【正文】 III 目錄 序 言 ............................................................. 1 第 1 章 虛擬儀器系統(tǒng) 的 概論 ...................................... 2 虛 擬儀器簡(jiǎn)介 ................................................. 2 LabVIEW 的定義 ............................................... 2 LabVIEW 的運(yùn)行機(jī)制 .......................................... 3 第 2 章 總體設(shè)計(jì)介紹 ............................................. 6 總體設(shè)計(jì) ..................................................... 6 主程序前面板的設(shè)計(jì) ........................................... 7 主程序的程序框圖設(shè)計(jì) ......................................... 8 ． 1 子 VI的打開 .......................................... 9 VI 的鏈接 ............................................. 12 第 3 章 虛擬信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn) ................................... 14 3． 1 信號(hào)發(fā)生器的介紹 ........................................... 14 虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) ........................................ 14 ． 1虛擬信號(hào)發(fā)生器前面板的設(shè)計(jì) ........................... 14 ． 2虛擬信號(hào)發(fā)生器程序框圖的設(shè)計(jì) ......................... 15 第 4 章 信號(hào)調(diào)幅解調(diào) 器 的設(shè)計(jì) ................................... 17 調(diào)制解調(diào)原理 ................................................ 17 解調(diào)原理 .............................................. 17 乘積型同步檢波器原理 .................................. 18 信號(hào)調(diào)幅解調(diào) 器功能 ......................................... 19 虛擬調(diào)幅波解調(diào)器設(shè)計(jì)過(guò)程 ................................... 19 選用同步解調(diào)的理由 .................................... 19 低通濾波環(huán)節(jié) .......................................... 19 虛擬調(diào)幅波解調(diào)器前面板設(shè)計(jì) ............................ 19 調(diào)幅波解調(diào)器程序框圖的設(shè)計(jì) ............................ 20 第 五章 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................. 22 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ............................................ 22 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （論文） IV 基于 LabVIEW 的數(shù)據(jù)采集卡 .............................. 22 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................................... 23 數(shù)據(jù)采集功能模塊的實(shí)現(xiàn) ................................ 23 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的實(shí)現(xiàn) .................................... 24 數(shù)據(jù)的讀取與分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................. 25 函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器 .............................................. 26 電路原 理 .............................................. 27 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì) ...................................... 27 數(shù)據(jù)采集分析調(diào)試 ........................................... 28 結(jié) 束語(yǔ) ............................................................ 30 參 考文獻(xiàn) ......................................................... 31 致 謝 .............................................................. 32 附 錄 .............................................................. 33 附 錄一 實(shí)物圖 .................................................. 33 附 錄二 元器件清單 .............................................. 34 附 錄三 中英文翻譯 .............................................. 35 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （論文） 第 1 頁(yè) 共 37 頁(yè) 序 言 電子測(cè)量?jī)x器是電子行業(yè)的基礎(chǔ)，它在電子行業(yè)中長(zhǎng)期占據(jù)著十分重要的地位，是一個(gè)時(shí)代的電 子行業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志，并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷地更新變化著。這就給一種新型的測(cè)量?jī)x器 —— 虛擬儀器提供了極大的發(fā)展空間，由于其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以軟件為主實(shí)現(xiàn)各種功能，且隨計(jì)算機(jī)的發(fā)展不斷提高其性能，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，所以越來(lái)越引起世人的高度關(guān)注。 