低頻模擬信號波形顯示分析器設計的論文_畢業設計(論文)-資料下載頁

【導讀】是功能一旦確定便不能更改。利用LabVIEW做成的虛擬儀器是將虛擬技術，計。力實現了儀器的大部分功能，打破了傳統儀器的框架，形成了一種新的儀器模式。為此，本文提出了低頻模擬信號顯示分析器。上位機主要是由PC機端的GUI界面進行波形顯示、存儲、頻譜分析，而且PC. 機端的GUI界面主要利用LabVIEW來實現。硬件上，先將產生的模擬信號發送到A/D轉換器上,使其轉。換為數字信號,然后發送到PC機上。LabVIEW內置信號采集、測量分析與數據顯。示功能，同時還保證了系統的靈活性。經過調試，最后驗證本設計實現了以上所。提到的功能，具有合理可行性。

　　

【正文】 前面板 前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器 面板，前面板直接面向用戶，是用戶使用虛擬儀器的基本操作面板。這一界面上有 用戶輸入和顯示輸出兩類對象 ，具體表現有開關、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對象。 本次設計前面板主要是實現波形顯示 ,和頻譜的顯示進而與示波器進行對比 .西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 26 前面板如下所示 : 圖 35 前面板圖 后面板 后面板是程序框圖板塊 ,程序框圖提供 VI 的圖形化源程序。它的功能是對前面板上的控件進行定義、操作和連線以實現虛擬儀器的功能，是 LabVIEW 程序設計的 核心。在程序框圖中存在著對 VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出。它包括前面板上的控件和控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數、結構和連線等。如果將 VI 與標準儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當于儀器箱內的東西。本次設計程序框圖如下 : 西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 27 圖 36 后面板框圖 一 一般， Iabview 的上層應用程序通過調用 USBXpress提供的 USB主 機 API函數實現對下層 USB硬件訪問的程序流程如圖 37所示。 程 序 開 始調 用 用 戶 上 層 應 用 程 序進 行 U S B 通 信 嗎 ？調 用 S I G e t N u m D e v i c e s 0 和 S I _ G e t P r o d uc t S t r i n g 0 ， 獲 取 U S B 器 件 相 關 信 息設 置 U S B 總 線 延 遲調 用 S I _ O p e n O ， 打 開 U S B 器 件調 用 S I R e a d 0 ， 讀 U S B 器 件 數 據 塊 ： 或 者 調 用S I W r i t e 0 ， U S B 器 件 寫 數 據 塊 U S B 通 信 完 成 嗎 ? 調 用 S L C l o s e 0 ， 關 閉 U S B 器 件程 序 結 束NYNY 圖 37后面板流程圖 借助 USBXpress提供的 USB主機 API，即 USBX—press安裝目錄下的SiUSBXp． dll，可以簡便地實現在 PC機上通過 Labview軟件編寫的 GUI程序與作為 USB器件的 C8051F340單片機的 USB通信。 USBXpress提供了 10個 USB主機 API函數，具體如下： SI_Get NumDevices() 獲取 USB器件的序列號 西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 28 SI_Get ProductString（） 獲取 USB器 件的產品描述信息 SI_Open（） 打開 USB器件 SI_Close（） 關閉 USB器件 SI_Read（） 讀 USB器件數據版 SI_Write（） 向 USB器件寫數據塊 SI_FlushBuffers（） 清楚 USB器件讀和寫隊列中的數據 SI_Set Timeouts（） 設置 USB讀寫延時 SI_Get Timeouts（） 獲取 USB讀寫延遲 SI_CheckRXQueue（） 獲取器件讀隊列中的數據的個數 在 Labview軟件編寫 GUI程序是可通過 Labview軟件中的 CLF節點 (Labview 高級子模板中的調用庫函數節點 )調用 USBXpress提供的 USB主機 API，以達到訪問 USB底層硬件的目的?