【正文】 師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 12 頁 共 37 頁 在運(yùn)行子 VI之后，就是將 VI進(jìn)行關(guān)閉。 圖 210 關(guān)閉引用節(jié)點(diǎn)端點(diǎn)示意圖 VI 的鏈接 介紹完需要用到的節(jié)點(diǎn)之后，利用這些節(jié)點(diǎn) 組成打開 子 VI 的 程序 ， 在打開VI 引用節(jié)點(diǎn) 前的 路徑常量 中輸入要 打開 的文件名，注 意輸入文件名與想要 打開文件名保持一致，一個(gè)字符亦不能錯(cuò) 。程序框圖左邊的“ OK” 按鈕 控件對(duì)應(yīng)于所調(diào)用的文件，也就是說在前面板中按 下程序框圖中 “ OK” 所對(duì)應(yīng)的按鈕，當(dāng)前程序?qū)⑦M(jìn)入所 要打開 的程序。 下面是打開信號(hào)發(fā)生器、打開信號(hào)調(diào)幅解調(diào)、打開數(shù)據(jù)采集 與 分析模塊的 鏈接 程序框圖，如圖 21 212和 213所示 。傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器大多由模擬電路構(gòu)成，存在連線復(fù)雜、調(diào)試煩瑣且可靠性差的缺點(diǎn) [6]。接下來介紹虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。 數(shù)字控件可以改變信號(hào) 頻率、幅值及方波占空比 的大小?！俺Ｓ眯盘?hào)選擇 2”中也可實(shí)現(xiàn)相同功能。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 15 頁 共 37 頁 圖 31 虛擬 信號(hào)發(fā)生器前面板設(shè)計(jì)圖 ． 2 虛擬信號(hào)發(fā)生器程序框圖的設(shè)計(jì) 在虛擬信號(hào)發(fā)生器程序框圖的設(shè)計(jì)中， 主要使用“信號(hào)處理” → “ 波形生成” →“基本函數(shù)發(fā)生器”和文本下拉列表， 這樣信號(hào)發(fā)生器的四種信號(hào)選擇之間不產(chǎn)生沖突 ， 選擇一種信號(hào)后，調(diào)節(jié)相應(yīng)的模塊上面的旋紐 ,可以改變所選信號(hào)的幅值和頻率 。 圖 32 基本函數(shù)發(fā)生器各接線端示意圖 虛擬 信號(hào)發(fā)生器 的 程序 框 圖設(shè)計(jì)如 圖 33所示 。具體是通過移位寄存器加 1之后乘上一個(gè)相應(yīng)的數(shù)值連接到基本函數(shù)發(fā)生器的相位接線端，實(shí)現(xiàn)相位的偏移。 圖 33 信號(hào)發(fā)生器 的 程序 框 圖 設(shè)計(jì) 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 17 頁 共 37 頁 第 4 章 信號(hào)調(diào)幅解調(diào) 器 的 設(shè)計(jì) 調(diào)制解調(diào)原理 工程中被測(cè)物理量 ,如力、位移、溫度等 ， 經(jīng)過傳感器變換后 ， 常常是一些緩變的微小電信號(hào)。為此 ,往往把緩變信號(hào)先變?yōu)轭l率適當(dāng)?shù)慕涣餍盘?hào) ,然后利用交流放大器放大 ,最后再恢復(fù)為原緩變信號(hào) [7]。調(diào)制是指利用被測(cè)緩變信號(hào)來控制或改變高頻振蕩波的某個(gè)參數(shù)(幅值、頻率或相位 ) ,使其按被測(cè)信號(hào)的規(guī)律變化 ,以利于信號(hào)的放大與傳輸。 解調(diào)原理 在 AM 調(diào)制過程中 ,如果將載波分量抑制掉 ,就可以形成抑制載波的雙邊帶信號(hào)。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為單頻信號(hào)時(shí) ,若設(shè) : ? ? tutu m ?? ?? co s , tutu ccmc ?c o s)( ? 式中 : c???? 。 一般把控制高頻振蕩波的緩變信號(hào)稱為調(diào)制波 ； 載送緩變信號(hào)的高頻振蕩波稱為載波 。解調(diào)器中的乘法器有 2個(gè)輸入信號(hào) :一個(gè)是待解調(diào)的調(diào)幅波 ,另一個(gè)是同步信號(hào)。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 18 頁 共 37 頁 圖 41 雙邊帶調(diào)幅解調(diào)器結(jié)構(gòu) 乘積型同步檢波器原理 已調(diào) 信號(hào)與同步信號(hào)經(jīng)過乘法器和濾波后就可以得到原調(diào)制信號(hào)。 設(shè)輸入信號(hào)為 DSB信號(hào) : ttUtu cimi ?c o sc o s)( ?? 式中 : tukuu cmmim ?? 同步信號(hào)為 : )c o s ()( ?? ?? tUtu rrmr 這兩個(gè)信號(hào)相乘 ,輸出為 : ???? )c o s (c o sc o s ??? ttUtUuu rrmcimri ? ?? ? ???????? ?????? tttUU rcrcrmim )(c os)(c osc os21 (42) 式中 : k 為乘法器的相乘系數(shù)?？梢?,解調(diào)器是由乘法器和低通濾波器組成的。低頻信號(hào)經(jīng)高頻載波后形成調(diào)幅波 ,調(diào)幅波再經(jīng)巴特沃斯濾波器濾波后解調(diào) ,并同時(shí)輸出調(diào)幅波和解調(diào)后信號(hào)的波形。 虛擬調(diào)幅波解調(diào)器設(shè)計(jì)過程 選用同步解調(diào)的理由 調(diào)幅波解調(diào)的方法大致有 4 種非線性解調(diào)、線性解調(diào)、包絡(luò)線解調(diào)和同步解調(diào)。