基于ELVIS交通信号灯设计说明

目录

第1章绪论 (1)

1.1 研究的目的和意义 (1)

1.2 国外研究现状 (1)

1.3 主要研究容与实施方案 (1)

第2章 ELVIS的概述 (3)

2.1 ELVIS的简介 (3)

2.1.1 12款集成仪器 (4)

2.1.2 NI ELVIS 的基础 (7)

2.2 NI ELVIS 硬件结构及其工作原理 (7)

2.2.1 NI ELVIS原型实验板 (7)

2.2.2 ELVIS平台工作站 (8)

2.2.3 NI ELVIS 硬件的组装以及DAQ硬件 (9)

2.2.4 NI ELVIS 硬件测试 (11)

2.2.5 配置NI ELVIS软件 (11)

2.3 ELVIS应用与发展 (12)

2.3.1 NI ELVIS的USB接口 (12)

2.3.2 ELVIS平台在高校教学中的创新应用 (12)

2.3.3 ELVIS实验平台的发展 (14)

第3章 LabVIEW 软件的使用及交通信号灯的设计及仿真 (15)

3.1 LabVIEW简介 (15)

3.1.1 LabVIEW的特点与优势 (15)

3.1.2 labview的开发环境 (16)

3.2 LabVIEW通信号灯的设计及仿真 (17)

3.2.1交通灯介绍 (17)

3.2.2 交通信号灯原理 (17)

3.2.3虚拟交通信号灯的仿真 (17)

第4章交通信号灯在ELVIS硬件的实现 (24)

4.1 基于ELVIS交通信号灯硬件设计方案 (24)

4.2 ELVIS硬件LED连线 (24)

4.3 LED显示情况 (24)

结论 (28)

致 (29)

参考文献 (30)

第1章绪论

1.1 研究的目的和意义

NI ELVIS是将DAQ（数据采集）硬件和LabVIEW软件组合成的一个虚拟仪器教学实验装置，包括硬件和软件两部分，其硬件包括可运行LabVIEW的计算机、DAQ设备、68针电缆、平台工作站和原版实验板；软件包括LabVIEW开发环境、NI-DAQ、SFP仪器和可针对ELVIS硬件进行程序设计的一系列LabVIEW API。平台工作站和DAQ设备一起建立了一个完整的实验系统，工作站控制面板提供了旋钮调节的函数发生器、可调电源和SFP仪器(示波器和数字万用表)的BNC 和香蕉型接口。数据采集卡用于实现电路中的实测信号和LabVIEW程序产生信号的传递。原型实验板连接在平台工作站上，为用户提供一个组建电路的平台。NI ELVIS软件可在SFP仪器间传送平台工作站上信号。NI ELVIS拥有12种精密仪器，这些仪器基于NI LabVIEW图形化系统设计软件，具有USB即插即用功能，并且允许进行快速简单的测量采集与显示。本设计利用了NI ELVIS实现了在LabVIEW实验中虚拟仪器的仿真功能。研究城市交通信号系统具有一定的学术价值和实用价值，适应未来城市的交通的发展。

1.2 国外研究现状

在国，NI ELVIS平台集成有常用实验仪器该平台集成有波形发生器、示波器、数字万用表、可变电源等，同时NI ELVIS可根据课程需要开发和购买不同功能的实验板建立通信、自动控制、物理等不同学科的实验室。实验实现原理简单NI ELVIS平台具备数据采集功能，可直接把模拟信号输入计算机。

在国外，美国国家仪器仪表（National Instruments，简称NI）近日发布最新NI ELVIS II设计与原型平台，作为一款简单、集成的系统，它可以将理论与实际应用相联系，这对于实验室和院校教学来说是理想的选择。新款NI ELVIS系列集成了一款板载100MS/s示波器，并配备一系列的新款附加板卡，拓展了仪器和电路应用。利用已广泛应用于全球工业和研究院校中NI LabVIEW 图形化系统，设计虚拟仪器技术动手学习课程更为方便。NI ELVIS开放式的配置性能，为众多高级课题项目提供了一个高性价比的、可拓展的教学和原型平台。

