【正文】 XE、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)或安裝包。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。2. 內(nèi)建的編譯器在用戶編寫(xiě)程序的同時(shí)就在后臺(tái)自動(dòng)完成了編譯。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。 選擇LabVIEW的原因選擇LabVIEW開(kāi)發(fā)測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用程序的一大決定性因素是其開(kāi)發(fā)速度。它們的出現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了虛擬儀器的儀器研究新方法。1986年，美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments）開(kāi)發(fā)研制出它是基于蘋果公司的Macintosh微機(jī)的最早版本。LabVIEW是“實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）”的縮寫(xiě)，用于LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器可脫離LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶最終看見(jiàn)的是和實(shí)際硬件儀器相似的操作面板。 開(kāi)發(fā)環(huán)境LabVIEW孤立的計(jì)算機(jī)硬件和I/O接口設(shè)備均無(wú)法完成測(cè)試任務(wù)，軟件技術(shù)在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)中正在起著越來(lái)越重要的作用。167。但是由于數(shù)據(jù)采集卡價(jià)格昂貴，且教學(xué)實(shí)驗(yàn)波形精確度要求不高，也可采用基于NiosⅡ與LabVIEW的函數(shù)波形發(fā)生器設(shè)計(jì)，即采用FPGA結(jié)合微處理器的形式。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。LabVIEW作為一種模塊化、圖形化程序設(shè)計(jì)工具具有圖形化程序設(shè)計(jì)編程簡(jiǎn)單、直觀、開(kāi)發(fā)效率高、測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完整等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國(guó)部分高校還正在開(kāi)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(kāi)發(fā)響應(yīng)的虛擬儀器設(shè)備。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r早在八十年代，隨著NI旗航產(chǎn)品LabVIEW的誕生，NI就提出“軟件就是儀器的口號(hào)”，開(kāi)辟了“虛擬儀器技術(shù)”的嶄新測(cè)量概念。由此可見(jiàn)，就課程的開(kāi)設(shè)和學(xué)生的實(shí)際情況來(lái)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。教師在教學(xué)過(guò)程中不需要在一臺(tái)真實(shí)的儀器前操作，只需在電腦上即可完成儀器的演示。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(guò)程被大大的簡(jiǎn)化。利用虛擬儀器開(kāi)設(shè)綜合性、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，使理論教學(xué)與實(shí)踐更好的緊密結(jié)合，教學(xué)更生動(dòng)、更形象，全面提高學(xué)生工程素質(zhì)。測(cè)量和分析結(jié)果可以從虛擬儀器面板上讀出。而采用虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首先，儀器使用軟件實(shí)現(xiàn)，我們可以把以上所說(shuō)的幾種儀器集成在一個(gè)系統(tǒng)中，運(yùn)用不同切換過(guò)程，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)教學(xué)的目的。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。目前，在大多數(shù)院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，常用的仍然是功能固定的臺(tái)式儀器，主要有存儲(chǔ)示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、頻率計(jì)、實(shí)驗(yàn)箱、電源等。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。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。 本課題研究的意義167。其中影響最大的要數(shù)LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái))語(yǔ)言，被稱為“儀器儀表界面”，是專為數(shù)據(jù)采集與儀器控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)而設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)軟件[1]。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。虛擬儀器就是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(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，又有一般儀器沒(méi)有的特殊功能的高檔、低價(jià)的新型儀器。 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)碚摗⑿碌臏y(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。使用數(shù)字系統(tǒng)處理模擬信號(hào)時(shí)，需要先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，即模數(shù)轉(zhuǎn)化(A/D)，然后用數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理，得到一個(gè)處理后的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)化(D/A)，得到所需的模擬信號(hào)。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。在科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域中，常常需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。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。這些客觀存在的事物包括了大量標(biāo)志本身所處時(shí)間空間特征的數(shù)據(jù)和“情報(bào)”，這就是該事物的“信息”。167。 虛擬儀器的背景虛擬儀器涵蓋了數(shù)字信號(hào)處理、虛擬儀器技術(shù)等多方面知識(shí)。