多路信號(hào)發(fā)生器 和 雙通道虛擬示波器設(shè)計(jì) (22)

1、Labview課程設(shè)計(jì)虛擬儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 1、多路信號(hào)發(fā)生器 2、虛擬示波器虛擬儀器課程設(shè)計(jì)一、 虛擬儀器簡(jiǎn)介虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。自80年代后期出現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)得到了極大地發(fā)展，他的興起為儀器制造商、儀器用戶提供了前所未有的施展各自才能的領(lǐng)域，儀器不再是制造商的獨(dú)自天下，從而真正體現(xiàn)了“儀器的使用者就是設(shè)計(jì)者，軟件就是儀器”的新觀念。世界各國(guó)的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的

2、虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾?xiàng)目需要。使用labview開(kāi)發(fā)平臺(tái)編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡(jiǎn)稱為VI。VI包括三個(gè)部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出量被稱為顯示（Indicators）?？刂坪惋@示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開(kāi)關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂。Labview圖形化編程語(yǔ)言的出現(xiàn)終于把人們-尤其是工程師和科學(xué)家們從

3、繁雜的編程工作中解放放出來(lái)，是他們能夠真正專心于自己所關(guān)注的事情。通過(guò)labview圖形化編程環(huán)境，編程者可以像搭積木一樣“搭建”所見(jiàn)即所得的程序界面，而程序的執(zhí)行內(nèi)容則由一個(gè)個(gè)表示函數(shù)的圖標(biāo)和圖標(biāo)之間的數(shù)據(jù)流連線構(gòu)成。這不僅使得編程者不再需要記憶紛繁復(fù)雜的語(yǔ)法和函數(shù)原型，更使編寫(xiě)程序的過(guò)程與工程師們的思維習(xí)慣相符合，從而使編寫(xiě)程序的過(guò)程也變得生動(dòng)起來(lái)。因此，在現(xiàn)代社會(huì)能夠熟練使用labview編程并解決一些實(shí)際問(wèn)題，將對(duì)一個(gè)人的發(fā)展奠定一個(gè)很好的基礎(chǔ)，也將稱為強(qiáng)大的生存工具。二、 Labview實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)例：（一） 多路信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)：1、 設(shè)計(jì)題目：多路信號(hào)發(fā)生器2、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)對(duì)信

4、號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，加深對(duì)labview的認(rèn)識(shí)，熟練掌握l(shuí)abview8.5的操作方法，認(rèn)識(shí)幾種波形發(fā)生方法，掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，學(xué)會(huì)利用ni板卡實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求。3、 實(shí)驗(yàn)要求：1） 可輸出雙路正弦波（方波、三角波）信號(hào)，其相位差可調(diào)。2） 信號(hào)的頻率、幅值、占空比可調(diào)4、 設(shè)計(jì)思想：利用兩個(gè)“基本函數(shù)發(fā)生器”產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波信號(hào)并實(shí)現(xiàn)單多通道波形的輸出，用一個(gè)條件循環(huán)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通道波形的選擇和通道的切換，通過(guò)數(shù)值輸入控件對(duì)信號(hào)的幅值、頻率、占空比、相位進(jìn)行控制，程序的最外層加一個(gè)while循環(huán)實(shí)現(xiàn)波形持續(xù)產(chǎn)生。用DAQ采集卡實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的輸出。5、設(shè)計(jì)過(guò)程：1）打開(kāi)labvi

5、ew8.5軟件，在白色程序編輯區(qū)編輯實(shí)現(xiàn)程序。2）兩個(gè)函數(shù)基本發(fā)生器的設(shè)計(jì)：在空白區(qū)右鍵單擊，從Express中找到基本函數(shù)發(fā)生器，將其拖到編程區(qū)， 根據(jù)要求設(shè)定參數(shù)如圖所示：同理設(shè)計(jì)另一個(gè)一樣的發(fā)生器（圖略）3）通道選擇：涉及三個(gè)選項(xiàng)，通過(guò)這幾個(gè)選項(xiàng)實(shí)現(xiàn)通道的選擇，同時(shí)每個(gè)通道中程序設(shè)計(jì)幣一樣4）模擬通道設(shè)計(jì)：使用DAQmx底層VI進(jìn)行數(shù)據(jù)采集5）其中1）、創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)：通過(guò)給出所需的目標(biāo)通道名稱以及物理通道連接，用來(lái)在程序中創(chuàng)建一個(gè)通道。使用DAQmx 的DAQmx Create Channel VI創(chuàng)建和初始化一個(gè)計(jì)數(shù)器輸出通道，用來(lái)產(chǎn)生指定頻率的脈沖。選擇合適的輸入?yún)?shù)，包括：Du

