畢業(yè)論文設計-基于labview的虛擬示波器設計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 。 對象彈出菜單工具 :用左鼠標鍵可以彈出對象的彈出式菜單。 漫游工具 :使用該工具就可以不需要使用滾動條而在窗口中漫游 斷點工具 :使用該工具在 VI 的框圖對象上設置斷點。 探針工具 :可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線上設置探針。程序調(diào)試員可以通過控針窗口來觀察該數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù) 變化狀況。 顏色提取工具 :使用該工具來提取顏色用于編輯其他的對象。 顏色工具 :用來給對象定義顏色。它也顯示出對象的前景色和背景色。 6 自動選擇工具 控件選板 圖 24 控件選版 控件選板擬儀器的面板是通過軟件實現(xiàn)的。就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種旋紐、開關(guān) .、顯示屏等所有可能涉及到的操作部件，都做成外形相似的“控件”分類存于控制模板上。設計儀器模板時，只需根據(jù)需要選擇合適的“控件”放在面板相應的位置上即可。每個圖標代表一個子模板 (如圖所示 )。控制模板可以用 Wind。， s 菜單 的 ShowControlsPalette 功能打開它，也可以在前面板的空白處 ,點擊鼠標右鍵，以彈出控制模板。它只有當打開前面板窗口時才能調(diào)用 函數(shù)選板 圖 25 函數(shù)選板 7 圖 26 函數(shù)選板子選板 函數(shù)選板編程子選板功能模板就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種測試功能、信號分析文件操作以及輸入 /輸出 (1/0)接口設備的驅(qū)動做成可供直接調(diào)用的庫函數(shù)。使用時只需根據(jù)預完成的功能與操作，從子模板上選擇相應的“圖標”放在流程圖編輯窗口中相應的位置上即可。該模板上的每一個頂層圖標都表示一個子模板 (如圖所示 )。它可以用 Windows 菜單下的 Show Fuionspalette 功能打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點擊鼠標右鍵以彈出功能模板。而且它只有打開了框圖程序窗口后才能出現(xiàn)。它包括結(jié)構(gòu)子模板、數(shù)值運算子模板、布爾邏輯子模板、字符串運算子模板、數(shù)組子模板、類子模板、比較子模板、時間和對話框子模板、文件輸入 /輸出子模板、儀器控制子模板、儀器驅(qū)動程序庫、數(shù)據(jù)采集子模板、信號處理子模板、數(shù)學模型子模塊、圖形與聲音子模塊、通訊子模板、應用程序控制子模塊、底層接口子模塊、文檔生成子模板、示教課程子模板 、用戶自定義的子 Vl 模板和選擇? VI 子程序等子模板。 編制軟件時通過對控制和功能模塊中子模塊的靈活調(diào)用，選取相應的功能子模塊，分別置于前后面板內(nèi)，使用連線工具即可完成虛擬儀器設計。本章介紹了當今在測控領域內(nèi)的虛擬儀器開發(fā)軟件 LabVIEw 語言，它滿足了實現(xiàn)虛擬測試儀器的條件，是虛擬儀器開發(fā)環(huán)境中圖形化語言的杰出代表之一。 LabvIEW 語言是一種面向工程技術(shù)人員的圖形化編程語言，是一種面向?qū)ο蟮哪K化編程語言，使面向?qū)ο蠹夹g(shù)程序的復用性達到最佳，被譽為工程師和科學家的語言。 8 第 3章 系統(tǒng)硬件設計 數(shù)據(jù)采集技 術(shù) 對計算機進行總線擴展以便將其用于實驗室研究、工業(yè)控制、測試和測量、這些都要用到基于計算機的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本任務是測量和產(chǎn)生現(xiàn)實世界的物理信號。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號分類 傳感器把物理信號轉(zhuǎn)化成電信號 (電壓或電流 )，例如熱電偶 (溫度 /電壓 )、RTDs(溫度 /電阻 )、應變片 (拉或壓 /溫度 )。信號調(diào)理附件能夠?qū)ξ⑷跣盘栠M行放大、光電隔離、濾波等處理，以便更精確和安全地測量。同時它能夠激發(fā)和線性化某些傳感器及其信號。當輸入信號被適當調(diào)理后，即可輸給插入式數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)字化，同時它也能 產(chǎn)生控制信號。