巴特沃思濾波器最突出特點(diǎn)是具備最大平坦程度的振幅響應(yīng) ,也就是 具備最平直的頻率響應(yīng)曲線 ,這也是本設(shè)計(jì) 選用巴特沃思低通濾波器的主要原 因 [11]。 調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、參考信號(hào)的參數(shù)可由數(shù)字輸入控件改變，改變數(shù)值，調(diào)制出最佳的還原波形。其中巴特沃斯濾波器的濾波類型設(shè)置為低通濾波，濾波階數(shù)為 5階。幅值調(diào)制的頻移功能在工程測(cè)試中具有重要意義，應(yīng)用非常廣泛。為防止這種情況發(fā)生，就可幅值調(diào)制方法，將所測(cè)信號(hào)頻率移至放大器增益保持常值和不易受干擾的頻段上 ，待放大后再設(shè)法移回原處，恢復(fù)已放大了的原測(cè)試信號(hào)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由傳感器、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)及外設(shè)等部分組成 [12]。典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入，模擬輸出，數(shù)字 I/O, 計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器操作等，這些功能分別由相應(yīng)的 單元電路 來實(shí)現(xiàn)。 通過采集卡內(nèi)的 A/D轉(zhuǎn)換電路，一個(gè)模擬信號(hào)就能轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。 模擬輸出通常是 為 系統(tǒng) 提供輸出或控制信號(hào)。建立時(shí)間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號(hào)幅值改變的快慢。它的基本參數(shù)包括：數(shù)字接口路數(shù)、收 /發(fā)數(shù)據(jù)的速率、驅(qū)動(dòng)能力等。 本設(shè)計(jì)中用到的數(shù)據(jù)采集卡 型號(hào)為 USB6008， 如圖 51所示， 具有 12位分辨率、 8路模擬輸入通道 、 2路模擬輸出通道 、 12路 數(shù)字 I/O通道 、 1個(gè) 帶全速USB接口的 32位 計(jì)數(shù)器 ，其采樣率為 10kS/s。 數(shù)據(jù)采集主要用到了 DAQmx創(chuàng)建虛擬通道、定時(shí)、開始任務(wù)、讀取 任務(wù) 、清除任務(wù)、簡(jiǎn)易錯(cuò)誤處理 等節(jié)點(diǎn) 。 定時(shí) 節(jié)點(diǎn) 的采樣時(shí)鐘的采樣模式選擇有限采樣，采樣點(diǎn)數(shù)可以根據(jù)需求自我設(shè)定。在進(jìn)行相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置后，把 數(shù)據(jù)采集模塊 連接成 如圖 54所示 。 “ 寫入電子表格文件 ” 節(jié)點(diǎn)可以直接寫入多種類型的一維 /二維數(shù)組 數(shù)據(jù)而不需要事先經(jīng)行類型轉(zhuǎn)換，從這個(gè)意義上講，“寫入電子表格 文件 “節(jié)點(diǎn)集成“寫入文本 文件 ” 節(jié)點(diǎn)和“數(shù)組至電子表格字符串轉(zhuǎn)換”節(jié)點(diǎn)的功能。 圖 55 寫入電子表格程序框圖的設(shè)計(jì) 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 25 頁 共 37 頁 介紹完數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)，把這兩個(gè)模塊結(jié)合起來構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 圖 56 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng) 前面板的 設(shè)計(jì) 圖 57 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng) 程序框圖的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù) 的讀取與 分析 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)讀取主要通過文件路徑指向所要讀取的文件，再通過“讀取電子表格文江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 26 頁 共 37 頁 件”節(jié)點(diǎn) 讀取數(shù)據(jù) 表格。此程序主要計(jì)算出信號(hào)的均方根、峰峰值、信號(hào)頻率、周期以及方波的占空比 ，如圖 58和 59所示是其前面板和程序框圖。 圖 58 數(shù)據(jù)讀取與分析系統(tǒng) 前面板的設(shè)計(jì) 圖 59 數(shù)據(jù)讀取 與 分析 系統(tǒng) 程序框圖的設(shè)計(jì) 函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器 完成了數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。接下來介 紹 函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器的設(shè)計(jì)。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 27 頁 共 37 頁 信號(hào) 發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路。 