【導(dǎo)讀】隨著微型計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展,虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價(jià)格。化、可操作性等方面與傳統(tǒng)儀器相比都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將虛擬儀器引入用于信號(hào)。產(chǎn)生與分析上不但可以提高測(cè)試效率，而且為降低生產(chǎn)儀器成本提供了有效的途徑和方。本文選用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言為開發(fā)軟件，在實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，本文主要。對(duì)模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹，詳細(xì)描述了信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)讀取和存儲(chǔ)、顯示模塊等軟件開發(fā)的全過程，分析、解決了設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程中出現(xiàn)的問題。分析、波形存儲(chǔ)、波形回放等，此軟件用于教學(xué)大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了提。高教學(xué)質(zhì)量的目的。此外，還可以用于基礎(chǔ)性科研。三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

　　

【正文】 放模塊 波形存儲(chǔ)功能主要適用于 因特殊原因不能實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，或者是數(shù)據(jù)對(duì)以后的研究具有重要的參考價(jià)值的場(chǎng)合，我們?cè)趯?shí)際實(shí)驗(yàn)中，需要先把數(shù)據(jù)保存下來，日后再將原保存的數(shù)據(jù)文件讀取出來，此時(shí)讀出的數(shù)據(jù)就和實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)一樣，也能進(jìn)行自動(dòng)參數(shù)測(cè)量，頻譜分析等。在本文用 LabVIEW 實(shí)現(xiàn)的虛擬示波器中，當(dāng)用軟件完成數(shù)據(jù)采集、處理等工作后，可以將采集到的數(shù)據(jù)以及處理后的數(shù)據(jù)回放出來，以便繼續(xù)研究。這樣的功能就依靠波形存儲(chǔ)回放顯示模塊來實(shí)現(xiàn)。我們之所以將它稱作為“模塊”，主要是因?yàn)樗谡麄€(gè)程序中舉足輕重，如果沒有它，開發(fā)出來的程序不能稱為“虛擬儀器” ，只是一個(gè)“信號(hào)處理內(nèi)存”。 在這個(gè)模塊中，基本模塊是讀、寫盤模塊，寫盤模塊主要實(shí)現(xiàn)將波形資料寫入到文件中；讀盤模塊則是讀取文件中的數(shù)據(jù)。設(shè)定文件名輸入口作為信號(hào)波動(dòng)數(shù)據(jù)文件名輸入口這文件名輸入口由寫盤功能和讀盤功能共享。在此虛擬示波器中，波動(dòng)文件存儲(chǔ)一個(gè)二維數(shù)組 (N*2 )。 write：是向硬盤或軟盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。將 Mechanical Action 設(shè)定為 Latch When Released，當(dāng)按下“ write”鍵，放開后，鍵自動(dòng)復(fù)位，同時(shí)向后發(fā)出一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，執(zhí)行寫盤功能，在下一次循環(huán)中 ，寫盤功能又處于等待狀態(tài)。 read：是從硬盤或軟盤上讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在同一循環(huán)中，讀盤功能處于工作狀態(tài)。讀盤后，對(duì)讀入的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行波形顯示和參數(shù)測(cè)量，也可以進(jìn)行頻譜分析。 “ read”鍵按下之后，都會(huì)自動(dòng)執(zhí)行測(cè)量功能，并顯示測(cè)量結(jié)果；顯示雙信道測(cè)量三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 結(jié)果； 數(shù)據(jù)波形存儲(chǔ)與回放 的程序框圖分別 如 圖 (a)、 (b)所示： (a) (b) 圖 數(shù)據(jù)波形存儲(chǔ)與回放 的程序框圖 程序的集成與調(diào)試與 結(jié)果顯示模塊 程序的集成與調(diào)試 在組建好各個(gè)功能模塊的基礎(chǔ)上，就可以集成到一起，形成功能完善的虛擬示波器。在程序集成時(shí)需要注意的問題有： (1)數(shù)據(jù)流向問題 由于 LabVIEW 是數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)式編程語(yǔ)言，因此在將各個(gè)功能模塊集成時(shí)，更應(yīng)注意數(shù)據(jù)流向的問題。必要時(shí)，應(yīng)使用 Sequence 結(jié)構(gòu)控制數(shù)據(jù)流向，使它按照設(shè)計(jì)者的意愿?jìng)鬟f數(shù)據(jù)。 (2)數(shù)據(jù)“可見度”問題 數(shù)據(jù)的“可見度”問題與其它模塊化編程語(yǔ)言類似， LabVIEW 同樣存在著數(shù)據(jù) (或 變量 )“可見度”的問題。即參數(shù)為“內(nèi)部可用”的，以加強(qiáng)程序的可維護(hù)性。在使用循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，更應(yīng)注意變量的“可見度”問題，即在何種情況下循環(huán)內(nèi)部的變量才可以被外部引用。有時(shí)，為了交換參數(shù)的方便，使用“ Local Variable，這樣使用的結(jié)果雖然簡(jiǎn)化了程序的開發(fā)，卻給程序的維護(hù)和可讀性帶來了負(fù)面的影響。 在程序調(diào)試中根據(jù)出現(xiàn)的問題，找到以下幾種解決方法： ①找出語(yǔ)法錯(cuò)誤 如果一個(gè) VI 程序存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕將會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭，表示程序 不能被執(zhí)行。這時(shí)這個(gè)按鈕被稱作錯(cuò)誤列表。點(diǎn)擊它，則 LabVIEW 彈出錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其中任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，選用 Find 功能，則出錯(cuò)的對(duì)象 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 或端口就會(huì)變成高亮。 ②設(shè)置執(zhí)行程序高亮 在 LabVIEW 的工具條上有一個(gè)畫著燈泡的按鈕，這個(gè)按鈕叫做“高亮執(zhí)行”按鈕。點(diǎn)擊這個(gè)按鈕使該按鈕圖標(biāo)變成高亮形式，再點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕， VI 程序就以較慢的速度運(yùn)行，沒有被執(zhí)行的代碼灰色顯示，執(zhí)行后的代碼高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流在線的數(shù)據(jù)值。這樣，你就可以在根據(jù)數(shù)據(jù)的流動(dòng)狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。 ③斷點(diǎn)與單步執(zhí) 行 為了查找程序中的邏輯錯(cuò)誤，希望框圖程序一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)地執(zhí)行。使用斷點(diǎn) 工具可以在程序的某一地點(diǎn)中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。使用斷點(diǎn)工具時(shí)，點(diǎn)擊設(shè)置或者清除斷點(diǎn)的地方。斷點(diǎn)的顯示對(duì)于節(jié)點(diǎn)或者圖框表示為紅框，對(duì)于聯(lián)機(jī)表示為紅點(diǎn)。當(dāng) VI 程序運(yùn)行到斷點(diǎn)被設(shè)置處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)，以閃爍表示。按下單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點(diǎn)被執(zhí)行，下一個(gè)將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)變?yōu)殚W爍，指示它將被執(zhí)行。也可以點(diǎn)擊暫停按鈕，這樣程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行直到下一個(gè)斷點(diǎn)。 ④探針 可以用探針工具來查看當(dāng)框圖程 序流經(jīng)某一根連接線時(shí)的數(shù)據(jù)值。從 Tools 工具模板選擇探針工具，再用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊探針的連接線。這時(shí)顯示器上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)探針顯示窗口。該窗口總是被顯示在前面板窗口或框圖窗口的上面。在框圖中使用選擇工具或聯(lián)機(jī)工具，在聯(lián)機(jī)上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在聯(lián)機(jī)的彈出式菜單中選擇“探針”命令，同樣可以為該聯(lián)機(jī)加上一個(gè)探針。 LabVIEW 雖然為我們提供了功能完善的調(diào)試工具，但仍然存在著許多隱含在程序 內(nèi)部的錯(cuò)誤無法發(fā)現(xiàn)。這就要求設(shè)計(jì)者在開發(fā)程序的過程中一定要仔細(xì)地把好每一關(guān)，在模塊內(nèi)部將錯(cuò)誤清除，才能減輕最終程序調(diào)試的難度。 結(jié)果顯示模塊 結(jié)果顯示模塊的主要功能是將測(cè)試、采集或者數(shù)據(jù)處理后的數(shù)據(jù)送到示波器上顯示，供使用者分析和研究。實(shí)質(zhì)上顯示模塊還包括許多附屬的顯示項(xiàng)，如 :坐標(biāo)單位顯示、最大值及其相應(yīng)位置顯示等許多內(nèi)容。實(shí)際上它并不是完整意義上的模塊，它是分散于各個(gè)模塊之間的，很難分析它的組成結(jié)構(gòu)，在本文中之所以提及主要是它起著舉足輕重的作用。 