多路信号发生器 和 双通道虚拟示波器设计 (22)

虚拟仪器
课程设计报告
设计题目：
1、多路信号发生器
2、虚拟示波器
虚拟仪器课程设计
一、虚拟仪器简介
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。

自80年代后期出现以来，已经得到了极大地发展，他的兴起为仪器制造商、仪器用户提供了前
所未有的施展各自才能的领域，仪器不再是制造商的独自天下，从而真正体现了“仪器的使用者就是设计者，软件就是仪器”的新观念。

世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。

使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。

虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。

使用labview开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为VI。

VI包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。

程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。

在程序前面板上，输入量被称为控制（Controls），输出量被称为显示（Indicators）。

控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使得前面板直观易懂。

Labview图形化编程语言的出现终于把人们-尤其是工程师和科学家们从繁杂的编程工作中解放放出来，是他们能够真正专心于自己所关注的事情。

通过labview图形化编程环境，编程者可以像搭积木一样“搭建”所见即所得的程序界面，而程序的执行内容则由一个个表示函数的图标和图标之间的数据流连线构成。

这不仅使得编程者不再需要记忆纷繁复杂的语法和函数原型，更使编写程序的过程与工程师们的思维习惯相符合，从而使编写程序的过程也变得生动起来。

因此，在现代社会能够熟练使用labview编程并解决一些实际问
题，将对一个人的发展奠定一个很好的基础，也将称为强大的生存工具。

二、Labview实际设计实例：
（一）多路信号发生器的设计：
1、设计题目：多路信号发生器
2、实验目的：通过对信号发生器的设计，加深对labview的认识，
熟练掌握labview8.5的操作方法，认识几种波形发生方法，掌
握数据采集系统的设计理念，学会利用ni板卡实现实验要求。

3、实验要求：
1）可输出双路正弦波（方波、三角波）信号，其相位差可调。

2）信号的频率、幅值、占空比可调
4、设计思想：
利用两个“基本函数发生器”产生正弦波、三角波、方波、锯齿波信号并实现单多通道波形的输出，用一个条件循环实现两个通道波形的选择和通道的切换，通过数值输入控件对信号的幅值、频率、占空比、相位进行控制，程序的最外层加一个while循环实现波形持续产生。

用DAQ采集卡实现模拟信号的输出。

5、设计过程：
1）打开labview8.5软件，在白色程序编辑区编辑实现程序。

2）两个函数基本发生器的设计：
在空白区右键单击，从Express中找到基本函数发生器
，将其拖到编程区，根据要求设定参数如图所示：
同理设计另一个一样的发生器（图略）
3）通道选择：
涉及三个选项，通过这几个选项实现通道的选择，同时每个通道中程序设计币一样
4）模拟通道设计：
使用DAQmx底层VI进行数据采集
5）其中1）、创建虚拟通道函数：通过给出所需的目标通道名称以及物理通道连接，用来在程序中创建一个通道。

使用DAQmx 的DAQmx Create Channel VI创建和初始化一个计数器输出通道，用来产生指定频率的脉冲。

选择合适的输入参数，包括：Duty Cycle, Frequency, Counter(s), Idle State and Initial Delay.
注意：本实验中要用模拟信号输出，所以要把下拉菜单改为AO
V oltage。

2）、定时设定VI：DAQmx定时VI配置了任务、通道的采样定时以及采样模式，并在必要时自动创建相应的缓存。

使用DAQmx Timing VI 来配置脉冲产生的持续时间。

像脉冲序列的产生这类没有采样时间的需求的应用，必须使用Implicit instance。

另外，选择“Continuous ”作为采样模式。

3）、DAQmx Write.VI：可以将需要采集卡生成的数据写入到任务中，这个VI 通常用于Analog/Digital Output 等线程
4）Start Task.vi ：在通道、定时、触发等硬件配置完成后，开始采集任务，也就是线程一旦流过DAQmx Start Task.vi，采集卡硬件就开始按照前面的配置执行。

DAQmx 线程的信息都是通过“task in/out”引脚进行传
递，需要结束时，可以放置DAQmx Stop Task.vi。

5）调用DAQmx Clear Task VI 来清楚该任务。

6）使用Add a Wait Until Next Millisecond Multiple VI 检查和显示错误。

本实验需要模拟输出，其思想是：
设定定时和缓冲———向缓冲写数据———开始输出———写出采样值———继续写出采样（是，继续写；否，停止输出）———显示错误。

6、结果显示：
1）首先看单通道的实现结果，单击控制面板上的运行按钮，然后打开桌面上蓝色图标DAQ助手单击接收信号标
签，调整ai1/ai0、continual、res，可以观察到波形：
可以通过调节前面板的幅值、频率等观察波形的变化。

