【導(dǎo)讀】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)。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。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來實(shí)現(xiàn)。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。提到的功能，具有合理可行性。統(tǒng)的調(diào)試和分析驗(yàn)證了系統(tǒng)功能特性。

　　

【正文】 I 的虛擬儀器面板，前面板直接面向用戶，是用戶使用虛擬儀器的基本操作面板。這一界面上有 用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象 ，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。 本次 設(shè)計(jì)前面板主要是實(shí)現(xiàn)波形顯示 ,和頻譜的顯示進(jìn)而與示波器進(jìn)行對(duì)比 .西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 前面板如下所示 : 圖 35 前面板圖 后面板 后面板是程序框圖板塊 ,程序框圖提供 VI 的圖形化源程序。它的功能是對(duì)前面板上的控件進(jìn)行定義、操作和連線以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能，是 LabVIEW 程序設(shè)計(jì)的核心。在程序框圖中存在著對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出。它包括前面板上的控件和控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù) 、結(jié)構(gòu)和連線等。如果將 VI 與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。本次設(shè)計(jì)程序框圖如下 : 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 圖 36后面板框圖 一 一般， Iabview 的上層應(yīng)用程序通過調(diào)用 USBXpress提供的 USB主機(jī) API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)下層 USB硬件訪問的程序流程如圖 37所示。 程 序 開 始調(diào) 用 用 戶 上 層 應(yīng) 用 程 序進(jìn) 行 U S B 通 信 嗎 ？調(diào) 用 S I G e t N u m D e v i c e s 0 和 S I _ G e t P r o d uc t S t r i n g 0 ， 獲 取 U S B 器 件 相 關(guān) 信 息設(shè) 置 U S B 總 線 延 遲調(diào) 用 S I _ O p e n O ， 打 開 U S B 器 件調(diào) 用 S I R e a d 0 ， 讀 U S B 器 件 數(shù) 據(jù) 塊 ： 或 者 調(diào) 用S I W r i t e 0 ， U S B 器 件 寫 數(shù) 據(jù) 塊 U S B 通 信 完 成 嗎 ? 調(diào) 用 S L C l o s e 0 ， 關(guān) 閉 U S B 器 件程 序 結(jié) 束NYNY 圖 37后面板流程圖 借助 USBXpress提供的 USB主機(jī) API，即 USBX—press安裝目 錄下的SiUSBXp． dll，可以簡便地實(shí)現(xiàn)在 PC機(jī)上通過 Labview軟件編寫的 GUI程序與作為 USB器件的 C8051F340單片機(jī)的 USB通信。 USBXpress提供了 10個(gè) USB主機(jī) API函數(shù)，具體如下： SI_Get NumDevices() 獲取 USB器件的序列號(hào) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 SI_Get ProductString（） 獲取 USB器件的產(chǎn)品描述信息 SI_Open（） 打開 USB器件 SI_Close（） 關(guān)閉 USB器件 SI_Read（） 讀 USB器件數(shù)據(jù)版 SI_Write（） 向 USB器件寫數(shù)據(jù)塊 SI_FlushBuffers（） 清楚 USB器件讀和寫隊(duì)列中的數(shù)據(jù) SI_Set Timeouts（） 設(shè)置 USB讀寫延時(shí) SI_Get Timeouts（） 獲取 USB讀寫延遲 SI_CheckRXQueue（） 獲取器件讀隊(duì)列中的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) 在 Labview軟件編寫 GUI程序是可通過 Labview軟件中的 CLF節(jié)點(diǎn) (Labview 高級(jí) 子模板中的調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn) )調(diào)用 USBXpress提供的 USB主機(jī) API，以達(dá)到訪問 USB底層硬件的目的?，F(xiàn)以實(shí)現(xiàn) USB主機(jī) API函數(shù)中的 SI—GetNumDevices()函數(shù)為例，具體說明在 LabVIE軟件中如何實(shí)現(xiàn)對(duì) USB API函數(shù)的調(diào)用。本設(shè)計(jì)用到的節(jié)點(diǎn)具體介紹如下。 圖 37函數(shù)調(diào)用 在“庫名置 USB主或路徑”框中設(shè)機(jī) API函數(shù)的封裝庫 SiUSBXp． dll的路徑，然后在“函數(shù)名”下拉菜單中選擇當(dāng)前想要調(diào)用的 SI～ GetNumDevices()函數(shù)，在“線程”框中選擇“在 UI線程中運(yùn)行”，在“ 調(diào)用規(guī)范”框中選“ stdcall(wINAPI)”，最后在“參數(shù)”菜單中進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。