6、ty Cycle, Frequency, Counter(s), Idle State and Initial Delay.注意：本實(shí)驗(yàn)中要用模擬信號(hào)輸出，所以要把下拉菜單改為AO Voltage。2）、定時(shí)設(shè)定VI：DAQmx定時(shí)VI配置了任務(wù)、通道的采樣定時(shí)以及采樣模式，并在必要時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建相應(yīng)的緩存。使用DAQmx Timing VI 來(lái)配置脈沖產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間。像脈沖序列的產(chǎn)生這類沒(méi)有采樣時(shí)間的需求的應(yīng)用，必須使用Implicit instance。另外，選擇“Continuous ”作為采樣模式。 3）、DAQmx Write.VI： 可以將需要采集卡生成的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到

7、任務(wù)中，這個(gè)VI 通常用于Analog/Digital Output 等線程4） Start Task.vi ：在通道、定時(shí)、觸發(fā)等硬件配置完成后，開(kāi)始采集任務(wù)，也就是線程一旦流過(guò)DAQmx Start Task.vi，采集卡硬件就開(kāi)始按照前面的配置執(zhí)行。DAQmx 線程的信息都是通過(guò)“task in/out”引腳進(jìn)行傳遞，需要結(jié)束時(shí)，可以放置DAQmx Stop Task.vi。5） 調(diào)用DAQmx Clear Task VI 來(lái)清楚該任務(wù)。6） 使用Add a Wait Until Next Millisecond Multiple VI 檢查和顯示錯(cuò)誤。本實(shí)

8、驗(yàn)需要模擬輸出，其思想是：設(shè)定定時(shí)和緩沖向緩沖寫(xiě)數(shù)據(jù)開(kāi)始輸出寫(xiě)出采樣值繼續(xù)寫(xiě)出采樣（是，繼續(xù)寫(xiě)；否，停止輸出）顯示錯(cuò)誤。6、 結(jié)果顯示：1） 首先看單通道的實(shí)現(xiàn)結(jié)果，單擊控制面板上的運(yùn)行按鈕，然后打開(kāi)桌面上藍(lán)色圖標(biāo)DAQ助手單擊接收信號(hào)標(biāo)簽，調(diào)整ai1/ai0、continual、res，可以觀察到波形：可以通過(guò)調(diào)節(jié)前面板的幅值、頻率等觀察波形的變化。2） 點(diǎn)擊切換按鈕，切換到多通道，前面板波形出現(xiàn)在示波器上繼續(xù)打開(kāi)daq助手觀察接收到的波形：7、本實(shí)例可以作為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器使用并且幅值，頻率、占空比等的設(shè)定。（二）虛擬示波器的設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)題目：虛擬示波器2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)，更深入了解虛擬

9、儀器的基本概念和原理，掌握利用labview、ni板卡等軟、硬件完成虛擬儀器的相關(guān)設(shè)計(jì)的方法和步驟。了解虛擬儀器在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的應(yīng)用。利用所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)虛擬示波器來(lái)接受外部信號(hào)，簡(jiǎn)介掌握示波器的工作原理。3、 實(shí)驗(yàn)要求：利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件實(shí)現(xiàn)虛擬示波器的設(shè)計(jì)，包括頂層VI的設(shè)計(jì)和ni板卡的連線。實(shí)驗(yàn)中，我們要達(dá)到的效果是實(shí)現(xiàn)波形的正常顯示、實(shí)現(xiàn)波形的存儲(chǔ)功能、實(shí)現(xiàn)波形的回放功能。在實(shí)驗(yàn)中注意培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力，程序調(diào)試的能力，碰到缺少的知識(shí)點(diǎn)及時(shí)補(bǔ)充，真正達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。4、 設(shè)計(jì)思想：虛擬示波器控制軟件主要完成如下任務(wù)：與硬件（數(shù)據(jù)采集卡）連接；控制設(shè)備正確工作；實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)

