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1、. . . 基于LabVIEW的虚拟仪器设计与开发毕业论文目录第一章 绪论- 1 -1.1仪器的发展过程- 1 -1.2 虚拟仪器概述- 1 -1.3 虚拟仪器的种类与特点- 1 -1.3.1 虚拟仪器的发展概况与种类- 1 -1.3.2 虚拟仪器的特点- 2 -1.3.3 虚拟仪器与传统仪器的比较- 3 -1.4 虚拟仪器的构成- 4 -1.5 国外虚拟仪器的现状与展望- 5 -1.6本文设计的容及意义- 5 -第二章 虚拟示波器设计方案- 6 -2.1硬件及软件的选择- 6 -2.1.1软件的选择- 6 -2. 1. 2硬件的选择- 7 -2 .2软件设计方案- 7 -2.2.1虚拟示波器
2、的软件结构- 7 -2. 2. 2仪器功能- 7 -第三章虚拟仪器集成开发环境- 9 -3.1软件操作平台- 9 -3.2软件开发工具- 9 -3.3LabVIEW前台显示面板- 9 -3.4 LabVIEW后台控制面板- 10 -3.5 LabVIEW程序执行流程- 10 -第四章仪器驱动- 11 -4. 1仪器驱动的概念- 11 -4.2 LabVIEW平台上仪器驱动的方法- 11 -4.2.1 LabVIEW支持的DAQ产品的驱动- 11 -4.2.2 LabVI EW支持的GPIB, VXI、标准串口I/O仪器的驱动- 12 -4.2.3 LabVI EW不支持的数据采集卡的驱动- 1
3、2 -4.3本章小结- 13 -第五章数据采集- 14 -5.1概述- 14 -5.1.1 DAQ基本概念- 14 -5.1.2数据采集卡的基本性能指标- 14 -5.2本文采用的采集卡- 16 -5.2.1多功能数据采集卡ART PCI-2300- 16 -5.2.2系统测试流程- 16 -5.2.3.多功能数据采集卡ART PCI-2300编程- 16 -5.3本章小结- 16 -第六章 虚拟示波器软面板及程序设计- 17 -6.1数据采集模块- 17 -6.2波形显示模块- 17 -6.2.1波形显示模块的功能及控件- 17 -6.2.2波形显示模块的一前面板及框图- 19 -6.3参数
4、测量及时间序例生成模块- 19 -6.3.1时间序例生成功能及功能节点- 19 -6.3.2测量模块前面板及框图- 20 -6.4频谱分析模块- 20 -6.4.1分析模块功能及节点- 20 -6.4.2分析模块前面板及框图- 21 -6.5虚拟信号产生模块的设计- 21 -6.6小结- 21 -第七章 调试及实验结果- 22 -7.1虚拟示波仪的调试- 22 -7.2实验结果- 22 -第八章 结论与展望- 25 -致谢- 26 -参考文献- 27 -.参考资料.第一章 绪论1.1仪器的发展过程 测量仪器发展至今，大体经历了四代发展历程，即模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器和智能仪器。 第
5、一代模拟仪器。是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器。 第二代分立元件式仪器。当20世纪50、 60年代产生了以电子管或晶体管电子电路为基础的第二代仪器。 第三代数字化仪器。20世纪70年代，诞生了以集成电路芯片为基础的第三代仪器。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。 第四代智能仪器。这类仪器置微处理器，既能进行自动测试，又具有一定的数据处理功能，可取代部分脑力劳动，习惯上称其为智能仪器。其缺点是它的功能块全部都以硬件(或固化的软件)的形式存在，缺乏灵活性。 由于电子技术、计算机技术和网络技术的高速发展及在测量技术与仪器领域
6、中的应用，新理论、新方法、新领域及新仪器结构不断出现。电子测量仪器的功能和作用已发生质的变化，其中计算机处于核心地位，计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成一个有机整体，导致仪器的结构、概念和设计观点等也发生突破性的变化。在上述背景下，出现了新的仪器概念虚拟仪器。1.2 虚拟仪器概述 所谓虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)，即是将现有的计算机主流技术与革新的灵活易用的软件和高性能模块化硬件结合在一起，建立起功能强大又灵活易变的基于计算机的测试测量与控制系统。虚拟仪器是计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是计算机辅助测试(CAT)领域的一项重要技术，是计算机硬件资源、仪
7、器与测控系统硬件资源和虚拟仪器软件资源三者有效的结合。它强调在通用计算机平台的基础上，通过软件和软面板，把由厂家定义的传统仪器转变为由用户定义的、由计算机软件和几种模块组成的专用仪器。虚拟仪器的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式。1.3 虚拟仪器的种类与特点1.3.1 虚拟仪器的发展概况与种类 虚拟仪器的发展过程有两条线： (I)适合大型高精度集成系统的GPIB-VXI-PXI总线方式。GPIB于1978年问世，VXL于1987年问世，PXI于1997年问世。 (2)适合于普及型的廉价系统，有广阔应用发展前景的PC插卡并口式串口USB方式。PC插卡式于80年代初问世，并行口
