labview虚拟仪器课程实训报告

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1、 JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 学院名称： 电 信 学 院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 10 测控 2 学 号： 10314212 姓 名： 刘万利 二一三 年 十一 月 电 子 测 量 与 虚 拟 仪 器 综 合 训 练 第 I 页 电子测量与虚拟仪器综合训练 摘要：本课题实训是基于虚拟仪器开发软件labview的综合训练，主要包 括虚拟信号发生器的设计、虚拟频率计的设计、虚拟双踪示波器的设计。最终， 信号发生器、频率计、双踪示波器的前面板达到了人机交互友好，性能良好的 效果。除此之外，虚拟信号发生器还增加了添加噪声、系统时间显示、数码管 显示等功

2、能；双踪示波器则是基于外部信号采集的综合系统，实现了对外部信 号的采集与处理。 关键词：labview； 信号发生器；频率计；双踪示波器 第 II 页 目 录 第第 1 章章 概述概述1 1.1 前言 1 1.2 任务工作介绍.2 1.3 论文结构安排.2 第第 2 章章 虚拟信号发生器虚拟信号发生器4 2.1 设计要求.4 2.2 设计思路与预期功能.4 2.3 系统设计介绍.5 2.3.1 虚拟信号发生器的前面板设计5 2.3.2 虚拟信号发生器的程序框图设计.6 2.3.3 虚拟信号发生器的各子模块设计7 2.3.3.1 波形选择模块7 2.3.3.2 波形生成模块8 2.3.3.3 添

3、加噪声模块9 2.3.3.4 数码管显示模块9 2.4 测试与结果.10 2.4.1 正弦波运行结果.10 2.4.2 三角波运行结果.11 2.4.3 方波运行结果.11 2.4.4 锯齿波运行结果.12 2.4.5 上升沿、下降沿运行结果.12 2.5 性能分析.13 第第 3 章章 虚拟频率计虚拟频率计14 3.1 设计要求.14 3.2 设计思路与预期功能.14 第 III 页 3.3 系统设计介绍.16 3.3.1 前面板16 3.3.2 程序框图16 3.4 测试与结果.18 3.4.1. 正弦波测试结果.18 3.4.2. 三角波测试结果.19 3.4.3. 方波测试结果.19

4、3.4.4. 锯齿波测试结果.20 3.4.5.论证分析.20 3.5 性能分析.22 第第 4 章章 虚拟双踪示波器虚拟双踪示波器23 4.1 设计要求.23 4.2 设计思路与预期功能.23 4.3 系统设计介绍.24 4.3.1 整体设计方案24 4.3.2 设计步骤.25 4.3.2.1 通道 A、B 的选择及波形发生25 4.3.2.2 波形控制和调节部分27 4.3.2.3 A、B 两通道波形显示的程序框图设计.28 4.4 测试与结果.30 4.4.1 A 通道（B 通道）单独显示波形.30 4.4.2 A、B 两通道同时显示波形31 4.4.3 A、B 两通道交替显示波形32

5、4.4.4 A、B 两通道断续显示波形33 第第 5 章章 课程设计体会课程设计体会35 参考文献参考文献36 第 1 页 共 36 页 第第 1 章章 概述概述 1.11.1 前言前言 LabVIEW 是一种是用图标代码来代替编程语言创建应用程序的开发工具。 在基于文本的编程语言中，程序的执行依赖于文本所描述的指令，而 LabVIEW 使用数据流编程方法来描述程序的执行。LabVIEW 用图形语言（G 语言） ，用 图标和连线代替文本的形式编写程序。象 VC、VB 等高级语言一样，LabVIEW 也是一种带有扩展库函数的通用程序开发系统。LabVIEW 的库函数包括数据采 集，GPIB(Ge

6、neral Purpose Interface Bus 通用接口总线)和串口仪器控制，数 据显示、分析与存储等。为了便于程序调试，LabVIEW 还带有传统的程序开发 调试工具，例如可以设置断点，可以单步执行，也可以激活程序的执行过程， 以动画方式查看数据在程序中的流动。 LabVIEW 是一个通用编程系统，它不但能够完成一般的数学运算与逻辑运 算和输入输出功能，它还带有专门的用于数据采集和仪器控制的库函数和开发 工具，尤其还带有专业的数学分析程序包，基本上可以满足复杂的工程计算和 分析要求。LabVIEW 环境下开发的程序称为虚拟仪器 VI(Virtual Instruments)， 因为它

