基于labview的虛擬示波器設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)等專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 出轉(zhuǎn)換速率。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)26 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡慨述NI PCI6221 是 NI 公司的 M 系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，雖然是多路采集，實(shí)際上是分時(shí)工作的，所有在多路同時(shí)工作時(shí)采樣率會(huì)成倍降低。該板卡的主要性能如下：◆ 16 路模擬信號(hào)輸入通道，采樣率為 250kS/s，輸入范圍為10V～+10V；◆ 2 路模擬量輸出通道，分辨率為 16 位；◆ 24 路數(shù)字 I/O，數(shù)字觸發(fā)；◆ 2 個(gè) 32 位定時(shí)計(jì)數(shù)器；◆ NIDAQmx 測(cè)試軟件和硬件配置支持；◆ NIMCal 校準(zhǔn)支持；◆ NIST 校準(zhǔn)證書(shū)和多于 70 多種的信號(hào)調(diào)理模塊選擇。它有如下方便的性能：（1）即插即用功能PCI6221 完全符合 PCI 規(guī)格 標(biāo)準(zhǔn)，支持即插即用。在安裝插卡時(shí)，用戶不需要設(shè)置任何跳線和 DIP 撥碼開(kāi)關(guān)。實(shí)際上，所有與總線相關(guān)的配置，比如基地址、中斷，均由即插即用功能完成。（2）單端或差分混合的模擬量輸入PCI6221 有一個(gè)自動(dòng)通道/增益掃描電路。該電路能代替軟件控制采樣期間多路開(kāi)關(guān)的切換?？ㄉ系?SRAM 存儲(chǔ)了每個(gè)通道不同的增益值及配置。這種設(shè)計(jì)能讓您對(duì)不同通道使用不同增益，并自由組合單端和差分輸入來(lái)完成多通道的高速采樣。27（3） 卡上 FIFO(先入先出)存儲(chǔ)器PCI6221 卡上有一個(gè) FIFO 緩沖器,它能存儲(chǔ) 4K 的 A/D 采樣值。當(dāng) FIFO 半滿時(shí)，PCI6221 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。該特性提供了連續(xù)高速的數(shù)據(jù)輸入及 Windows 下更可靠的性能。（4）卡上可編程計(jì)數(shù)器PCI6221 提供了可編程的計(jì)數(shù)器，用于為 A/D 變換提供可觸發(fā)脈沖。計(jì)數(shù)器芯片為 82C54 或與其兼容的芯片，它包含了三個(gè) 16 位的 10MHz 時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器。其中有一個(gè)計(jì)數(shù)器作為事件計(jì)數(shù)器，用于對(duì)輸入通道的事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。另外兩個(gè)級(jí)聯(lián)在一起，用作脈沖觸發(fā)的 32 位定時(shí)器。（5） 用于降低噪聲的特殊屏蔽電纜PCL10168 屏蔽電纜是專門(mén)為 PCI6221 所設(shè)計(jì)的，它用來(lái)降低模 2PCI6221 快速安裝使用手冊(cè)擬信號(hào)的輸入噪聲。該電纜采用雙絞線，并且模擬信號(hào)線和數(shù)字信號(hào)線是分開(kāi)屏蔽的。這樣能使信號(hào)間的交叉干擾降到最小，并使 EMI/EMC 問(wèn)題得到了最終的解決。 安裝與測(cè)試軟件的安裝： 第一步：將啟動(dòng)光盤(pán)插入光驅(qū)； 第二步：安裝執(zhí)行程序?qū)?huì)自動(dòng)啟動(dòng)安裝 。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)28注意：如果您的計(jì)算機(jī)沒(méi)有啟用自動(dòng)安裝，可在 H：盤(pán)文件中點(diǎn)擊 文件啟動(dòng)安裝程。第三步: 點(diǎn)擊 CONTINUE,出現(xiàn)圖 界面: 圖 驅(qū)動(dòng)安裝第四步:選擇點(diǎn)擊您所安裝的板卡型號(hào),然后按照提示就可一步一步完成驅(qū)動(dòng)程序的安裝。 硬件的安裝第一步：關(guān)掉計(jì)算機(jī)，將您的板卡插入到計(jì)算機(jī)后面空閑的 PCI 插槽中 （ 注意：在您手持板卡之前觸摸一下計(jì)算機(jī)的金屬機(jī)箱殼以免手上的靜電損壞板卡。 ） 第二步：檢查板卡是否安裝正確，可以通過(guò)右擊“我的電腦” ，點(diǎn)擊“屬性”，彈出 “系統(tǒng)屬性 ”框；選中 “硬件”頁(yè)面，點(diǎn)擊“設(shè)備管理器”；將彈出畫(huà)面，如圖 所示：從圖中可以看到板卡已經(jīng)成功安裝。 29 圖 硬件檢測(cè)圖第三步：從開(kāi)始菜單/程序/Advantech Device Driver Device Manager,打開(kāi) Advantech Device Manager。 