8、方式于1995年问世，串口USB方式于1999年问世。 而虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型： 第一类：PC总线插卡型虚拟仪器 这种方式借助于插入计算机的数据采集卡与专用的软件相结合，充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱无屏蔽等缺点。 第二类：并行口式虚拟仪器 最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒。可实现台式和便携式两用，价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。 第三类：GPIB总线方式的虚
9、拟仪器 GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。 第四类：VXI总线方式虚拟仪器 VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFIlEM1屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。 第五类：PXI总线方式虚拟仪器 PXI总线方式是PCI总线核技术增加了成熟的
10、技术规和要求形成的。它增加了多板同步触发总线的技术规和要求，增加了多板触发总线，及用于相邻模块的高速通讯的局部总线。综上所述，对于虚拟仪器的发展而言，计算机是载体，软件是核心，高质量的A/D采集仁及调理放大器是关键。1.3.2 虚拟仪器的特点虚拟仪器（virtual instrumentation）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的
11、计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。图1-1 虚拟仪器结构原理框图虚拟仪器的主要特点有：n 尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。n 可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。n 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。1.3.3 虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器已经成为目前测试应用中的主流技术，大多数测试行业已接受虚拟仪器技术的概念，或者倾向于采用虚拟仪器技术。其与传统仪器区别如下表所示。表1-1 虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器传统仪器开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展封
12、闭性、仪器间相互配合较差关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序既可关键是硬件，升级成本较高，且升级必须上门服务价格低廉，仪器间资源可重复利用率高价格昂贵，仪器间一般无法相互利用用户可定义仪器功能只有厂家能定义仪器功能可以与网络及周边设备方便互连与其他仪器设备的连接十分有限软件使得开发与维护费用降至最低开发与维护开销高技术更新周期短(1-2年)技术更新周期长(5-10年)数据可编辑、存储、打印数据无法编辑虚拟仪器在灵活性、性价比、用户化等方面，有着得天独厚的优势，是传统仪器无法媲美的。1.3.3.3 虚拟仪器和传统仪器能否兼容许多工程师和科学家都在实验室里将虚拟仪器和传统仪器结合使用
13、。虚拟仪器可与传统仪器完全兼容，无一例外。虚拟仪器软件通常提供了与常用普通仪器总线 (如GPIB、串行总线和以太网) 相连接的函数库。除了提供库之外，200多家仪器厂商也为NI仪器驱动库提供了4000余种仪器驱动。仪器驱动提供了一套函数和仪器接口，每一个仪器驱动都专为仪器某一特定的模型而设计，从而为它独特的性能提供接口。1.4 虚拟仪器的构成虚拟仪器的基本构架是：高性价比的通用计算机，模块化的通用硬件平台，高效且功能强大的专业测试软件系统。1.虚拟仪器的硬件系统虚拟仪器是基于计算机的测量设备，硬件由通用计算机和模块化硬件设备组成。通用计算机可以是便携式PC机、台式PC机或工作站等。最常用的模块
14、化硬件设备是数据采集(DAQ)卡，再配以相应的调理电路，即构成硬件平台。高性价比传感器高性能计算机高性能传感器图1-2 虚拟仪器系统硬件结构的基本框图Virtual Instruments (虚拟仪器)Virtual Instruments (虚拟仪器)Virtual Instruments (虚拟仪器)Virtual Instruments (虚拟仪器)Virtual Instruments (虚拟仪器)Virtual Instruments (虚拟仪器)Virtual Instruments (虚拟仪器)Instruments Driver(仪器驱动程序)Instruments Hardware(虚拟硬件)Instruments Driver(仪器驱动程序)Instruments Hardware(虚拟硬件)2.虚拟仪器的软件系统图1-3 虚拟仪器的软件结构图形化开发环境与图形化VI框架不同，主要区别在于其VI组件可复用原码模块的能力，后者的这些原码模块必须具有被其他原码模块继承性调用的能力，。1.5 国外虚拟仪器的现状与展望由于虚拟仪器技术的强有力支持，科学家和工程师们可以方便地建立适合自己需要的测控系统，再也不必将自己封闭在固定传统仪器的狭窄天地中。在电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教
