毕业设计(论文)-labview的虚拟函数信号发生器设计.doc
《毕业设计(论文)-labview的虚拟函数信号发生器设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)-labview的虚拟函数信号发生器设计.doc(43页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、宿迁学院毕业设计说明书 第 1 页 摘要摘要 基于专业虚拟仪器开发工具 Labview,设计了一虚拟函数信号发生器。该虚拟 函数信号发生器能够产生正弦波、三角波、方波、锯齿波等波形,频率动态范围较 宽且可微调。 LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是一种图形化的编程语言, 它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器 控制软件。LabVIEW 集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 协议的硬件及 数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用 TCP/IP、ActiveX 等软件标
2、准的 库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器, 其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。 图形化的程序语言,又称为“”语言。使用这种语言编程时,基本上不写程 序代码,取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程 师所熟悉的术语、图标和概念,因此,LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。它 可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力,提供了实现仪器编程和数据采集系 统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时,可以大大提 高工作效率。 利用 LabVIEW,可产生独立运行的可执行文件,它是一个真正的位编译器。 像许多重要的
3、软件一样,LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的 多种版本。 虚拟仪器的主要特点有: 1.尽可能采用了通用的硬件,各种仪器的差异主要是软件。 2.可充分发挥计算机的能力,有强大的数据处理功能,可以创造出功能更强的仪 器。 3.用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器 关键词:labview 示波器 函数发生器 宿迁学院毕业设计说明书 第 2 页 目录目录 一设计要求与任务一设计要求与任务5 1.1.选题的性质与目的5 1.2 具体要求与任务5 二虚拟仪器概述二虚拟仪器概述5 2.1.虚拟仪器的概念5 2.2 虚拟仪器的构成.6 2.3 虚拟仪器的优
4、点.8 2.4 虚拟仪器的现状10 2.5 虚拟仪器的发展趋势.11 三三. 信号处理与分析信号处理与分析.12 3.1 概述.12 3.2 数字信号处理数字信号处理.15 3.2.1 FFT 变换15 3.2.2 窗函数.15 3.3 谐波失真与频谱分析.16 3.3.1 数字滤波.17 3.3.2 IIR 和 FIR 滤波器 19 3.3.3 曲线拟合.20 四四 虚拟示波器的原理虚拟示波器的原理21 4.1 低频信号发生器及其应用21 4.2 低频信号发生器的工作原理22 五信号发生器的五信号发生器的 VI 设计设计.22 5.1 信号发生器的前面板22 5.2 信号发生器的程序框图23
5、 5.3 信号发生器实验23 六六 虚拟示波器的原理虚拟示波器的原理25 6.1 示波器波形显示原理26 6.2 通用示波器的组成部分.26 6.3 数字示波器的基本原理.31 6.3.1 数字示波器基本原理.31 6.3.2 数字示波器基本方框图32 宿迁学院毕业设计说明书 第 3 页 6.4 虚拟示波器的工作原理.33 七虚拟滤波器的七虚拟滤波器的 VI 设计设计.35 7.1 虚拟滤波器的前面板35 7.2 虚拟示波器的程序框图36 7.3 示波器实验36 八小结八小结40 九九.参考文献:参考文献:.41 十致谢十致谢42 前前 言言 虚拟仪器(virtual instrumentio