，F以實現 USB主機 API函數中的 SI—GetNumDevices()函數為例，具體說明在 LabVIE軟件中如何實現對 USB API函數的調用。本設計用到的節點具體介紹如下。 圖 37函數調用 在“庫名置 USB主或路徑”框中設機 API函數的封 裝庫 SiUSBXp． dll的路徑，然后在“函數名”下拉菜單中選擇當前想要調用的 SI～ GetNumDevices()函數，在“線程”框中選擇“在 UI線程中運行”，在“調用規范”框中選“ stdcall(wINAPI)”，最后在“參數”菜單中進行相應設置。所有設置完畢，得到圖 36所示的名為“ SI— GetNumDevices”的調用庫函數節點。這樣 Labview的上層應用程序就可以通過調用這個庫函數節點來獲取 USB器件的序列號信息。 同理我們可以得到 USB讀寫延遲功能如下圖。 西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 29 圖 38 USB讀寫延遲 打開 USB圖如下： 圖 39 打開 USB器件 向 USB器件寫數據模塊： 310 向 USB器件寫數據塊 波形圖表是顯示一條或多條曲線的特殊數值顯示控件，一般用于顯示以恒定速率采集到的數據。下列前面板顯示了一個波形圖表的范例。波形圖表會保留來源于此前更新的歷史數據，又稱緩沖區。右鍵單擊圖表，從快捷菜單中選擇圖表西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 30 歷史長度可配置緩沖區大小。波形圖表的默認 圖表歷史長度 為 1,024 個數據點。向圖表傳送數據的頻率決定了圖表重繪的頻率。 在波形圖表中顯示單條曲線如一次向圖表傳遞一個或多個數據值，LabVIEW 會將這些數據作為圖表上的點，從 x=0 開始以 1 為增量遞增 x 索引。圖表將這些輸入作為單條曲線上的新數據。波形圖表接收 波形數據類型 ，該類型包含了波形的數據、起始時間和時間間隔 (△ t)。 創建波形（模擬波形） 函數可在圖表的 x 標尺上劃分時間，并自動使用 x 標尺刻度的正確間隔 。在指定了 t0 和單元素 Y 數組的波形中，各個數據點均擁有時間標識，因此適用于繪制非均勻采樣的數據。下面是本次設計的波形圖標部分 [17]。 圖 312波形圖表 幅值和電平測量 。 直流 —采集 信號 的直流分量。 均方根 —計算 信號 的均方根值 。 加窗 —在 信號 上使用 Low Side Lobe窗 。勾選直流或均方根復選框時，才可使用該選項。 平滑窗用于減緩有效信號中的急劇變化。如采集到的周期 數是整數或對噪聲譜進行分析，則通常不在信號上使用窗 。 最大峰 —測量 信號 的最高正峰值。 最小峰 —測量 信號 的最低負峰值。 峰峰值 —測量 信號 最高正峰和最低負峰之間的距離。 周期平均 —測量周期性輸入信號完整周期的平均電平。 周期均方根 —測量周期性輸入信號完整周期的均方根值。 西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 31 程序代碼 本設計中的 單片機 程序代碼在 Keil uVision4環境下編寫，具體程序代碼分別見附錄 V。 西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 32 第 4 章 系統調試 本章主要對調試目的、調試方案、調試過程與結果以及調試過程中遇到的問題及解決方案 進行詳細介紹。 調試目的 本系統的調試主要進行軟件的調試，同時通過測試硬件系統驗證系統性能的物理可行性。 驗證 USB 通信 在運用 LabVIEW 之前檢測自己設計的方案時，必須先保證上位機設計的合理性與成功性，為此我們必須先對其進行 USB 通信成功的檢測，進而保證后面實驗的可行性。 驗證被測信號功能 被測信號是本次設計的關鍵部分，是我們應該首先保證的環節，通過示波器我們首先要保證三種被測信號的正常使用，為后面信號分析形成對比部分。 驗證 LabVIEW 界面功 能 對 LabVIEW 界面的檢測實際是對上位機的整體檢測，通過 LabVIEW 界面信號顯示和頻譜的顯示進而確保整個設計的初步成功。 