所有設(shè)置完畢，得到圖 36所示的名為“ SI— GetNumDevices”的調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)。這樣 Labview的上層應(yīng)用程序就可以通過調(diào)用這個(gè)庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)來獲取 USB器件的序列號(hào)信息。 同理我們可以得到 USB讀寫延遲功能如下圖。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 圖 38 USB讀寫延遲 打開 USB圖如下： 圖 39 打開 USB器件 向 USB器件寫數(shù)據(jù)模塊： 310 向 USB器件寫數(shù)據(jù)塊 波形圖表是顯示一條或多條曲線的特殊數(shù)值顯示控件，一般用于顯 示以恒定速率采集到的數(shù)據(jù)。下列前面板顯示了一個(gè)波形圖表的范例。波形圖表會(huì)保留來源于此前更新的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)。右鍵單擊圖表，從快捷菜單中選擇圖表西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 30 歷史長度可配置緩沖區(qū)大小。波形圖表的默認(rèn) 圖表歷史長度 為 1,024 個(gè) 數(shù)據(jù)點(diǎn)。向圖表傳送數(shù)據(jù)的頻率決定了圖表重繪的頻率。 在波形圖表中顯示單條曲線如一次向圖表傳遞一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)值，LabVIEW 會(huì)將這些數(shù)據(jù)作為圖表上的點(diǎn)，從 x=0 開始以 1 為增量遞增 x 索引。圖表將這些輸入作為單條曲線上的新數(shù)據(jù)。波形圖表接收 波形數(shù)據(jù)類型 ，該類型包含了波形的數(shù)據(jù)、起始時(shí)間和時(shí)間間隔 (△ t)。 創(chuàng)建波形（模擬波形） 函數(shù)可在圖表的 x 標(biāo)尺上劃分時(shí)間，并自動(dòng)使用 x 標(biāo)尺刻度的正確間隔。在指定了 t0 和單元素 Y 數(shù)組的波形中，各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)均擁有時(shí)間標(biāo)識(shí)，因此適用于繪制非均勻采樣的數(shù)據(jù)。下面是本次設(shè)計(jì)的波形圖標(biāo)部分 [17]。 圖 312波形圖表 幅 值和電平測(cè)量 。 直流 —采集 信號(hào) 的直流分量。 均方根 —計(jì)算 信號(hào) 的均方根值 。 加窗 —在 信號(hào) 上使用 Low Side Lobe窗 。勾選直流或均方根復(fù)選框時(shí)，才可使用該選項(xiàng)。 平滑窗用于減緩有效信號(hào)中的急劇變化。如采集到的周期數(shù)是整數(shù)或?qū)υ肼曌V進(jìn)行分析，則通常不在信號(hào)上使用窗 。 最大峰 —測(cè)量 信號(hào) 的最高正峰值。 最小峰 —測(cè)量 信號(hào) 的最低負(fù)峰值。 峰峰值 —測(cè)量 信號(hào) 最高正峰和最低負(fù)峰之間的距離。 周期平 均 —測(cè)量周期性輸入信號(hào)完整周期的平均電平。 周期均方根 —測(cè)量周期性輸入信號(hào)完整周期的均方根值。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 程序代碼 本設(shè)計(jì)中的 單片機(jī) 程序代碼在 Keil uVision4環(huán)境下編寫，具體程序代碼分別見附錄 V。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 32 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試 本章主要對(duì)調(diào)試目的、調(diào)試方案、調(diào)試過程與結(jié)果以及調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。 調(diào)試目的 本系統(tǒng)的調(diào)試主要進(jìn)行軟件的調(diào)試，同時(shí)通過測(cè)試硬件系統(tǒng)驗(yàn)證系統(tǒng)性能的物理可行性。 驗(yàn)證 USB 通信 在運(yùn)用 LabVIEW 之前檢測(cè)自己設(shè)計(jì)的方案時(shí)，必須先保證上位機(jī)設(shè)計(jì)的合理性與成功性，為此我們必須先對(duì)其進(jìn)行 USB 通信成功的檢測(cè)，進(jìn)而保證后面實(shí)驗(yàn)的可行性。 驗(yàn)證被測(cè)信號(hào)功能 被測(cè)信號(hào)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，是我們應(yīng)該首先保證的環(huán)節(jié)，通過示波器我們首先要保證三種被測(cè)信號(hào)的正常使用，為后面信號(hào)分析形成對(duì)比部分。 驗(yàn)證 LabVIEW 界面功能 對(duì) LabVIEW 界面的檢測(cè)實(shí)際是對(duì)上位機(jī)的整體檢測(cè)，通過 LabVIEW 界面信號(hào)顯示和頻譜的顯示進(jìn)而確保整個(gè)設(shè)計(jì)的初步成功。 整體調(diào)試 對(duì)整體 調(diào)試，去驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)，看是否達(dá)到設(shè)計(jì)之初的設(shè)計(jì)要求，并且通過整體的調(diào)試，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化，工作起來更順暢無阻。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 33 調(diào)試方案 驗(yàn)證 USB 通信成功 在 LabVIEW 上檢測(cè)通信成功是要在后面板設(shè)置探針檢測(cè)線路是否聯(lián)通。本次檢測(cè)是運(yùn)用四個(gè)探針對(duì)主要線路進(jìn)行檢測(cè)。