7、的外型与操作方式可以模拟实际的仪器。实际上，VIs 类似于传统编程 语言的函数或子程序。 VI 由一个用户界面、图标代码和一个接口板组成。接口板用于上层的 VI 调用该 VI。VI 具有以下特点： （1）用户界面由于类似于仪器的面板也叫做前面板。前面板包括旋钮、按 钮、图形和其他控制元件与显示元件以完成用鼠标、键盘向程序输入数据或从 计算机显示器上观察结果。 （2）VI 用图标代码和连线来完成算术和逻辑运算。图标代码是对具体编 程问题的图形解决方案。图标代码即 VI 的源代码。 （3）VIs 具有层次结构和模块化的特点。它们可以作为顶层程序，也可以 作为其它程序的子程序。VI 代码内含的 VI

8、 叫子程序 subVI。 第 2 页 共 36 页 （4）VI 程序使用接口板来替代文本编程的函数参数表，每个输入和输出 的参数都有自己的连接端口，其它的 VIs 可以由此向 subVI 传递数据。 由于这些特色 LabVIEW 符合模块化的程序设计概念并对这种概念起到了 推进作用。我们把一个复杂的应用程序逐步划分为一系列简单的子任务，为每 一个子任务创建一个 VI，再把它们装配到另一个图标代码中完成一个复杂的任 务。最终，顶层的 VI 包含着一系列 VIs，它们分别代表着应用程序的功能。 由于每一个 subVI 都可以单独执行，使得程序调试非常方便。此外，许多 低层 subVIs 可以完成不

9、同应用软件的通用功能，所以可以为将要构建的应用软 件开发一系列适用的 subVIs，这些 subVIs 作为可重复利用的资源大大的提高 了开发效率。 总之，LabVIEW 建立在易于使用的图形数据流编程语言 G 语言上。G 语 言大大简化了科学计算、过程监控和测试软件的开发，并可以更广泛的范围内 得以应用。 1.21.2 任务工作介绍任务工作介绍 本次课程实训以labview软件为开发工具，能够编写虚拟信号发生器、虚拟 频率计、虚拟双踪示波器的相关程序。具体设计程序工作如下： （1）回顾labview软件使用方法，会设计简单程序； （2）利用多种渠道查询本次课程实训所需要的材料，并做好归档整理

10、； （3）编写简单的信号发生器程序，由浅入深地不断扩充信号发生器的功能 并在最终能够统一成为整体； （4）在第一周完成虚拟信号发生器的基础上编写虚拟频率计的程序； （5）在第二周完成虚拟频率计的基础上编写虚拟双踪示波器； （6）学会利用数据采集卡与虚拟双踪示波器进行联调并能达到预期的效果。 第 3 页 共 36 页 1.31.3 论文结构安排论文结构安排 本设计论文主要在第一章主要在前言部分介绍了labview的发展与应用、本 次论文设计的主要内容；第二章详细的阐释了虚拟信号发生器，主要包括前面 板、完整的程序、子程序以及最终效果图；第三章介绍了虚拟频率计，主要包 括前面板、完整的程序、子程序

11、以及最终效果图；第四阐释了虚拟双踪示波器， 主要包括前面板、完整的程序、子程序以及最终效果图；第五章则是本次实训 的心得体会。 第 4 页 共 36 页 第第 2 章章 虚拟信号发生器虚拟信号发生器 2.12.1 设计要求设计要求 （1）编写 LABVIEW 仿真信号发生器实验程序，要求可以产生方波（占空比 可调） 、正弦波、三角波、锯齿波等多种波形，而且要求各种波形的 参数可调、可控。频率调节范围 1Hz300KHz，幅值范围 0V10V。 （2）编写程序对各种波形的有效值、全波平均值、峰值等进行测量，在全 波平均值测量时要注意程序编写过程。同时记录各种关键的实验程序 和实验波形并说明。 （