整體調試 對整體調試，去驗證整個系統工作狀態，看是否達到設計之初的設計要求，并且通過整體的調試，使整個系統達到最優化，工作起來更順暢無阻。 西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 33 調試方案 驗證 USB 通信成功 在 LabVIEW 上檢測通信成功是要在后面板設置探針檢測線路是否聯通。本次檢測是運用四個探針對主要線路進行檢測。具體檢測如下所示： 圖 41 USB 通信測試圖 探 針 [1]表示檢測到與上位機相連的 USB 設備 1 個。 探針 [2]表示 USB 設備被成功返回的句柄，該句柄將用于后面的 API 調用。 硬件方面檢測 本設計是利用 C8051F340 單片機實現信號采樣。因為 340 單片機體積小、價錢便宜、片上外設資源豐富。 C8051F340 單片機的硬件設計方案如圖 42 所示： 西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 34 圖 42 C8051F340 硬件圖 檢測被測信號 運用示波器檢測被測信號 ，驗證三種波形的輸出正常。檢測圖如下： 圖 43 波形顯示 整體調試 首先將整個系統搭建起來，檢測線路 的完整，最后進入最終的檢測環節，在被測信號上設置一定的幅度和頻率，然后打開電源觀察 Labview 界面的波形與示波器的波形進行對比，若兩波形基本相同說明整個系統調試成功。 調試結果 本設計在 LabVIEW 上對信號采集時主要對三種波形進行了采集，方波，正玄波和三角波。由于本次設計的目的是對其頻率和幅度進行分析。所以在幅度方面主要分 1V 和 3V 進行了檢測。在頻率方面我們主要分五個頻段進行了具體分析和說明，五個頻段主要是 500HZ,1000HZ,20xxHZ,3000HZ,。 具體測 試結果如下 : 西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 35 界面圖 b. 幅度譜 c. 被測信號 以上是幅度 3V 頻率為 ,20xxHZ,3000HZ,行測試。對不同頻率的信號與被測信號進行對比。由于不同波形對頻譜分析無影響，加之以上已經可以說明不同波形的顯示情況，所以在對 1V 進行測試時我們只測一種波形進 西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 36 界面圖 b. 幅度譜 c. 被測信號 圖 423 4000HZ 1V 正玄波 調試過程中遇到的問題及解決方案 在系統的調試過程中，產生的問題多種多樣。下面就對主要問題進行分析，對相應的解決方法作簡單的闡述。 在 Labview 上呈現的波形沒有下半部分。 分析：這個問題主要是由于硬件問題引起的，故先要檢查硬件。 解決：最終發現是硬件問題，沒有注意到加入直流信號，加入直流信號 后經過調試出現完整圖形。 剛開始就出現波形失真。 分析：由于被測信號不對，或者采樣頻率過小問題。 解決：在檢查過程中發現是被測信號的頻率給的過大，所以輸送小頻率信號得到完整信號。 結論與分析 通過不斷地改進本設計基本達到了預期的結果，實現了對信號的采樣，波形顯示，和頻譜分析。通過對 500HZ,1000HZ,20xxHZ,3000HZ,行測試，可以很明顯看出當頻率超過 20xxHZ時波形出現失真，當頻率 4000HZ時西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 37 波形已經完全失真。對于三種波形，正弦波，三角波，方波進行 比較可以對比顯示不同波形。對 1V和 3V的對比分析不同幅度的波形。本設計的另一特點是對每個頻譜進行了直接的顯示。最終通過不斷地改進完成了這次設計的所有要求。 第 5 章 結論與展望 本章主要對整個系統的設計過程做出了總結，得出了系統工作的最后結論，并且根據不足做出了展望。 結論 在下位機上，完成了對信號的采樣，并通過 USB 發送到 PC 機上。硬件設計上，完成了原理圖的基本設計，并且畫了對應的 PCB 圖，經過調試可以很好的工西安工程大學本科畢業設計 (論文 ) 38 作。在軟件上，針對設計初期所定的要求，實現了硬件的基本功 能。上位機實現了由 PC 機端的 GUI 界面進行波形顯示、存儲、頻譜分析，而且 PC 機端的 GUI界面主要利用 LabVIEW 來實現。在 LabVIEW 界面上我們實現了正弦波，三角波，方波，而且顯示了他們相應