虛擬儀器廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、化學(xué)工業(yè)、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域 。 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) 。 利用 乘積型同步檢波器原理，將調(diào)幅信號(hào)與同步信號(hào)經(jīng) 過(guò)乘法器和濾波器就可以得到原調(diào)制信號(hào)。 本文共分五 章，第一章簡(jiǎn)要介紹了虛擬儀器及 LabVIEW 的編程環(huán)境，第二章闡述了 設(shè)計(jì)的總體思路及具體功能，第三章說(shuō)明了 虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) ，第四章討論了信號(hào) 調(diào)幅解調(diào) 的 內(nèi)容，第五章則介紹了數(shù)據(jù)采集 與 分析的設(shè)計(jì)。所謂虛擬儀器，就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義，具有虛擬面板，測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的出現(xiàn)使測(cè)量?jī)x器與個(gè)人計(jì)算機(jī)的界線模糊了。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī) ， 以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。下面的框圖反映了常見(jiàn)的虛擬儀器方案。 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。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP、 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。使 用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或程序框圖 。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。 利用 LabVIEW 可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的 32 位編譯器。 LabVIEW 的運(yùn)行機(jī)制 使用 LabVIEW開發(fā)平臺(tái)編制的程序稱為 虛擬儀器程序，簡(jiǎn)稱為Ⅵ [4]。圖 12 所 示是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生 器 的前面板 ，上面有一個(gè)顯示對(duì)象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。顯然，并非簡(jiǎn)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 。在 程序框圖 中對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。圖 13 所示是隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的程序框圖 ， 可以看到 程序框圖 中包括了前面板上的開關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連線端子，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。 圖 13 隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器程序 框 圖 3. 圖標(biāo)和連線板 創(chuàng)建 VI的 前面板和程序框圖后，請(qǐng)創(chuàng)建圖標(biāo)和連線板，以便將該 VI作為子VI調(diào)用。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對(duì)應(yīng) 。程序功能模塊框圖設(shè)計(jì)如下圖所示： 圖 21 程序功能模塊框圖 虛擬信號(hào)發(fā) 生器，主要用到了基本函數(shù)發(fā)生器，功能包含了正弦波、三角波、方波、鋸齒波 的產(chǎn)生并且 各波形的 頻率 與 幅值 以及方波的占空比均可調(diào)。 信號(hào)調(diào)幅解調(diào)包括信號(hào) 的 調(diào) 幅 與解調(diào)， 描述了信號(hào)調(diào)制、放大、還原的過(guò)程。利用乘積型同步檢波器原理，將調(diào)幅信號(hào)與同步信號(hào)經(jīng)過(guò)乘法器 放大，之后通過(guò) 濾波 器還原 信號(hào) 。 數(shù)據(jù)采集分析中，通過(guò)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。主要 計(jì)算出信號(hào)數(shù)據(jù)的均方根、峰峰值、信號(hào)頻率、周期以及方波占空比。 函數(shù)信號(hào) 發(fā)生器主要通過(guò)電子元器件運(yùn)放、 RC 積分器產(chǎn)生一定頻率和幅值的方波和三角波，給予數(shù)據(jù)采集模塊。其前面板設(shè)計(jì) 如圖 22 所示 。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。點(diǎn)擊“停止運(yùn)行”，則跳出運(yùn)行界面。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （論文） 第 8 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 23 數(shù)據(jù)采集與分析前面板的設(shè)計(jì) 點(diǎn)擊“返回 ” 則跳出數(shù)據(jù)采集與分析界面，返回到電子測(cè)量虛擬儀器系統(tǒng)界面。 主程序 的 程序框圖 設(shè)計(jì) 程序框圖的設(shè)計(jì) 主要 是包括一個(gè) whlie 循環(huán)和一個(gè) 條件結(jié)構(gòu)。 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。條件結(jié)構(gòu)的主要作用 是 在 while 循環(huán)中的 停止按鈕被 按下 時(shí) ，結(jié)束 while 循環(huán) 同時(shí)跳出運(yùn)行界面。 接下來(lái)介紹打開子 VI 和其鏈接 。 VI 引用 節(jié)點(diǎn) 打開 VI引用 節(jié)點(diǎn) 主要 是 利用打開 VI 引用動(dòng)態(tài)的方法，在程序運(yùn)行時(shí)，打開需要打開的子 VI。圖 25為打開 VI引用 函數(shù) 各端點(diǎn) 示意圖 。這時(shí)可以從中選取版本號(hào)、程序名稱等屬性，通過(guò)屬性節(jié)點(diǎn)的右鍵菜單可以讓它顯示其他類別對(duì)象屬性，如圖 26 所示。 之后，可以對(duì)其屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖 27 所示。 圖 27 屬性節(jié)點(diǎn)的屬性選擇 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （論文） 第 11 頁(yè) 共 37 頁(yè) 把通用“調(diào)用 節(jié)點(diǎn)”從函數(shù)選板拖放到 VI 程序框圖上時(shí)，默 認(rèn)設(shè)置為應(yīng)用程序類。 同樣 選擇類 也應(yīng)用為 VI。 圖 29 調(diào)用節(jié)點(diǎn) 的 方法屬性選擇 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)