附錄 1 與附錄 2 分別是信號(hào)產(chǎn)生分析儀的前面板與程序框圖 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 第五章 結(jié)束語(yǔ) 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和教學(xué)儀器技術(shù)的發(fā)展是本文理論知識(shí)的基礎(chǔ)，而虛擬儀器的基本思想和 LabVIEW 開發(fā)平臺(tái)則是程序開發(fā)設(shè)計(jì)過程中有力的工具。通過基礎(chǔ)性的理論知識(shí)，從而很好地運(yùn)用開發(fā)工具，并解決了在開發(fā)過程中所遇到的問題，開發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的虛擬儀器綜合實(shí)驗(yàn) :通過功能強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái)，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為有效的、實(shí)用的教學(xué)工具。 通過對(duì)課題的研究與開發(fā)，可以得出以下結(jié)論 : (1)本文中開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、并生動(dòng)直觀地顯示出運(yùn)行數(shù)據(jù)、同時(shí)可進(jìn)行波形回放、存儲(chǔ)結(jié)果。將這些虛擬儀器應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去，以取代常規(guī)儀器，實(shí)際教學(xué)中可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自行設(shè)計(jì)各種軟面板，定義儀器的功能并可以各種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真分析。 (2)本文中采用面向?qū)ο蟮膱D形化編程語(yǔ)言 LabVIEW，大大提高了軟件的開發(fā)速度 和效率，縮短了軟件開發(fā)周期，使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)使程序的復(fù)用性達(dá)到最佳。 (3)運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)性能，打破了以往由教學(xué)儀器限定實(shí)驗(yàn)的模式，使用者能夠根據(jù)自己的需要更改和重新定義儀器的功能。 (4)本系統(tǒng)雖然是在 LabVIEW 平臺(tái)上開發(fā)的教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，但由于采用模塊化設(shè)計(jì)思想和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，使該系統(tǒng)具有良好的移植性 。在 此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建基于虛擬儀器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。所以可以很容易地將該系統(tǒng)移植到網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中。 由于利用 LabVIEW 軟件開發(fā)與研究虛擬儀器所涉及的內(nèi)容比較廣泛，目前，本課 題所完成的工作還不是十分完整。本人認(rèn)為，以下問題還有待進(jìn)這一步研究和發(fā)展。 (1)本課題將信號(hào)的分析與處理、現(xiàn)代儀器儀表、虛擬儀器與 LabVIEW 的開發(fā)功能 做了有機(jī)的結(jié)合。但是由于時(shí)間的關(guān)系， LabVIEW 所具有的強(qiáng)大功能還有許多是本人未曾開發(fā)和加以很好利用的，如 Call Library Function 和 Code Interface Node 等，這需要通過不斷的實(shí)踐和儀器開發(fā)來熟悉。 (2)虛擬儀器系統(tǒng)具有良好的移植性，進(jìn)一步構(gòu)建基于虛擬儀器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，將基于虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是今后的發(fā)展方向。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 參考文獻(xiàn) ，郭會(huì)軍，趙向陽(yáng)，賈蕙芹 .基于 LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計(jì) [M].北京 :電子工業(yè)出版社， 2021 ，房曉溪，韓薪萃，張健 .LabVIEW 圖形化編程與實(shí)例應(yīng)用 [M].北京 :中國(guó)鐵道出版社， 2021 ，李海濤 .虛擬儀器技術(shù)概論 [M].北京 :電子工業(yè)出 版社， 2021 ，信號(hào)與線性系統(tǒng) [M].北京 :高等教育出版社 .2021 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Virtual instrumentation ineducation，1997 Instruments Co， LabVIEW Programmer Reference Manual[Z],1998 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 附 錄 附錄 1 信號(hào)產(chǎn)生分析儀的前面板 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 附錄 2 信號(hào)產(chǎn)生分析儀的程序框圖