計(jì)算機(jī)上已經(jīng)安裝好某個(gè)產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)程序后，它前面將沒(méi)有紅色叉號(hào), 說(shuō)明驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)安裝成功。PCI 總線的板卡插好后計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別，Device Manager 在 Installed Devices 欄中 My Computer 下也會(huì)自動(dòng)顯示出所插入的器件，這一點(diǎn)和 ISA 總線的板卡不同，如上圖所示。 點(diǎn)擊“Setup”彈出下圖，可設(shè)置模擬輸入通道是單端輸入或是差分輸入以及兩個(gè)模擬輸出通道 D/A 轉(zhuǎn)換的參考電壓。設(shè)置完成后點(diǎn)擊“OK” 即可。 到此，PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡的軟件和硬件已經(jīng)安裝完畢,可進(jìn)行板卡測(cè)試。 測(cè)試（1）模擬輸出功能測(cè)試 在測(cè)試界面中點(diǎn)擊模擬輸出標(biāo)簽，彈出圖 所示界面。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)30圖 模擬輸出功能測(cè)試個(gè)模擬輸出通道可以通過(guò)軟件設(shè)置選擇輸出正弦波、三角波、方波，您也可以設(shè)置輸出波頻率以及輸出電壓幅值。例如，要使通道 0 輸出 電壓，在“Manual Output”中設(shè)置輸出值為 ，點(diǎn)擊“Out” 按紐，即可在管腳 AO0_OUT 與AO_GND 之間輸出 電壓，這個(gè)值可用萬(wàn)用表測(cè)得。 （2）數(shù)字量輸入功能測(cè)試 在測(cè)試界面中點(diǎn)擊數(shù)字量輸入標(biāo)簽，彈出圖 所示界面。圖 數(shù)字量輸入功能測(cè)試用戶可以方便地通過(guò)數(shù)字量輸入通道指示燈的顏色，得到相應(yīng)數(shù)字量輸入通道輸入的是低電平還是高電平（紅色為高，綠色為低） 。例如，將通道 0 對(duì)應(yīng)管腳31DI0 與數(shù)字地 DGND 短接，則通道 0 對(duì)應(yīng)的狀態(tài)指示燈(Bit0)變綠，在 DI0 與數(shù)字地之間接入+5V 電壓，則指示燈變紅。 （注：其它功能的測(cè)試就不再做介紹） 信號(hào)連接 管腳圖PCI6221 的管腳圖如圖 所示：圖 管腳圖 輸入連接（1 ）單端模擬輸入連接 滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)32PCI6221 提供 16 路模擬量輸入通道，當(dāng)測(cè)量一個(gè)單端信號(hào)時(shí)，只需一根導(dǎo)線將信號(hào)連接到輸入端口，被測(cè)的輸入電壓以公共地為參考。沒(méi)有地端的信號(hào)源稱為“浮動(dòng)”信號(hào)源,在這種模式下， PCI6221 為外部浮動(dòng)信號(hào)源提供一個(gè)參考地。測(cè)量單端模擬信號(hào)輸入，標(biāo)準(zhǔn)連接方法，如圖 所示: 圖 單端模擬輸入連接（2） 差分式模擬輸入連接 PCI6221 有 16 個(gè)模擬輸入通道，可以設(shè)置成 8 對(duì)差分式輸入通道。差分輸入需要兩根線分別接到兩個(gè)輸入通道上，測(cè)量的是兩個(gè)輸入端的電壓差。如果信號(hào)源連有參考地，則 PCI6221 的地端和信號(hào)源的地端之間會(huì)存在電壓差，這個(gè)電壓差會(huì)隨信號(hào)源輸入到輸入端，這個(gè)電壓差就是共模干擾。為了避免共模干擾，您可以將信號(hào)地連到低電壓輸入端。連接方式如圖 所示：33圖 差分式模擬輸入連接通過(guò)這種連接方式，可以消除在信號(hào)源和板卡地之間的共模干擾電壓 V（CM） 。 模擬信號(hào)輸出連接及外圍電路（1）PCI6221 有兩個(gè) D/A 轉(zhuǎn)換通道，AO0OUT、AO1OUT，您可以使用內(nèi)部提供的5V/10V 的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生 0 到+5/+10 的模擬量輸出，您也可以使用外部基準(zhǔn)電壓 AO0REF、AO1REF，外部基準(zhǔn)電壓范圍是10V/+10V，比如外部參考電壓是7V 則輸出 0V 到+7V 的輸出電壓。連接方法如圖 所示：圖 模擬信號(hào)輸出連接及外圍電路（2）外部觸發(fā)源連接 PCI6221 也支持外部觸發(fā)源觸發(fā) A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng)+5V 連接到 TRGGATE 時(shí)，就允許外部觸發(fā)，當(dāng) EXTTRG 有一個(gè)上升沿時(shí)觸發(fā)一次 A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng) TRGGATE 連接到DGND 時(shí)，不允許外部觸發(fā)。 設(shè)計(jì)軟件比較在給定計(jì)算機(jī)必要的儀器硬件后，構(gòu)成和使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于軟件。軟件為用戶提供了集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接口。