1.3 主要研究容与实施方案

（1）硬件设计：首先，在NI ELVIS面包板上双向十字路口的位置上分别安装两组红色、黄色、绿色的LED。然后，将6个LED的阳极按对应关系分别接

到原形板上的数字I/O插槽，每个LED都由8位并行端口中的一个二进制位进行控制，再将LED的阴极通过电阻接到数字地。利用NI ELVISmx Digital Writer 数字输出程序模拟十字路口LED灯亮情况．并找出各周期对应的8位二进制代码。

（2）软件设计：首先，利用“Measurement&Automation”（简称Max）软件进行设备接口和物理通道的设置。在Max的设备和接口中找出本例所用的数据采集卡，并完成相关设置；在数据邻居中新建物理通道，选择M1-DAQmx任务-Genetrate Signals-Digital Output-Line Output，在Line Output列表中选择相应通道。然后．利用LabVIEW软件编写应用程序。程序框图设计采用while、循环结构，For循环结构和条件结构，之后选择“NI ELVISmx Digital Write”函数，通过输入控件来实现红绿灯时间设置和调整．

利用NI ELVIS 实验平台，对交通灯实验平台进行仿真，调试，并将结果显示在LabVIEW的界面上,如图1-1所示：

图 1-1 设计实施方案

第2章 ELVIS的概述

本章将介绍NI ELVIS自带的12款集成仪器，这12款集成的虚拟仪器可以进行在ELVIS平台上实际电路的参数测量和相关之路的波形分析等，如进行波形的功率谱，时域和频域的分心等等，此外，还将介绍如何进行NI ELVIS的测试和NI ELVIS如何和12款仪器起来的，这是本章的重点，还将要简单的介绍下ELVIS的应用领域。

2.1 ELVIS的简介

2003年，美国国家仪器公司提出一种全新的设计、测试及教学电路方法。首次使用户可以从运行于计算机上的标准测试仪器完整套装中受益，并能将这些仪器与设计于小型测试站，即美国国家仪器公司教学实验室虚拟仪器套装(NI ELVIS)上的电路直接连接。它尺寸小、灵活性高的特点使其成为模拟、数字电路课程的热门选择，可与许多固定仪器相连接，成为课堂中有效的演示平台。NI ELVIS II与全新驱动软件NI ELVISmx配合使用更佳。它具有更轻的重量、更好的控制布局、更多的接口、集成数据采集设备、及高速USB连接性。也就是说，如果用户的多台计算机上均装有NI ELVISmx软件，就可以在用户的办公室电脑、家庭电脑、教室中的笔记本，甚至朋友的电脑上使用NI ELVIS II。

NI教学实验室虚拟仪器套件（NI ELVIS）是动手设计与原型设计平台，它集成了最常用的12个仪器—包括示波器、数字万用表、函数发生器、波特图分析仪等等，将它们集成在适合于硬件实验室或课堂的使用中。100 MS/s的示波器选项可以用于NI ELVIS II+中。基于NI LabVIEW图形化系统设计软件，带有USB即插即用功能的NI ELVIS提供了虚拟仪器的灵活性，并且允许进行快速简单的测量采集与显示。该硬件平台适用于一年级直至四年级的课程，帮助教师教授不同的课程概念，包括测量与仪器、模拟与数字电路、控制与机电一体化、电信与嵌入式理论等。NI ELVIS是NI电子学教育平台的集成配件，它将NI ELVIS的原理图与SPICE仿真环境结合在一起。学生可以将在教科书中学习的概念应用到LabVIEW中，从而通过对电路行为和交互式电路建模进行学习。他们在LabVIEW环境中可以使用NI ELVIS仪器，通过鼠标点击，将仿真与实际测量结果进行比较，不仅如此，在LabVIEW和LabVIEW SignalExpress中还能够完成更为复杂的分析。

教育工作者可以使用NI教学实验室虚拟仪器套件系统（NI ELVIS），来进行电路设计、仪器、控制、电信和嵌入式/单片机课程的理论中的教学。最新推出的NI ELVIS II+现在具有100MS/s的示波器，使得诸如对更用来开发高频率