10、；對(duì)信號(hào)進(jìn)行再現(xiàn)、分析等后續(xù)處理。原理框圖如下：虛擬示波器文本框圖形框命令鈕主菜單采樣參數(shù)波形分析停止退出存儲(chǔ)回放波形調(diào)整通道選擇頻率設(shè)置啟動(dòng)采樣圖形框用來(lái)顯示被采樣信號(hào)的波形，文本框用來(lái)顯示采樣的波形參數(shù)和波形上某些點(diǎn)的當(dāng)前位置。啟動(dòng)采樣按鈕驅(qū)動(dòng)采樣設(shè)備開(kāi)始采樣，由控制軟件對(duì)數(shù)據(jù)采集卡送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成波形顯示，參數(shù)測(cè)量、頻譜分析等功能。4、 設(shè)計(jì)過(guò)程：a) 啟動(dòng)labview8.5軟件，在程序框圖面板進(jìn)行程序框圖設(shè)計(jì)。本人首先設(shè)計(jì)的是模擬通道。在實(shí)驗(yàn)一中我們介紹了創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)、定時(shí)設(shè)定VI、DAQmx Write.VI、Start Task.vi的功能和結(jié)構(gòu)，這里就

11、不再列寫(xiě)了，只介紹一下DAQmx讀取VI：DAQmx讀取VI從特定的任務(wù)或者通道當(dāng)中讀取數(shù)據(jù)，指出VI所返回的數(shù)據(jù)類型，一次讀取一個(gè)單點(diǎn)采樣還是讀取多點(diǎn)采樣，以及從單通道讀取還是從多通道中讀取數(shù)據(jù)。 于是整個(gè)的模擬量輸入通道實(shí)現(xiàn)結(jié)果如下：b) 通道選擇設(shè)置：設(shè)計(jì)一個(gè)條件結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，添加分支得到三個(gè)條件分支，可以相應(yīng)的輸出通道一、二和雙通道。在這個(gè)外側(cè)加上while語(yǔ)句，以便生成連續(xù)信號(hào)。在條件框圖的右側(cè)添加波形顯示控件雙通道是一個(gè)捆綁數(shù)據(jù)，通道一、二必須要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換c) 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)雙擊這個(gè)控件得到配置統(tǒng)計(jì)界面，選擇相應(yīng)的選項(xiàng)，創(chuàng)建相應(yīng)的顯示控件，在前面板上出現(xiàn)向相應(yīng)的輸出框。將統(tǒng)計(jì)控件的輸

12、入端連接在條件框圖的波形顯示輸出端上。d) 波形的存儲(chǔ)與回放：利用條件選擇框控制波形的存儲(chǔ)與回放，在框內(nèi)分別置入“寫(xiě)入測(cè)量控件和 讀入測(cè)量控件”e) 示波器x、y軸的實(shí)時(shí)調(diào)整：通過(guò)輸入控件調(diào)整波形，已達(dá)到最好的顯示效果，對(duì)于數(shù)據(jù)的分析與研究有很好的輔助作用。f) 程序框圖的調(diào)整、運(yùn)行、除錯(cuò)處理：點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，觀察運(yùn)行結(jié)果，如果出錯(cuò)，調(diào)出出錯(cuò)位置并進(jìn)行初步改正，直到程序能夠順利進(jìn)行。對(duì)紛繁雜亂的連線重新布置，便于程序的回看查錯(cuò)。g) 前面板調(diào)整，美化：利用express以及右鍵單擊菜單中的美化工具進(jìn)行美化處理。5、 設(shè)計(jì)實(shí)例的實(shí)現(xiàn)方法即結(jié)果顯示：1） 首先，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)一中我們?cè)O(shè)計(jì)好的多路信號(hào)發(fā)生器

