質(zhì)量與效率。虛擬儀器不但造價(jià)低，而且通過修改軟件可增加它的適應(yīng)性，進(jìn)而延長它的生命周期，是一種具有很好發(fā)展前景的儀器。 在劉 老師的指導(dǎo)下， 我了解到了 Labview 的另一平臺(tái) ， 數(shù)據(jù)采集卡的作用，使我更 明確了課題的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義，這使我有了完成課題設(shè)計(jì)任務(wù)的巨大信心。 當(dāng)然，系統(tǒng)中也有遺憾之處。調(diào)試基本完成，達(dá)到預(yù)期效果。取平衡電阻 ： 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 28 頁 共 37 頁 ? ?1321 // RPRRR ?? (54) 由式（ 52） 得： fCR RPRRPR 121324 4 ??? (55) 取 C1=1uf,則可計(jì)算得 24 RPR ? 的取值范圍，取 4R =, 2RP 值為 100K 電位器。接下來介紹 函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器的設(shè)計(jì)。 圖 55寫入電子表格程序框圖的設(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 25 頁 共 37 頁 介紹完數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)，把這兩個(gè)模塊結(jié)合起來構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集主要用到了 DAQmx 創(chuàng)建虛擬通道、定時(shí)、開始任務(wù)、讀取 任務(wù) 、清除任務(wù)、簡易錯(cuò)誤處理 等節(jié)點(diǎn) 。 模擬輸出通常是 為 系統(tǒng) 提供輸出或控制信號(hào)。為防止這種情況發(fā)生，就可幅值調(diào)制方法，將所測信號(hào)頻率移至放大器增益保持常值和不易受干擾的頻段上，待放大后再設(shè)法移回原處，恢復(fù)已放大了的原測試信號(hào)。巴特沃思濾波器最突出特點(diǎn)是具備最大平坦程度的振幅響應(yīng) ,也就是具備最平直的頻率響應(yīng)曲線 ,這也是本設(shè)計(jì) 選用巴特沃思低通濾波器的主要原 因 [11]。 設(shè)輸入信號(hào)為 DSB信號(hào) : ttUtu cimi ?c o sc o s)( ?? 式中 : tukuu cmmim ?? 同步信號(hào)為 : )c o s ()( ?? ?? tUtu rrmr 這兩個(gè)信號(hào)相乘 ,輸出為 : ???? )c o s (c o sc o s ??? ttUtUuu rrmcimri ? ?? ? ???????? ?????? tttUU rcrcrmim )(c os)(c osc os21 (42) 式中 : k 為乘法器的相乘系數(shù)。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為單頻信號(hào)時(shí) ,若設(shè) : ? ? tutu m ?? ?? co s , tutu ccmc ?c o s)( ? 式中 : c???? 。 圖 33 信號(hào)發(fā)生器 的 程序 框 圖 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 17 頁 共 37 頁 第 4 章 信號(hào)調(diào)幅解調(diào) 器 的設(shè)計(jì) 調(diào)制解調(diào)原理 工程中被測物理量 ,如力、位移、溫度等 ， 經(jīng)過傳感器變換后 ， 常常是一些緩變的微小電信號(hào)。“常用信號(hào)選擇 2”中也可實(shí)現(xiàn)相同功能。 下面是打開信號(hào)發(fā)生器、打開信號(hào)調(diào)幅解調(diào)、打開數(shù)據(jù)采集 與 分 析模塊的 鏈接 程序框圖，如圖 21 212 和 213 所示 。 同樣 選擇類 也應(yīng)用為 VI。圖 25為打開 VI引用 函數(shù) 各端點(diǎn) 示意圖 。 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。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。 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。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應(yīng) 。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 。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。 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。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。 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) 。 amplitude modulation and demodution。 本設(shè)計(jì)主要通過軟件 LabVIEW 編程 ,實(shí)現(xiàn)一個(gè)電子測量系統(tǒng)。其主要功能包括 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。 collection。 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 。 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。 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。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。 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。 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)。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 。點(diǎn)擊開關(guān)控件，就會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的功能程序。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。 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。 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 211 打開信號(hào)發(fā)生器程序框圖的設(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 13 頁 共 37 頁 圖 212 打開信號(hào)調(diào)幅解調(diào)程序框圖的設(shè)計(jì) 圖 213 打開數(shù)據(jù)采集與分析程序框圖的設(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 14 頁 共 37 頁 第 3 章 虛擬信號(hào)發(fā)生器 的 實(shí)現(xiàn) 3． 