虚拟仪器综合设计

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1、昆明理工大学 综合设计实验报告信息工程与自动化 学院 自动化系题目：虚拟信号发生器设计姓 名：学 号：专 业：测控技术与仪器设计时间： 摘 要虚拟仪器技术的实质是利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能，在许多方面具有传统仪器所没有的优越性，在实验教学和工程领域具有极大的应用潜力。实验表明，设计的虚拟函数信号发生器输出信号性能优于普通传统的信号源。虚拟仪器是1986年美国国家仪器公司（NI）提供的一种新型一起概念。它是计算机技术介入仪器领域所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类。在虚拟仪器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，仪器的结构概念和设计观点

2、都发生了根本变化。虚拟仪器技术的实质是利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。其基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。在这里，硬件仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个系统的关键。当基本硬件确定后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。虚拟仪器应用软件集成了仪器的所有采集、控制、数据分析、结果输出和用户界面等功能。使传统仪器的某些硬件甚至整个仪器都被计算机软件所代替。因此从某种意义上说，计算机既是仪器，软件即是仪器。虚拟仪器的软件是其最核心、最关键的部分，其主要功能是对硬件执行通信和控制，对信号进行分析和处理，以及对结果进行恰当的表达和输出等。虚拟仪器的软件开发平台目前主要

3、有两类：第一类是基于传统语言的Turbo C，Microsoft公司的Visual Basic ，Borland公司的Delphi，Sybase公司的PowerBuilder。这类语言具有适应面广、开发灵活的特点，但开发人员需有较多的编程经验和较强的调试能力；第二类用专业图形化编程软件进行开发。如HP公司的VEE,NI公司的LabVIEW和Lab Windows/CVI等。NI公司的LabVIEW软件开发平台是一种专业图形化编程软件，采用图形化编程方式，结构流程清晰，但缺点是对硬件的要求较高，比较依赖NI的专用产品，对信号控制方式不够灵活。而Lab Windows/CVI以ANSI C为核心。

4、将功能强大，使用灵活的C语言平台与数据采集，分析和表达的测控专业工具有机地接合起来。它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统，自动测量环境，数据采集系统，过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。关键词 函数信号发生器, 数据采集卡,LabVIEW，DAQ卡，示波器目录一.设计任务描述1.1 设计题目:1.2 设计要求：二.设计思路三.软件流程图四.各部分程序设计4.1 数据采集4.2 程序框图设计4.3函数信号输出设计4.4 前面板设计4.5 设计中的程序结构4.6 切换开关的介绍4.7 程序简化设计4.8 波形参数4

5、.9 DAQ数据采集卡4.10 模拟示波器4.11 LabVIEW简介五、调试过程六、结论与总结1、 设计结果1.1正弦波波形检测1.2方波波行检测1.3锯齿波波形检测1.4三角波波行检测2、 总结一、设计任务描述1.1、 设计题目设计基于Labview 的函数信号发生器的设计。1.2 、设计要求1）掌握NI-DAQ使用方法。 2）了解函数信号产生方法。 3） 输出一路占空比可调的方波信号，一路函数信号（输出信号类型可选择）。二、设计思路本次设计的是虚拟的可以显示正弦波、方波、三角波及锯齿波四种波形的函数信号发生器。创建波形时首先根据题目要求，在LabVIEW函数选版内选择 “编程”到“波形”

6、到“模拟波形”子选板下还提供了“波形生成”子选板。选择不同的波形就产生正弦波波形（Sine Wave）、三角波形(Triangle Wave)、方波波形(Squre Wave)、锯齿波波形(Sawtooth Wave)四种基本类型信号波形。并且要对这些波形的频率、幅值、初始相位进行可调节控制。其中只有方波有占空比，所以在创建方波时需要加入占空比。由于在虚拟仪器LabVIEW内产生的是模拟信号，所以不需要进行D/A转化。直接将转化后的信号接入示波器，即可以观察到这几类基本波形。该函数信号发生器除了可以显示四种基本波形外，还加入了参数计算功能，例如波峰、均值、有效值及波峰因数和波形因数的计算，利用

7、计算公式就可以得出参数数值。其中由于有效值与均值需要积分与微分，所以积分与微分可以在LABVIEW函数选板下的“数学”子选板下的“积分与微分”选板中选择。三、软件流程图开始 DAQ初始化 声成信号 信号选择 平均值 占空比三角波锯齿波正弦波方波 有效值 波形参数计算波峰波峰因素波形因素显 示是否停止？While循环 否 是结束四、各部分程序设计4.1、数据采集虚拟仪器获取数据的方法是通过对I/O接口设备的驱动完成的。通过数据采集获取数据是虚拟仪器获取数据的渠道之一，通过数据采集卡获取数据在虚拟仪器中又称为NI-DAQ卡式仪器。此次虚拟函数信号发生器数据的输入输出靠对数据采集卡输出输入口的定义来