13、，利用它產(chǎn)生波形2） 產(chǎn)生單路信號(hào)，打開(kāi)示波器前面板，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕。調(diào)節(jié)各個(gè)控制按鈕，找到波形的最佳顯示效果。我們得到的波形如圖所示：點(diǎn)擊存儲(chǔ)按鈕，對(duì)波形進(jìn)行存儲(chǔ)，等待進(jìn)行回放。過(guò)一段時(shí)間后，我們點(diǎn)擊回放按鈕，會(huì)看到顯示：3） 將多路信號(hào)發(fā)生器切換到多通路模式，并發(fā)出波形（通過(guò)調(diào)節(jié)波形按鈕調(diào)節(jié)輸出的波形），同時(shí)，按下存儲(chǔ)按鈕進(jìn)行波形存儲(chǔ)，稍等片刻再按下回放按鈕，觀察到波形為：三、 設(shè)計(jì)總結(jié)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我充分認(rèn)識(shí)了labview這款軟件，了解了它作為圖形化編程工具的強(qiáng)大之處。實(shí)驗(yàn)一中，通過(guò)設(shè)計(jì)多路信號(hào)發(fā)生器，掌握了基本信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，并且知道了多路的實(shí)現(xiàn)方法，回顧了條件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)其有了

14、更深的了解。實(shí)驗(yàn)二中，通過(guò)對(duì)虛擬示波器的設(shè)計(jì)，充分理解了示波器的工作原理，掌握了模擬輸入輸出通道的建立方法。實(shí)驗(yàn)中還增強(qiáng)了自己的動(dòng)手查錯(cuò)能力，每個(gè)實(shí)驗(yàn)在建立起時(shí)都不會(huì)是完全正確（除非非常簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)），這就需要我們耐下心來(lái)，認(rèn)真查找錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)應(yīng)有的效果。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)基本上都達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求，并且我已將嘗試完用多路信號(hào)發(fā)生器發(fā)出波形，用虛擬示波器進(jìn)行輸出。虛擬示波器有時(shí)顯示不是很穩(wěn)定，由于時(shí)間問(wèn)題就沒(méi)有充分調(diào)整好，以后再花一點(diǎn)時(shí)間把虛擬示波器在完善一下，力爭(zhēng)做到完美。四、 學(xué)習(xí)心得：時(shí)間過(guò)得真快，這一學(xué)期的labview課就要結(jié)束了，通過(guò)這一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我從一個(gè)完全的labview盲到掌握了很多

15、labview的設(shè)計(jì)理念。剛開(kāi)始，還沒(méi)有接觸軟件，沒(méi)有實(shí)際操作，在課堂上學(xué)習(xí)，總會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，自己看書(shū)也是很多地方一頭霧水，但是通過(guò)這次期末課程設(shè)計(jì)，我找到了學(xué)習(xí)的方法，時(shí)間永遠(yuǎn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)中，我經(jīng)常會(huì)碰到很多棘手的問(wèn)題，有時(shí)候不管怎么樣去做都做不好，后來(lái)通過(guò)自己穩(wěn)定情緒，再把問(wèn)題自己屢一遍，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題的所在。因此，以后不管做什么事情，都要沉著應(yīng)對(duì)，腦子里要不斷提醒自己一定要保持頭腦清醒，不要怕有錯(cuò)誤，或許每個(gè)錯(cuò)誤都是對(duì)你的極大幫助。在實(shí)驗(yàn)一中，剛開(kāi)始確實(shí)是一點(diǎn)頭緒都沒(méi)有，但是通過(guò)老師的講解，再通過(guò)課件上的例子，逐漸理解了其設(shè)計(jì)原理，并經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，不斷往實(shí)驗(yàn)要求上去靠近，最終實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的全部要求，不僅達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，而且還嘗試了一些別的方法，證明了方法的正確性。在實(shí)驗(yàn)二中，我很長(zhǎng)時(shí)間都困惑于他的設(shè)計(jì)原理，還是通過(guò)不斷地嘗試，不斷地試驗(yàn)，基本上