6、n)是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切 宿迁学院毕业设计说明书 第 4 页 结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式,一种是将计 算机装入仪器,其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大 以及其体积的日趋缩小,这类仪器功能也越来越强大,目前已经出现含嵌入式系统 的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托, 实现各种仪器功能 LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是一种图形化的编程语言, 它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器 控制
7、软件。 利用 LabVIEW,可产生独立运行的可执行文件,它是一个真正的位编译 器。像许多重要的软件一样,LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、 Linux、Macintosh 的多种版本。 宿迁学院毕业设计说明书 第 5 页 一设计要求与任务 1.1.选题的性质与目的选题的性质与目的 用 Lab view 构建一个虚拟试验系统仿真函数发生器和虚拟双踪示波器。 从现实的意义上来说,在高等工程教育中采用虚拟实验室,可以从根本上解决 实验与实习经费严重短缺问题。作为传统电子技术实验的补充,使学生初步掌握仿 真软件技术,可使实验内容紧密联系课本内容,比较全面地概括和反映部分所学的 知识点
8、,将课程内容具体化。 同时,利用虚拟仪器技术实现对仪器设备的远程与分布式控制。一方面继承实 物实验可操作性和参与性强的优点,另一方面又可利用计算机优势,发挥其直观、 动态模拟、迅速准确、资源共享、资金投入少等特点,从而建立一种新型的实验教 学方式,进一步提高教学效率。 1.2 具体要求与具体要求与任务任务 学习 labview 的软件的基本功能及适用。 制作简单的 vi,熟悉 labview 的使用。 复习相关知识,信号发生器、滤波器原理。 设计仿真程序 信号发生器的前面板、框图程序 虚拟示波器的前面板、框图程序。 二虚拟仪器概述 2.1.虚拟仪器的概念虚拟仪器的概念 虚拟仪器是指通过应用程序
9、将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起来, 用户可以通过友好的图形界面(通常叫做虚拟前面板,简称前面板)来操作这台计 算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样,从而完成对被测信号的 采集、分析、判断、显示、数字存储等。虚拟仪器以透明的方式,通过软件对数据 的分析处理、表达以及图形化用户接口,把计算机资源(如微处理器、显示器等) 和仪器硬件(如 A/D、D/A、数字 I/O、定时器、信号调理等)的测试能力和控制能 宿迁学院毕业设计说明书 第 6 页 力结合起来。虚拟一起突破了传统仪器以硬件为主体的模式,实际上使用者是在操 作具有测试软件的电子计算机进行测量,犹如操作一台虚设的电子仪器
10、。 虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功 能。软件是虚拟仪器的关键,当基本硬件确定以后,就可以通过不同的软件实现不 同的功能。用户可以根据自己的需要,设计自己的仪器系统,满足多种多样的应用 要求。利用计算机丰富的软、硬件资源,可以大大突破传统仪器的数据的分析、处 理、表达、传递、存储等方面的限制,达到传统仪器无法比拟的效果。它不仅可以 用于电子测量、测试、分析、计量等领域,而且还可以用于进行设备的监控以及工 业过程自动化。虚拟仪器还可以广泛用于电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、 声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面。 2.2 虚拟仪器的构成虚拟仪器的构成 虚
11、拟仪器从构成要素上讲,由计算机、应用软件和仪器硬件等构成;从构成分 式上讲则由以 DAQ 板和信号调理为仪器硬件而组成的 PC-DAQ 测试系统,或已 GPIB,VXI,Serial 和 Field bus 等标准总线仪器为硬件组成的 GPIB 系统、VXI 系 统、串口系统和现场总线系统等多种形式。虚拟仪器的构成如图 1.1 所示。 目前,虚拟仪器的构成方式有以下几种: (1)PC-DAQ 插卡式的 VI 这种方式用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件,便可构成各种数据采 集和虚拟仪器系统。它充分利用了计算机的总线、机箱、电源以及软件的便利,其 关键在于 A/D 转换技术。这种方式受 PC