8、实现。本设计采用的SC-6251数据采集卡是一块性价比较好的产品, 具备数/模转换的功能,能将产生的数字信号转换成模拟信号且数模转换精度高。同时也可以进行模/数转换。首先要建立DAQ,然后对其进行初始化。 （a）初始化前 （b）初始化后 （c） DAQ初始化4.2、程序框图设计波形产生是函数信号发生器软件的核心。LABVIEW在函数选板的“编程”“波形”“模拟波形”子选板下还提供了“波形生成”子选板。然后选择正弦信号、三角波信号、锯齿波信号和方波信号。基本函数发生器（Basic Function Generator.vi）可产生4种基本信号波形：正弦波、三角波、方波、锯齿波。对于虚拟信号发生器

9、而言，它的主要功能就是为我们提供激励信号，所以在流程图设计中，我们首先要选择产生信号的图标以及循环控制的While 循环。 在流程图设计窗口中打开“函数”模块, 调入While循环，控制程序的运行。以便程序可以连续流畅的运行。 执行“函数”、“信号处理”、“波形生成”导入几类基本波形。执行“函数”、“编程”、“定时”、“等待”操作, 调入时钟图标。连线接入可调节的“信号类型”、“频率”、“幅值”、“初始相位”、“采样频率及采样点数”形成的函数信号发生器的波形产生模块程序框图。 波形产生模块程序框图由于方波信号需要占空比，所以在创建方波信号时需要加入占空比。占空比可调的方波设计框图4.3、函数输

10、出信号设计DAQ系统经常需要为被测对象提供激励信号，也就是输出模拟量信号。信号发生器的生成和显示通过模拟输出VI：对DAQ设定信号类型、幅度、频率等；下一步是用DAQ读取采样数据,其中数据波形显示在前面板的信号发生器中, 并可调节方波占空比。创建DAQ在流程图设计窗口中打开【函数】模块,执行【函数】、【express】、【DAQ助手】，调入DAQ。如图2-5在生成信号中选择【模拟输出】、【电压】输出，选择通道ao0,ao1后，创建完成。函数信号输出框图。 函数信号输入DAQ初始化 4.4、前面板设计一台仪器设备首先进入人眼帘的便是它的前面板，通过前面板使用者可以获取很多信息，每个按键上的标签符

11、号可以传达出其功能。所以前面板的设计相当重要。其功能键的设计和美观性都相当重要。4.5、设计中的程序结构程序设计中只运用了一种程序结构：条件结构。条件结构在编程时，将外部控制条件连接至选择端口，程序运行时选择端口会判断送来的控制条件，引导选择结构执行相应框架中的内容。选择条件端口的外部控制条件的数据类型可以是整型、字符型、布尔型等。如果是布尔型，则结构包括真和假分支。选择框架的个数可以根据实际需要确定，在选择框架的右键弹出菜单中选择【在后面添加分支】或【在前面添加分支】，即可添加选择框架。本设计中用到了两个条件结构，第一个条件结构控制函数信号发生器的开与关。当开关打开后，函数信号发生器开始工作

12、，条件结构为真时，它的里面是对波形参数调整的数据采集DAQ，也就通过幅频切换开关对波形进行调幅和调频切换选择，使采集到的外部数据引入不同的波形参数通道，起到改变波形的目的。第二个条件结构外部控制条件的数据类型是整型，在这个条件结构中共有四个选择框架，在每个选择框架中分别放置个相应函数发生器，并通过外部控制条件的选择产生四种不同波形。 条件结果框图 4.6、 切换开关的介绍首先，布尔选择按钮有两种状态“开”、“关”，对应条件结构中的“真”、“假”。当按下布尔按钮时，函数信号发生器就开始工作。还有就是在程序框图的右半部分中对波形的选择，这个选择开关为一个下拉列表，其中在编辑项中插入了四种波形，插入的顺序与条件结构中波形发生器放入的顺序一致。通过下拉列表按键控制四种波形的切换输出。对下拉列表编辑项的设置。 波形切换时程序框图 4.7程序简化设计设计过程中使在能完成要求功能以及发挥部分外尽可能简化程序，程序框图中运用了局部变量。整个程序框图看上去就两部分组成：外部数据采集、波形产生输出。这两部分之间就是通过设置的局部变量实现联系的。4.8 波形参数设计中，在调节波形频率时如果直接用外部采集得到的信号，产