電路原理 函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器 電路連接如圖 510 所示，運(yùn)算放大器 U1 與電阻 1R 、 2R 及3R 、 1RP 組成電壓比較器。 三角波的幅度 moU2 為 ? ?ccmo URPR RU 1322 ?? （ 51) 方波 — 三角波的頻率 f 為 224213 )(4 CRPRR RPRf ??? （ 52） 圖 510 函數(shù)發(fā)生器電路連接圖 函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器的設(shè)計(jì) 采用圖 510 所示電路，其中運(yùn)算放大器 U1 和 U2 用一只雙運(yùn)放 358，電源電壓取正負(fù) 12V。取平衡電阻 ： 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 28 頁 共 37 頁 ? ?1321 // RPRRR ?? (54) 由式（ 52） 得： fCR RPRRPR 121324 4 ??? (55) 取 C1=1uf,則可計(jì)算得 24 RPR ? 的取值范圍，取 4R =, 2RP 值為 100K 電位器。 數(shù)據(jù)采集分析調(diào)試 當(dāng) 數(shù)據(jù)采集分析模塊和函數(shù) 信號(hào) 發(fā)生器完成之后，接下來的工作就是調(diào)試工作。 CH2是方波 ，其偏轉(zhuǎn)因子是 5V，峰峰值為 22V左右。 之后， 把函數(shù) 信號(hào) 發(fā) 生器通過數(shù)據(jù)采集卡與電腦相連，把 信號(hào) 發(fā)生器的信號(hào)讀到軟件程序中，顯示在波形圖上，如圖 512和 513所示。調(diào)試基本完成，達(dá)到預(yù)期效果。它包括對(duì) Labview軟件的學(xué) 習(xí) ，對(duì)專業(yè)課特別是信號(hào)系統(tǒng)與低頻電路的回顧。 在實(shí)踐中，遇到了挺多問題，因?yàn)槔碚撏蛯?shí)踐不統(tǒng)一，所以，我們一方面要結(jié)合理論，但更重要的是通過思考觀察，分析到獨(dú)立的每一個(gè)點(diǎn)、面，這樣才能發(fā)現(xiàn)遺漏的地方，才能把所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)的結(jié)合起來。在調(diào)幅解調(diào)器 中實(shí)現(xiàn)了波形的調(diào)幅，之后經(jīng)過乘法器和低通濾波，成功還原了波形 。 當(dāng)然，系統(tǒng)中也有遺憾之處。 初步 的 解決方案是，首先利用數(shù)據(jù)采集卡的兩個(gè)通 道進(jìn)行采集，然后利用創(chuàng)建數(shù)組 ，之后連到波形圖同時(shí)顯示。讀取分析數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以利用兩個(gè)路徑讀取 數(shù)據(jù)，方案與采集數(shù)據(jù)基本相似。 利用Labview 平臺(tái)編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。 在劉 老師的指導(dǎo)下， 我了解 到了 Labview 的另一平臺(tái) ， 數(shù)據(jù)采集卡的作用，使我更 明確了課題的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義，這使我有了完成課題設(shè)計(jì)任務(wù)的巨大信心。當(dāng)我完成每一個(gè)功能的設(shè)計(jì)，劉 老師都鼓勵(lì)我繼續(xù)思考，完善系統(tǒng)的功能，這使我對(duì)軟件Labview有了更深的了解并形成了自己的設(shè)計(jì)思路 ，把所有的功能以一定的層次鏈接起來，使整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)化，如果有余力，還可以多開發(fā)幾個(gè)功能，完善整套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器由于功能固定，研制生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，越來越不能滿足信息時(shí)代的要求。 虛擬儀器徹底改變了傳統(tǒng)儀器由生產(chǎn)廠家定義功能的模式，而是在少量附加硬件的基礎(chǔ)上，由用戶定義儀器功能。虛擬儀器不但造價(jià)低，而且通過修改軟件可增加它的適應(yīng)性，進(jìn)而延長(zhǎng)它的生命周期，是一種具有很好發(fā)展前景的儀器。 電子測(cè)量虛擬儀器系統(tǒng) 在教學(xué)、科研中的運(yùn)用 。教學(xué)、科研需要大量的測(cè)量分析儀器設(shè)備，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，每種儀器都必須配置多套，而且有的儀器設(shè)備價(jià)格昂貴，因此儀器設(shè)備所需投資巨大，一般學(xué)校很難滿足，造成許多學(xué)校儀 器設(shè)備缺乏和過時(shí)陳舊等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響教學(xué)科研。但是，由于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的 CAI軟件還很少，而且功能不強(qiáng)，交互性、操作性和界面的真實(shí)程度較差，適應(yīng)范圍窄，在一定程度上限制了教師和學(xué)生使用的積極性。使用虛擬儀器不但可以節(jié)約大量?jī)x器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入，而且能夠提高教學(xué)科研的質(zhì)量與效率。如常用信號(hào) —— 三角波，輸入不同的頻率值，圖形變化直接在界面上