1 信號(hào)發(fā)生器的介紹 信號(hào)發(fā)生器一般 是 指 能 自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等電壓波形的電路或儀器。如圖31 所示 是虛擬 信號(hào)發(fā)生器前面板 的 設(shè)計(jì) 。從放大處理來看 ,直流放大有零漂和級(jí)間耦合等問題。 則雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的 數(shù)學(xué)表示式為 : ttukuuckutu ccmmD S B ?c o sc o s)( ??? ?? (41) 式中 : k 為乘積電路的電路常數(shù) ； tuku cmm ?? cos 為雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的振幅 ,它與調(diào)制信號(hào)成正比。經(jīng)低通濾波得到輸出信號(hào)為 : ? ???? ???? ttUUtu rcrmimo )(c osc os21)( (43) 乘法器后接的低通濾波器的截止頻率遠(yuǎn)小于和頻 rc ??? 時(shí) ,上式中的高頻分量 ? ?? ???? ?? trcc o s 項(xiàng)將被低通濾波器大大衰減 ,而只有差額信號(hào)項(xiàng)? ?? ???? ?? trcc o s 輸出。 虛擬調(diào)幅波解調(diào)器前面板設(shè)計(jì) 調(diào)幅解調(diào)器的 前面板如圖 42所示 ,用到了 5個(gè)波形顯示器 ， 分別顯示 調(diào)制信號(hào)”、“載波信號(hào)”、 “已調(diào)信號(hào)”、“已調(diào)信號(hào)與載波信號(hào)乘積”和還原出來的“相敏檢波 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 22 頁 共 37 頁 第五章 數(shù)據(jù)采集分析 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)采集 （ Data Acquisition,DAQ） ,就是將 被測對象的各種參量（物理量、化學(xué)量、生物量等）通過各種傳感器件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或記錄的過程。數(shù)模（ D/A） 轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間、轉(zhuǎn)換率、分辨率等因素都會(huì)影響模擬輸出信號(hào)。在創(chuàng)建虛擬通道 節(jié)點(diǎn) 時(shí) 選擇“模擬輸入” →“電壓” ，如圖 52 所示。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的前面板和程序框圖見圖 56和 57所示，采集的是函數(shù)發(fā)生器的信號(hào)信息，通過數(shù)據(jù)采集卡把函數(shù)發(fā)生器與電腦連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 功能 。 函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器一般 是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、以及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。取平衡電阻 5R =10K。 圖 511 函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器產(chǎn)生波形 在示波器上的顯示 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 29 頁 共 37 頁 圖 512 方波采集分析圖 513 三角波采集分析圖 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 30 頁 共 37 頁 結(jié)束語 此 次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是基于 Labview 的電子測量虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在數(shù)據(jù)采集 與分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 ， 因?yàn)楹瘮?shù) 信號(hào) 發(fā)生器是可以同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)或三個(gè)波形 ，如 何 使用數(shù)據(jù)采集卡同時(shí)采集兩個(gè)信號(hào)，在波形圖上同時(shí)顯示，并存儲(chǔ) ，是一個(gè)問題。通過編程和數(shù)據(jù)采集卡，采集外部的信號(hào)，這使我產(chǎn)生了很大的興趣。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn) 。 教師可直接在課堂上對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示，輔助教學(xué)。 如果運(yùn)用虛 擬儀器系統(tǒng)，情況就大不一樣了。因?yàn)樗倪\(yùn)行主要依賴軟件，所以修改或增加功能、改善性能都非常靈活，也便于利用 PC的軟硬件資源和直接使用 PC的外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)功能。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這一段時(shí)間， 首先要感謝我的 畢業(yè)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師， 劉素芬 老師一直耐心的指導(dǎo) ，培養(yǎng) 了 我獨(dú)立學(xué)習(xí)思考的能力，建議 我在原有程序上改進(jìn)與 創(chuàng)新 。 數(shù)據(jù)采集和分析中，在函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器成功完成的前提下，通過數(shù)據(jù)采集卡，成功的采集了硬件產(chǎn)生的信號(hào)，并成功 的進(jìn)行了 存取、讀取與分析。 其方波、三角波的峰峰值、周期、頻率與示波器顯示基本相等。比較器 U1 和積分器 U2 元件參數(shù)設(shè)計(jì)，由式（ 51）得 ： ccmoUURPR R 2132 ?? (53) 取 2R =10K，即可得 13 RPR ? 值；取 3R =20K， 1RP 值為 47K 電位器。制作一個(gè)簡單的函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生 器 進(jìn)行 調(diào)試 。如圖 55 所示，程序 利用獲取時(shí)間 /時(shí)間字符串