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。由于虛擬儀器技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚未普及，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)儀器缺乏或陳舊、教學(xué)方式呆板、學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用多臺(tái)儀器，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備煩瑣，支持維護(hù)困難、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備更新，硬件更新費(fèi)時(shí)費(fèi)力的等情況。在此基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)了基于LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)的虛擬儀器平臺(tái)，通過(guò)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(guò)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(kāi)始工作的信號(hào)后，將其頻率和占空比，通過(guò)RS232發(fā)送引腳，發(fā)送給計(jì)算機(jī)上面的LabVIEW，LabVIEW通過(guò)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。它充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在基本的硬件支持下，通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的軟件模塊來(lái)完成各種傳統(tǒng)儀器的功能。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。虛擬儀器技術(shù)是測(cè)試領(lǐng)域的一種新的思想和方法，它的出現(xiàn)是測(cè)試儀器技術(shù)和測(cè)控系統(tǒng)的一個(gè)新的里程碑。 FPGA軟件中頻率計(jì)的仿真測(cè)試 59167。 LabVIEW軟件中頻率計(jì)的仿真測(cè)試 57167。 LabVIEW軟件仿真測(cè)試 57167。 串口的發(fā)送與接收 55167。 關(guān)于串口 54167。 頻段選擇模塊 53167。 波形選擇模塊 51167。 地址發(fā)生器模塊 48167。 串口轉(zhuǎn)換模塊 45167。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 45167。 串口發(fā)送模塊 41167。 分頻模塊 39167。 串口接收模塊 35167。 FPGA軟件中頻率計(jì)的設(shè)計(jì)原理 34167。 FPGA軟件中頻率計(jì)的設(shè)計(jì)思想 34167。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)原理總圖 32167。 FPGA軟件中主模塊的設(shè)計(jì)原理 31167。 FPGA軟件中主模塊的設(shè)計(jì)思想 31167。 顯示部分設(shè)計(jì) 29167。 串口發(fā)送部分設(shè)計(jì) 28167。 程序框圖 26167。 串口發(fā)送部分設(shè)計(jì) 25167。 頻率選擇部分設(shè)計(jì) 24167。 程序框圖 22167。 串口發(fā)送部分設(shè)計(jì) 21167。 程序框圖 20167。 界面的組件設(shè)計(jì) 19167。 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 17167。 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。 系統(tǒng)框圖 11167。 方案論證 8167。 上位機(jī)與下位機(jī) 7167。 開(kāi)發(fā)環(huán)境LabVIEW 5167。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 4167。 本課題研究的意義 3167。 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 2167。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(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄前 言 1第1章 緒論 2167。 虛擬儀器的背景 2167。 虛擬儀器技術(shù) 2167。 設(shè)計(jì)的依據(jù)及意義 3167。 關(guān)于LabVIEW 5167。 選擇LabVIEW的原因 5第2章 系統(tǒng)的構(gòu)想與方案設(shè)計(jì) 7167。 DDS的工作原理 7167。 系統(tǒng)整體框圖與設(shè)計(jì)思想 11167。 頻率計(jì)設(shè)計(jì)思想 12167。 LabVIEW軟件設(shè)計(jì)思想 15167。 人機(jī)交互界面的構(gòu)成 18167。 主VI程序框圖設(shè)計(jì) 20167。 器件選擇部分設(shè)計(jì) 21167。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器程序框圖的設(shè)計(jì) 22167。 波形類型部分設(shè)計(jì) 23167。 峰峰值調(diào)節(jié)部分設(shè)計(jì) 25167。 頻率計(jì)程序框圖的設(shè)計(jì) 26167。 發(fā)送數(shù)據(jù)類型控制部分設(shè)計(jì) 26167。 串口接收部分設(shè)計(jì) 28167。 設(shè)計(jì)中用到的主要VI 29第4章 下位機(jī)設(shè)計(jì) 31167。 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)思想 32167。 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)的軟件設(shè)計(jì)原理總圖 34167。 頻率計(jì)的系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 35167。 串口轉(zhuǎn)換模塊 38167。 控制模塊 40167。 頻率計(jì)模塊 42167。 串口接收模塊 45167。 分頻模塊 46167。 ROM表查詢模塊 49167。 幅值調(diào)節(jié)模塊 52167。 串口的編碼與解碼 54167。 串口的設(shè)置 55167。 硬件連接 56第5章 軟件仿真測(cè)試與實(shí)時(shí)檢測(cè) 57167。 LabVIEW軟件中函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的仿真測(cè)試 57167。 FPGA軟件中函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的仿真測(cè)試 58167。 總功能實(shí)時(shí)檢測(cè) 59參考文獻(xiàn) 65致 謝 66XIVXIV前 言虛擬儀器的出現(xiàn)就是儀器發(fā)展史的一場(chǎng)革命，代表儀器發(fā)展的方向和潮流，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。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(lái)越廣泛的應(yīng)用。