12、3）界面要求：参数控制、控制按钮、波形显示。 （4）观察仿真结果并进行分析。 （5）对该虚拟信号源进行性能评价。 2.22.2 设计思路与预期功能设计思路与预期功能 本实验内容主要是阐述虚拟信号发生器的前面板和程序框图的设计。设计 完的信号发生器的功能包括能够产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波四种信 号波形；波形的频率、幅值、相位、偏移量、占空比等参数由前面板控件实时 可调、时时显示系统运行时间、数码管清晰显示波形的频率和幅度、并且加入 了攻势波形显示模块以及加入噪声模块。 虚拟信号发生器是基于 LabVIEW 软件进行编程的，它使用的是图形化编程 语言。要完成一个虚拟信号发生器首先要进行前面

13、板的设计，根据信号发生器 所要实现的功能，在控件选板中选择相应的控件，放在前面板相应的位置上， 摆放要使前面板看起来比较协调。最为关键的是程序框图的设计。程序框图的 设计主要用到函数选板，根据本程序要实现的功能，在函数选板中选择相应的 函数，由于程序是多次执行，所以需要用到循环结构。调试程序即可得到一个 信号发生器。 第 5 页 共 36 页 2.32.3 系统设计介绍系统设计介绍 2.3.1 虚拟信号发生器的前面板设计虚拟信号发生器的前面板设计 首先在前面板需要添加一个波形显示窗口，用于显示产生的信号，由于产 生信号的频率、频率档选择、幅值、相位、偏移量以及当波形为矩形波时的占 空比可调，所

14、以要在前面板添加四个相应选择控件。为了更准确的输入并实时 显示这四个旋钮控件的具体数值，需要打开控件的数字显示项并且利用数码管 时时显示。信号波形均为可调，因此要添加一个枚举来选择不同的信号类型， 信号类型包括正弦波、矩形波、三角波、锯齿波、上升沿、下降沿。此外，前 面板还包括系统时间显示模块、公式波形输入模块。由此得到信号发生器的前 面板如图 1 所示。 图 1 信号发生器的前面板 通过信号选择，虚拟信号发生器可以实现正弦波、矩形波、三角波、锯齿 波、上升沿、下降沿信号的输出，调节旋钮可以改变所选输出波形的幅值、频 率、相位，控制输入控件可调偏移量和占空比（只有当选择矩形波时可调）， 由此可

15、见，虚拟信号发生器很容易地实现了信号的调节。不仅如此，在时间充 裕的情况的情况下还适时拓展了信号发生器的功能，主要包括：用数码管显示 第 6 页 共 36 页 波形的频率、幅度值；可给波形添加均匀白噪声、高斯白噪声等噪声；可以利 用公式输出波形；系统运行时自动显示系统时间等功能。 2.3.2 虚拟信号发生器的程序框图设计虚拟信号发生器的程序框图设计 LabVIEW 软件中包括很多种函数，用户可以从软件中调用任意的函数供用 户使用。本实验涉及到波形函数、时间函数、噪声发生函数、公式波形函数、 循环结构、条件结构、延时等函数。以下图 2 是信号发生器的程序框图设计。 图 2 信号发生器的程序框图

16、首先需要对前面板上的“信号类型”输入控件的属性进行一下设置，使其 在控件下拉列表里可以选择“正弦波”、“矩形波”、“三角波”、“锯齿波” 、“上升沿”、“下降沿”在程序面板上添加一个条件结构，将“信号选择” 控件与其相连。按照属性的设置，条件结构值为 0 时，在条件结构里加入一个 正弦波形函数；条件结构值为 1 时加入一个三角波形函数；条件结构值为 2 时 加入一个方波形函数；条件结构值为 3 时加入一个锯齿波形函数；条件结构值 第 7 页 共 36 页 为 4 时加入一个上升沿波形函数;条件结构值为 5 时加入一个下降沿波形函数， 将频率、幅值、相位、偏移量、占空比输入控件分别和这五个波形函数连起来。 为了方便观察波形变化，添加一个时间延时函数。为了实现程序的连续运行， 添加一个 while 循环结构。最终，所设计的信号发生器的程序框图如图 2 所示。 2.3.3 虚拟信号发生器的各子模块设计虚拟信号发生器的各子模块设计 2.3.3.1 波形选择模块波形选择模块 该信号发