【正文】 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 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 .............................................. 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)說明書 （論文） IV 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 ................................ 23 .................................... 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 .............................................. 27 ...................................... 27 數(shù)據(jù)采集分析調(diào)試 ........................................... 28 結(jié) 束語 ............................................................ 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)說明書 （論文） 第 1 頁 共 37 頁 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程都生動(dòng)有趣。使 用這種語言編程時(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)過乘法器 放大，之后通過 濾波 器還原 信號(hào) 。 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。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)說明書 （論文） 第 8 頁 共 37 頁 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)說明書 （論文） 第 11 頁 共 37 頁 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)