具體檢測(cè)如下所示： 圖 41 USB通信測(cè)試圖 探針 [1]表示檢測(cè)到與上位機(jī)相連的 USB 設(shè)備 1 個(gè)。 探針 [2]表示 USB 設(shè)備被成功返回的句柄，該句柄將用于后面的 API 調(diào)用。 硬件方面檢測(cè) 本設(shè)計(jì)是利用 C8051F340 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣。因?yàn)?340 單片機(jī)體積小、價(jià)錢便宜、片上外設(shè)資源豐富。 C8051F340 單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)方案如圖 42 所示： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 34 圖 42 C8051F340 硬件圖 檢測(cè)被測(cè)信號(hào) 運(yùn)用示波器檢測(cè)被測(cè)信號(hào) ，驗(yàn)證三種波形的輸出正常。檢測(cè)圖如下： 圖 43 波形顯示 整體調(diào)試 首先將整個(gè)系統(tǒng)搭建起來，檢測(cè)線路的完整，最后進(jìn)入最終的檢測(cè)環(huán)節(jié)，在被測(cè)信號(hào)上設(shè)置一定的幅度和頻率，然后打開電源觀察 Labview 界面的波形與示波器的波形進(jìn)行對(duì)比，若兩波形基本相同說明整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試成 功。 調(diào)試結(jié)果 本設(shè)計(jì)在 LabVIEW 上對(duì)信號(hào)采集時(shí)主要對(duì)三種波形進(jìn)行了采集，方波，正玄波和三角波。由于本次設(shè)計(jì)的目的是對(duì)其頻率和幅度進(jìn)行分析。所以在幅度方面主要分 1V 和 3V 進(jìn)行了檢測(cè)。在頻率方面我們主要分五個(gè)頻段進(jìn)行了具體分析和說明，五個(gè)頻段主要是 500HZ,1000HZ,2020HZ,3000HZ,。 具體測(cè)試結(jié)果如下 : 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 35 界面圖 b. 幅度譜 c. 被測(cè)信號(hào) 以上是幅度 3V 頻率為 ,2020HZ,3000HZ,行測(cè)試。對(duì)不同頻率的信號(hào)與被測(cè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比。由于不同波形對(duì)頻譜分析無影響，加之以上已經(jīng)可以說明不同波形的顯示情況，所以在對(duì) 1V 進(jìn)行測(cè)試時(shí)我們只測(cè)一種波形進(jìn) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 36 界面圖 b. 幅度譜 c. 被測(cè)信號(hào) 圖 423 4000HZ 1V 正玄波 調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案 在系統(tǒng)的調(diào)試過程中，產(chǎn)生的問題多種多樣。下面就對(duì)主要問題進(jìn)行分析，對(duì)相應(yīng)的解決方法作簡單的闡述。 在 Labview 上呈現(xiàn)的波形沒有下半部分。 分析：這個(gè)問題主要是由于硬件問題引起的，故先要檢查硬件。 解決：最終發(fā)現(xiàn)是硬件問題，沒有注意到加入直流信號(hào)，加入直流信號(hào)后經(jīng)過調(diào)試出現(xiàn)完整圖形。 剛開始就出現(xiàn)波形失真。 分析：由于被測(cè)信號(hào)不對(duì)，或者采樣頻率過小問題。 解決：在檢查過程中發(fā)現(xiàn)是被測(cè)信號(hào)的頻率給的過大，所以輸送小頻率 信號(hào)得到完整信號(hào)。 結(jié)論與分析 通過不斷地改進(jìn)本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的采樣，波形顯示，和頻譜分析。通過對(duì) 500HZ,1000HZ,2020HZ,3000HZ,行測(cè)試，可以很明顯看出當(dāng)頻率超過 2020HZ時(shí)波形出現(xiàn)失真，當(dāng)頻率 4000HZ時(shí)西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 37 波形已經(jīng)完全失真。對(duì)于三種波形，正弦波，三角波，方波進(jìn)行比較可以對(duì)比顯示不同波形。對(duì) 1V和 3V的對(duì)比分析不同幅度的波形。本設(shè)計(jì)的另一特點(diǎn)是對(duì)每個(gè)頻譜進(jìn)行了直接的顯示。最終通過不斷地改進(jìn)完成了這次設(shè)計(jì)的所有要求。 第 5 章 結(jié)論與展望 本章主要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程做出了總結(jié)，得出了系統(tǒng)工作的最后結(jié)論，并且根據(jù)不足做出了展望。 結(jié)論 在下位機(jī)上，完成了對(duì)信號(hào)的采樣，并通過 USB 發(fā)送到 PC 機(jī)上。硬件設(shè)計(jì)上，完成了原理圖的基本設(shè)計(jì)，并且畫了對(duì)應(yīng)的 PCB 圖，經(jīng)過調(diào)試可以很好的工西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 38 作。在軟件上，針對(duì)設(shè)計(jì)初期所定的要求，實(shí)現(xiàn)了硬件的基本功能。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了由 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 來實(shí)現(xiàn)。在 LabVIEW 界面上我們實(shí)現(xiàn)了正弦波，三 角波，方波，而且顯示了他們相應(yīng)的頻譜圖，對(duì)不同的頻率我們也進(jìn)行了相應(yīng)測(cè)試。經(jīng)過測(cè)試以上所提到的功能