數(shù)據(jù)采集板程序設計依靠驅(qū)動軟件進行了簡化，因而用戶能夠調(diào)用傳統(tǒng)的語言和應用軟件包來設計高級程序。當然，計算機的性能決定了整個過程的速度。在實時系統(tǒng)中，需要高速的處理器，在對數(shù)據(jù)采集功能模塊進行分析之前，我們先對信號進行歸類。歸類的標準是信號中有用的不同信息。總的來說，可以把信號分為模擬信號和數(shù)字信號。一個數(shù)字信號只有兩個分離的狀態(tài) :低電平和高電平。相反，模擬信號包括了隨時間變化的連續(xù)信息。數(shù)字信號又可以分為開關(guān)信號和脈沖序列信號，模擬信號則可以分為直流信號、時域信號、頻域信號。這幾種信號分別對 應著一種信號信息 :狀態(tài)、變化率、幅值、形狀、頻率。 基于計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部分的作用 要從一個基于計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到合理的結(jié)果，依賴于系統(tǒng)的每一個組成部分，即計算機、傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件和軟件。下面逐一予以討論說明。 1 傳感器 傳感器將被測試的物理量轉(zhuǎn)化成電信號的最基本的環(huán)節(jié)。例如，熱電偶、熱敏電阻、集成電路傳感器、應變片等，都可以將溫度轉(zhuǎn)化成電壓和電阻。對于每一種傳感器，電信號的大小都與被監(jiān)測信號的物理參數(shù)成正比。 2 信號調(diào)理 信號調(diào)理器是傳感器和數(shù)據(jù)采集卡之間的橋梁， 負責將傳感器的輸出信號和數(shù)據(jù)采集模塊可以接受的信號聯(lián)系起來，從傳感器輸出的信號必須經(jīng)過調(diào)理才能夠連入數(shù)據(jù)采集板，信號調(diào)理包括放大和衰減、隔離、濾波、傳感器激勵、線性化處理。 (1) 放大和衰減 9 數(shù)據(jù)采集卡接收的信號是范圍很廣的電壓信號，如果太強，就需要衰減器把被測信號減弱后再輸入給數(shù)據(jù)采集卡，這樣一方面可以保證數(shù)據(jù)采集卡可以順利采數(shù)，另一方面有利于系統(tǒng)的安全運行。而對于微弱信號要進行放大，以提高分辨率和降低噪音，也使調(diào)理后信號的最大電壓值和 ADC 最大輸入值相等，這樣可以提高精度。在設定調(diào)理電路的放大或衰減倍 數(shù)時，一般應滿足這樣一個條件 :經(jīng)調(diào)理后的信號其最大值應盡可能地達到數(shù)據(jù)采集卡可以接受的電壓范圍，最大限度地提高數(shù)據(jù)的準確度。 (2) 隔離 隔離是指使用變壓器、光或電容禍合等方法阻礙被測系統(tǒng)和測試系統(tǒng)之間傳遞信號，避免發(fā)生直接連接，使用禍合主要有兩個方面原因 :一是從安全的角度把傳感器信號同計算機隔離，因為被監(jiān)測系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬時高壓，另一個原因是隔離可以使從數(shù)據(jù)采集卡出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響，減少誤差。 (3) 濾波 濾波的目的是消除噪音信號，提高輸入信號的信噪比。噪音濾波器通常用于直流信號 。交流 信號通常需要抗失真的低通濾波器，因為這樣的濾波器有一陡峭的截止頻率，因而幾乎能夠完全消除高頻干擾信號。 (4) 激勵 由于電工測量試驗中經(jīng)常要要用到正弦波、方波等信號，且有時需要為一些傳感器提供激勵信號，故由虛擬信號發(fā)生器產(chǎn)生各種信號并由信號調(diào)理電路進行功率放大后輸出。 (5) 線性化 很多傳感器對被測量都有非線性響應，因而需要對輸出信號進行線性化。 3 數(shù)據(jù)采集硬件 數(shù)據(jù)采集硬件與眾多因素有關(guān)，要根據(jù)具體情況進行分析，下面是通用的特征 : (1) 采樣頻率 采樣頻率高，就能在一定時間內(nèi)獲得更多的原始信息，見 圖 4 一 1(a)所示。為了再現(xiàn)原始信號，必須有足夠高的采樣頻率。顯然，如果信號變化比采樣板的數(shù)字化要快，或采樣太慢，就會產(chǎn)生波形失真，見圖 4 一 1(b)。根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少是輸入最高頻率的兩倍，才可能不產(chǎn)生失真。 (2) 采樣方法 要從多個通道得到數(shù)據(jù)，通常使用多路開關(guān)把每個信號端連接到 A/D 轉(zhuǎn)化器(ADC)。采用連續(xù)掃描方法，要比給每個通道一個放大器和 ADC 要經(jīng)濟得多，但這僅僅實用于在采樣點之間對時間不是很重要的場合。如果采樣點之間對時間要求嚴格，則必須同時采樣。對于低頻信號，可以用間隔掃描辦法來產(chǎn)生 同時采10 樣的效果，而不必增加采樣保持電路。這種方法一定時間間隔掃描輸入通道，用脈沖來計算各通道兩次掃描的時間間隔。 (3) 分辨率 ADC 的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。例如，三位轉(zhuǎn)化器把模擬電壓分成 2’ (8 位 )段，每段用二進制代碼在 000 到 In 之間表示，因而數(shù)字并不能真實反映原始信號，因為一部分信息被漏掉了。如果增加到 16 位，代碼增加到 655536，這樣就可以得到較為精確地反映原始信號的數(shù)字信號。 (4) 電壓范圍 電壓范圍指 ADC 能掃描到最高和最低電壓。一般情況下，由于 DAQ 卡的電壓范圍可以 調(diào)節(jié)，所以將信號電壓范圍調(diào)到與微機相匹配以便利用其可靠的分辨率范圍。范圍、增益、分辨率決定了可分辨的最小電壓變化，它表示 ILSB。例如，某 DAQ 板的分辨率為 16 位，范圍取 0 一 1OV，增益取 100，則有 1LSB=(10/100xZ’ 6)= 協(xié) v，這樣一來，在數(shù)字化的過成中，一位的分辨率為。 (5) 模擬輸出 模擬輸出電路通常是為 DAQ 板的系統(tǒng)提供激勵電壓或電流。 DAQ 輸出信號由停滯、轉(zhuǎn)換率、分辨率等構(gòu)成。停滯時間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號幅值改變的快慢。 (6) 定時 I/0 許多場合都要用到定時器，如數(shù)字脈沖定時、產(chǎn)生方波等。定時器包括三個重要信息 :門限信號、計時信號、輸出。門限信號實際上是觸發(fā)信號一使它工作或不工作 。計時信號也就是信號源，它提供了繼續(xù)其操作的時間基準 。輸出是在輸出線上產(chǎn)生方波和脈沖。他們最重要的參數(shù)是分辨率和時鐘頻率。高分辨率意味著計數(shù)器可以計更多的數(shù)，時鐘頻率決定了產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號輸入的快慢，頻率越高，計數(shù)增長得越快，因而輸入端的信號頻率高，就可以產(chǎn)生高頻的脈沖波和方波。 4 驅(qū)動軟件 沒有軟件，甚至沒有好的軟件，數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)不可能發(fā)揮很大的作用。數(shù)據(jù)系統(tǒng)一 個主要方面是驅(qū)動軟件的使用。驅(qū)動軟件是直接對數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)來進行設計的軟件層，管理著系統(tǒng)的操作以及和計算機資源的組合，比如 CPU中斷、 DMA 傳送、存儲器等。驅(qū)動軟件在保持高性能、提高給用戶易于理解的基礎的同時，隱藏了復雜、詳細的硬件及程序設計。 N 工一 DAQ 就是 N1 公司高性能數(shù)據(jù)采集及驅(qū)動程序。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是電子測量儀器的基礎，當然也是虛擬儀器的基礎。只有當數(shù)據(jù)采集部分正確工作，整個虛擬儀器系統(tǒng)才能正確工作。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱 DAS(DataAequisitionSyst。 m)是信息科學的重要分支，11 它不僅應用在現(xiàn)代智能檢測系統(tǒng)中，而且在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、國防軍事及科學研究等方面都得到廣泛應用，無論是過程控制狀態(tài)檢測、還是故障診斷、質(zhì)量檢測，都離不開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機、智能儀器與外界物理世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。其核心是計算機，它對整個系統(tǒng)進行控制和數(shù)據(jù)處理。它所處理的是數(shù)字