虛擬儀器是一種功能意義上的測(cè)量和控制儀器，是具有儀器功能的軟件、硬件的組合。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(kāi)發(fā)方法進(jìn)行了研究。在開(kāi)發(fā)虛擬儀器的同時(shí)，掌握了LabVIEW編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)虛擬儀器的構(gòu)成、實(shí)現(xiàn)手段和開(kāi)發(fā)方法有了一定的認(rèn)識(shí)。把虛擬儀器引入教學(xué)是一種必然趨勢(shì)。第1章 緒論167。本文所開(kāi)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(kāi)發(fā)平臺(tái)——LabVIEW進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)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。 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在科學(xué)研究和生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常要對(duì)許多客觀存在的物體或物理過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)。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?lái)，以達(dá)到觀測(cè)某一本質(zhì)問(wèn)題的目的。信號(hào)傳輸理論與技術(shù)的不斷發(fā)展使信號(hào)處理技術(shù)的出現(xiàn)成為必然。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。信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，在對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，既可以使用模擬系統(tǒng)也可以使用數(shù)字系統(tǒng)。167。在這種背景下，八十年代末美國(guó)率先研制了虛擬儀器(Virtual Instruments)。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。用于虛擬儀器的開(kāi)發(fā)環(huán)境目前有兩大類：一是文本式的編程語(yǔ)言，如Visual Basic， Visual C++、LabWindow/CVI等，另一類是圖形化編程語(yǔ)言，具有代表性的有LabVIEW， HPVEE。167。 設(shè)計(jì)的依據(jù)及意義虛擬儀器（Virtual Instrumention）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。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)。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是美國(guó)NI公司的LabVIEW。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(wàn)元，其負(fù)擔(dān)是可想而知的。另外，臺(tái)式機(jī)操作復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，受干擾程度高，在教學(xué)中不易受學(xué)員接受。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(guò)鼠標(biāo)對(duì)操作面板的按鈕、開(kāi)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(lái)控制和操作相應(yīng)的儀器。用戶在屏幕上通過(guò)虛擬儀器面板對(duì)儀器的操作如同在真實(shí)儀器上的操作一樣直觀、方便、靈活。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。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、頻率計(jì)和存儲(chǔ)示波器作為實(shí)驗(yàn)課程上必備的實(shí)驗(yàn)儀器，本課題設(shè)計(jì)虛擬儀器平臺(tái)比傳統(tǒng)的更加靈活，節(jié)約成本。虛擬儀器的教學(xué)更好的結(jié)合了理論與實(shí)踐相結(jié)合，使學(xué)生的軟件與硬件技能同步提高，虛擬儀器軟硬件上模塊化的設(shè)計(jì)使學(xué)生在學(xué)習(xí)的方式上更加靈活，也容易掌握。167。從九十年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)一些大學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域相繼開(kāi)展了虛擬儀器系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)工作。2003年10月和2004年1月NI分別聯(lián)合吉林大學(xué)和華中科技大學(xué)創(chuàng)建LabVIEW實(shí)驗(yàn)室；2004年12月清華大學(xué)與美國(guó)國(guó)家儀器公司在精密儀器和機(jī)械系新建虛擬儀器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。在國(guó)內(nèi)外，航天、航空、通信、汽車、半導(dǎo)體、自動(dòng)控制和生物醫(yī)學(xué)等世界范圍的眾多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用使得非專業(yè)人員進(jìn)行虛擬儀器開(kāi)發(fā)變得容易。由于PCI 總線傳輸速率高，數(shù)據(jù)吞吐量大，因此基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡成為設(shè)計(jì)的主流。DDS部分功能由FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)，微處理器用于完成控制功能，再運(yùn)用SOPC技術(shù)基于FPGA芯片將處理器、存儲(chǔ)器、I/O等系統(tǒng)需要的模塊集成到一起，軟硬件可裁減，并具備在系統(tǒng)可編程的功能，可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)集成度。 關(guān)于LabVIEW167。LabVIEW編程語(yǔ)言是美國(guó)最大的虛擬儀器制造商N(yùn)I公司推出的一種基于G語(yǔ)言(Graphics Language)的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具。LabVIEW 是一個(gè)工程軟件包。之后，該公司不斷推出各種操作系統(tǒng)的LabVIEW版本[2]。167。通常，使用LabVIEW開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的速度比其他編程語(yǔ)言快4～10倍。LabVIEW的具體優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1. 提供了豐富的圖形控件，并采用圖形化的編程方法，徹底把工程師們從復(fù)雜枯澀的文本編程工作中解放出來(lái)。因此用戶在編寫(xiě)程序的過(guò)程中如果有語(yǔ)法錯(cuò)誤，它會(huì)被立即顯示出來(lái)。4. 通過(guò)