美國(guó)國(guó)家儀器公司提滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)34出的“軟件即儀器” （The Software is the Instrument）形象的概況了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。所以正確選擇軟硬件對(duì)程序開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)起著非常重要的作用。只有選擇了合適的軟硬件才能快速的開(kāi)發(fā)出應(yīng)用軟件，才能事半功倍。對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫(xiě)，大致可以分為兩種方式：（1）通用編程軟件進(jìn)行編寫(xiě)。主要有 Microsoft 公司的 Visual Basic 與 Visual C++，Borland 公司的 Delphi，Sybase 公司的 Power Builder。 （2）用專業(yè)圖形化編程軟件開(kāi)發(fā)。如 HP 公司的 HPVEE，NI 公司的 LABVIEW Lab windows/CVI 等。具體選用哪一種軟件，應(yīng)該由編程者根據(jù)實(shí)際情況選擇。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易基于LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中必須考慮以下因素：開(kāi)發(fā)成本低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、開(kāi)放性架構(gòu)易于擴(kuò)充。LABVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。LABVIEW 的前面板可以包括旋鈕、刻度盤(pán)、開(kāi)關(guān)、圖表和其他界面工具，允許用戶通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)獲取數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。LABVIEW 具有模塊化特性，有利于程序的可重用性。LABVIEW 將軟件的界面設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)獨(dú)立開(kāi)來(lái)，修改人機(jī)界面無(wú)需對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)整，LABVIEW 是利用數(shù)據(jù)流框圖接受指令，使程序簡(jiǎn)單明了，充分發(fā)揮了圖形化編程環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。這就大大縮短了虛擬儀器的開(kāi)發(fā)周期、消除了虛擬儀器編程的復(fù)雜過(guò)程。而通用的編程軟件需利用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟面板的設(shè)計(jì)，這使程序設(shè)計(jì)變得非常麻煩。LABVIEW 雖然是為計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的，但它的函數(shù)包含了一般高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中的絕大多數(shù)程序控制功能。LABVIEW 作為開(kāi)發(fā)環(huán)境具有的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下所述：（1）圖形編程化，降低了對(duì)使用者編程經(jīng)驗(yàn)的要求，易于工程師使用；（2）采用面向?qū)ο蟮姆椒ê透拍?，有利于軟件的開(kāi)發(fā)和再利用；（3）對(duì)象、框圖及其構(gòu)成的虛擬儀器在 Windows，Windows NT、UNIX 等多平臺(tái)之間和各種 PC 機(jī)及工作站間兼容，便于軟件移植；（4）支持 550 多種標(biāo)準(zhǔn)總線設(shè)備及數(shù)據(jù)采集卡，如串行接口、GPIB、VXI 等；（5）具有豐富的庫(kù)函數(shù)和例子，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序，用戶可以從例子中取得程序框架，便于提高開(kāi)發(fā)速度；（6）具有比較完備的代碼接口，可調(diào)用 Windows 中的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）中的函數(shù)以及 C 語(yǔ)言程序，以彌補(bǔ)自身的某些不足；（7）直接支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE） 、對(duì)象聯(lián)接與嵌入（OLE） 、結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言35（SQL） 、便于與其他 Windows 應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序接口；（8）支持 TCP，UDP 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，可遙控分布在其他微機(jī)上的虛擬儀器設(shè)備；（9）為加強(qiáng) LABVIEW 的功能，適應(yīng)各種工業(yè)應(yīng)用的需要，NI 公司又開(kāi)發(fā)了一系列與 LABVIEW 配合使用的軟件包，如自動(dòng)測(cè)試工具、可連接 25 種數(shù)據(jù)庫(kù)的 SQL 工具、SPC 分析函數(shù)工具、信號(hào)處理套件、PID 控制工具、圖形控制工具等。