低頻模擬信號波形顯示分析器設計的論文-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。提到的功能，具有合理可行性。統的調試和分析驗證了系統功能特性。

　　

【正文】 I 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。現以實現 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,2020HZ,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 ,2020HZ,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,2020HZ,3000HZ,行測試，可以很明顯看出當頻率超過 2020HZ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的頻譜圖，對不同的頻率我們也進行了相應測試。經過測試以上所提到的功能