12、 机机箱、总线限制,存在电源功率不足, 机箱内噪声电平较高、无屏障,插槽数目不多、尺寸较小等缺点。随着基于 PC 的 工业控制计算机技术的发展,PC-DAQ 方式存在的缺点已经和正在被克服。因个人计 算机数目非常庞大,插卡式仪器价格便宜,因此其用途广泛,特别适用于工业测控 现场、各种实验室和教学部门使用。 (2)并行口式的 VI 最新发展的可连接到计算机并行口的测试装置,其硬件集成在一个采集盒里或 探头上,软件装在计算机上,可以完成各种 VI 功能。它的最大好处是可以与笔记 本计算机相连,方便野外作业,又可与台式 PC 相连,实现台式和便携式两用,非 宿迁学院毕业设计说明书 第 7 页 常方便
13、。 (3)GPIB 总线方式的 VI GPIB(General Purpose Interface Bus)技术是 IEEE488 标准的 VI 早期的发 展阶段。它的出现使电子测量由独立的单台的手工操作向大规模自动测试系统发展。 典型的 GPIB 系统由一台 PC 机,一块 GPIB 接口卡和若干台 GPIB 仪器通过 GPIB 电 缆连接而成。在标准情况下,一块 GPIB 接口卡可带多达 14 台的仪器,电缆长度可 达 20m。 GPIB 技术可以用计算机实现对仪器的操作和控制,代替传统的人工操作方式, 很方便的把多台机器组合起来,形成大的自动测试系统。GPIB 测试系统的结构和命 令简单
14、,造价较低,主要市场在台式仪器市场。适用于精确度要求高,但对计算机 速率要求和总线控制实时性要求不高的场合应用。 (4)VXI 总线方式的 VI VXI 总线是 VMEbus eXtension for Instrumentation 的缩写,是高速计算机总 线 VME 在 VI 领域的扩展,有稳定的电源,强有力的冷却能力和严格的 RFI/EMI 屏 蔽。由于它的标准开放,且具有结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模 块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点,得到广泛的应用。经过多年的发展, VXI 系统的组建和使用越来越方便,有其他仪器无法比拟的优势,适用于组建大、 中规模自动测量系统以及
15、对速度、精度要求高的场合,但 VXI 系统要求有专用的机 箱、零槽管理器及嵌入式控制器,造价比较高。 (5)PXI 总线形式的 VI PXI 总线是 PCI eXtension for Instrumentation 的缩写,是 PCI 在 VI 领域 的扩展。这种新型模块化仪器系统是在 PCI 总线内核技术上增加了成熟的技术规范 和要求形成的,具有多板同步触发、精确定时的星形触发、相邻模块间高速通讯的 局部总线以及高度的可扩展性等优点,适用于大型高精度集成系统。 (6)网络接口方式的 VI 尽管 Internet 技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起, 不过 NI 等公司已经
16、开发了通过 Web 浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品,使人 们可以通过 Internet 操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性,我们能够方便的将虚 宿迁学院毕业设计说明书 第 8 页 拟仪器组成计算机网络。利用计算机网络将分散在不同地理位置不同功能的设备联 系在一起,使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享,减少了设备重复投资。现 在,有关 MCN(Measurement and Control Networks )方面的标准正在积极进行, 并取得一定的进展。由此可见,网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。 (7)USB 接口方式的 VI Universal Serial Bus(USB)因为其在
17、PC 机上的广泛使用、即插即用的易用 性和 USB2.0 高达 480Mbits/s 的传输速率,逐渐的成为仪器控制的主流总线技术。 现在计算机上的 USB 接口越来越多,也使得工程师可以很方便的将基于 USB 的测量 仪器连接到整个系统中。但是 USB 在仪器控制方面上亦有一些缺点。比如说 USB 的 排线没有工业标准的规格,在恶劣的环境下,可能造成数据的丢失,此外,USB 对 排线的距离也有一定的限制。 无论哪种 VI 系统,都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑,台式微机和工作站等 各种计算机平台加上应用软件而构成的。 显示器 信号分析及处理器入机接口各类接口 A/D 转 换器 数据 发生器 信