在許多應(yīng)用程序中，運(yùn)行速度是至關(guān)重要的。LABVIEW 是至今唯一帶有可以生產(chǎn)最佳編碼的編譯器的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，運(yùn)行速度等同于編好的 C 或 C++程序。因此LABVIEW 是基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的最佳選擇。 總體設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)的是智能火車車輪測(cè)試系統(tǒng)，主要進(jìn)行了信號(hào)的采集和顯示、濾波及分析?？傮w系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：傳感器測(cè)量對(duì)象數(shù)據(jù)采集卡計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)濾波數(shù)據(jù)分析滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)36第三章 軟件模塊的設(shè)計(jì)在本章中詳細(xì)介紹各個(gè)功能模塊及其生成過(guò)程。 程序的流程圖上位虛擬儀器程序流程圖如圖所示：初始化數(shù)據(jù)采集讀取數(shù)據(jù)濾波處理數(shù)據(jù)分析停止 ？停止YN讀取消息隊(duì)列停止 ？Y停止N發(fā)送到消息隊(duì)列流程圖簡(jiǎn)介：程序運(yùn)行后，先并行的讀采集卡的數(shù)據(jù)，然后送到消息隊(duì)列。在另一并行的循環(huán)程序?qū)崟r(shí)讀取消息隊(duì)列，然后對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。最后再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。3．2 程序的結(jié)構(gòu)圖上位 labview 程序的結(jié)構(gòu)圖如圖 32 所示：37從上圖中可以看出，程序在許多并行操作，如讀取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析等。3．3 LABVIEW 簡(jiǎn)介 LABVIEW 是（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)）是一個(gè)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。它類似于 Visual Basic，Visual C++。但是 LABVIEW 的特點(diǎn)在于：它使用圖形化編程語(yǔ)言 G 在流程圖中創(chuàng)建源程序，而沒(méi)有使用基于的文本語(yǔ)言來(lái)產(chǎn)生源程序代碼。LABVIEW 是一個(gè)多線程、最佳化的圖形編譯器，它能在最大程度上優(yōu)化系統(tǒng)的性能。無(wú)論是使用基于計(jì)算機(jī)的插入式儀器設(shè)備，還是使用 GPIB，VXI，Ether 接口或是串口的獨(dú)立儀器設(shè)備，LABVIEW 內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)和具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件都可以對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。LABVIEW 的數(shù)據(jù)采集庫(kù)包含了許多有關(guān)采集和生成數(shù)據(jù)的函數(shù)，它們與 NI 的插卡式或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品協(xié)同工作。數(shù)據(jù)采集卡是進(jìn)行高速直接控制以及低速控制的理想設(shè)備。它能夠?yàn)榧墒綔y(cè)量方案提供功能強(qiáng)大且完備的測(cè)量分析庫(kù)，這些軟件庫(kù)可以完成極限測(cè)試、頻率分析、濾波及信號(hào)生成等任務(wù)。LABVIEW 具有許多特性，能使測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用方案完成適用于用戶企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，能將應(yīng)用方案以網(wǎng)頁(yè)的形式發(fā)表，或在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。LABVIEW 擁有完整的 Web 上位 labview，可以隨時(shí)發(fā)布測(cè)量結(jié)果。LABVIEW 專業(yè)版開(kāi)發(fā)