18、号 调理器 信号 调理器 输入 信号 D/A 转 换器 信号 调理器 信号 输出 图 2-1 虚拟仪器的结构 2.3 虚拟仪器的优点虚拟仪器的优点 一台性能优良的虚拟仪器不仅可以实现传统仪器的大部分功能,而且在许多方 宿迁学院毕业设计说明书 第 9 页 面有传统仪器无法比拟的优点,如使用灵活方便、功能丰富、价格低廉、可一机多 用、可重复开发等。与传统仪器相比虚拟仪器主要有以下几个优点: (1)融合了计算机强大的硬件资源,突破了传统仪器在数据处理、显示、存 储等方面的限制,大大增强了传统仪器的功能。而且高性能处理器、高分辨率显示 器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置。 (2)利用计算机丰富的
19、软件资源,一方面,实现了部分仪器硬件的软件话, 节省了物质资源,增加了系统的灵活性;一方面,通过软件技术和相应的数值算法、 实时、直接的对测量数据进行各种分析和处理;另一方面,通过图形用户界面 (Graph User Interface)技术,真正做到界面友好,人机交互。 (3)基于计算机总线和模块化仪器总线,使仪器的硬件实现了模块化、系列 化,大大缩小了系统的尺寸,可方便的构建模块化仪器(Instrument on a Card) 。 (4)基于计算机网络技术和接口技术,使 VI 系统具有方便、灵活的互联能力, 广泛支持诸如 CAN,Field Bus,PROFIBUS 等各种工业总线标准。
20、因此,利用 VI 技 术可方便的构建自动测试系统(ATS,Automatic Test System) ,实现测量、控制 过程的网络化。 (5)基于计算机的开放式标准体系结构。虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、 模块化、可重复使用及互换性等特点。因此,用户可以根据自己的需要选择不同厂 家的产品,使仪器系统的开发更为灵活、效率更高,缩短了系统组建和维修的时间。 下表是虚拟仪器与传统仪器的比较。 表 1-1 虚拟仪器与传统仪器的比较 虚拟仪器传统仪器 开放、灵活,可与计算机技术保持同步发展封闭性、仪器间相互配合较差 关键是软件,系统性能升级方便,通过网络下载 升级程序即可。 关键是硬件,升级成本较高
21、,且升级必须上门 服务。 价格低廉,仪器间资源可重复利用率高价格昂贵,仪器间一般无法相互利用 用户可定义仪器功能只有厂家能定义仪器功能 可以与网络及周边设备方便互连与其他设备仪器的连接十分有限 宿迁学院毕业设计说明书 第 10 页 软件使得开发和维护费用降至最低开发和维护开销高 技术更新周期短(1-2 年)技术更新周期长(5-10 年) 数据可编辑、存储、打印数据无法编辑 2.4 虚拟仪器的现状虚拟仪器的现状 虚拟仪器技术目前在国外发展很快,以美国国家仪器公司(NI 公司)为代表的 一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。近年来, 世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟
22、仪器开发平台软件,以便使用者利用这些 公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统,并编制测试软件。最早 和最具有影响力的开发软件,是 NI 公司的 LABVIEW 软件和 Lab windows/CVI 开发 软件。LABVIEW 采用图形化编程方案,是非常实用的开发软件。Lab windows/CVI 是为熟悉 C 语言的开发人员准备的、在 windows 环境下的标准 ANSI C 开发环境, 除了上述优秀的开发软件之外,美国 HP 公司的 HP-VEE 和 HPTIG 平台软件,美国 Tektronix 公司的 Ez-Test 和 Tek-TNS 软件,以及美国的 HEM Dat
23、a 公司的 Snap- Master 平台软件,也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。当今虚拟仪器的 系统开发采用的总线包括传统的 RS232 串行总线、GPIB 通用接口总线、VXI 总线, 以及已经被 PC 机广泛采用的 USB 串行总线和 IEEE1394 总线(即 Fire wire,也叫 做火线) 。世界各国的公司,特别是美国 NI 公司,为使虚拟仪器能够适应上述各种 总线的配置,开发了大量的软件以及适应要求的硬件(插件) ,可以灵活的组建不 同复杂程度的虚拟仪器自动检测系统。虚拟仪器开发商不仅注意使虚拟仪器能够适 应各种通用计算机总线系统,使之为虚拟仪器服务,而且也注意建立各种
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 labview 虚拟 函数 信号发生器 设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-3281337.html