2）点击切换按钮，切换到多通道，前面板波形出现在示波器上
继续打开daq助手观察接收到的波形：
7、本实例可以作为函数信号发生器使用并且幅值，频率、占空比等的设定。

（二）虚拟示波器的设计
1、设计题目：虚拟示波器
2、实验目的：
通过实验，更深入了解虚拟仪器的基本概念和原理，掌握利用labview、ni 板卡等软、硬件完成虚拟仪器的相关设计的方法和步骤。

了解虚拟仪器在解决实际问题时的应用。

利用所学的知识设计虚拟示波器来接受外部信号，简介掌握示波器的工作原理。

3、实验要求：
利用实验室现有的条件实现虚拟示波器的设计，包括顶层VI的设计和ni 板卡的连线。

实验中，我们要达到的效果是实现波形的正常显示、实现波形的存储功能、实现波形的回放功能。

在实验中注意培养自己的动手能力，程序调试的能力，碰到缺少的知识点及时补充，真正达到实验的目的。

4、设计思想：
虚拟示波器控制软件主要完成如下任务：与硬件（数据采集卡）连接；控制设备正确工作；实现信号的实时显示和存储；对信号进行再现、分析等后续处理。

原理框图如下：
图形框用来显示被采样信号的波形，文本框用来显示采样的波形参数和波形上某些点的当前位置。

启动采样按钮驱动采样设备开始采样，
由控制软件对数据采集卡送来的数据进行数据处理，完成波形显示，参数测量、频谱分析等功能。

4、设计过程：
a)启动labview8.5软件，在程序框图面板进行程序框图设计。

本
人首先设计的是模拟通道。

在实验一中我们介绍了创建虚拟通道函数、定时设定VI、
DAQmx Write.VI、Start Task.vi的功能和结构，这里就不再列写了，只介绍一下DAQmx读取VI：DAQmx读取VI从特定的任务或者通道当中读取数据，指出VI所返回的数据类型，一次读取一个单点采样还是读取多点采样，以及从单通道读取还是从多通道中读取数据。

于是整个的模拟量输入通道实现结果如下：
b)通道选择设置：设计一个条件结构进行连接，添加分支得到三个条件分
支，可以相应的输出通道一、二和双通道。

在这个外侧加上while语句，以便生成连续信号。

在条件框图的右侧添加波形显示控件
双通道是一个捆绑数据，通道一、二必须要进行数据转换
c)数据的统计
双击这个控件得到配置统计界面，选择相应的选项，创建相应的显示控件，在前面板上出现向相应的输出框。

将统计控件的输入端连接在条件框图的波形显示输出端上。

d)波形的存储与回放：
利用条件选择框控制波形的存储与回放，在框内分别置入“写入测量控件和读入测量控件”
e)示波器x、y轴的实时调整：
通过输入控件调整波形，已达到最好的显示效果，对于数据的分析与研究有很好的辅助作用。

f)程序框图的调整、运行、除错处理：
点击运行按钮，观察运行结果，如果出错，调出出错位置并进行初步改正，直到程序能够顺利进行。

对纷繁杂乱的连线重新布置，便于程序的回看
查错。

g)前面板调整，美化：
利用express以及右键单击菜单中的美化工具进行美化处理。

5、设计实例的实现方法即结果显示：
1）首先，打开实验一中我们设计好的多路信号发生器，利用它产生波形
2）产生单路信号，打开示波器前面板，点击运行按钮。

调节各个控制按钮，找到波形的最佳显示效果。

我们得到的波形如图所示：
点击存储按钮，对波形进行存储，等待进行回放。

过一段时间后，我们点击回放按钮，会看到显示：
3）将多路信号发生器切换到多通路模式，并发出波形（通过调节波形按钮调节输出的波形），同时，按下存储按钮进行波形存储，稍等片刻再按下回放按钮，观察到波形为：
三、设计总结：
通过实验，我充分认识了labview这款软件，了解了它作为图形化编程工具的强大之处。

实验一中，通过设计多路信号发生器，掌握了基本信号发生器的设计，并且知道了多路的实现方法，回顾了条件结构的基础知识，对其有了更深的了解。

实验二中，通过对虚拟示波器的设计，充分理解了示波器的工作原理，掌握了模拟输入输出通道的建立方法。

实验中还增强了自己的动手查错能力，每个实验在建立起时都不会是完全正确（除非非常简单的程序设计），这就需要我们耐下心来，认真查找错误，实现实验应有的效果。

两个实验基本上都达到了实验要求，并且我已将尝试完用多路信号发生器发出波形，用虚拟示波器进行输出。

虚拟示波器有时显示不是很稳定，由于时间问题就没有充分调整好，以后再花一点时间把虚拟示波器在完善一下，力争做到完美。

四、学习心得：
时间过得真快，这一学期的labview课就要结束了，通过这一学期的学习，我从一个完全的labview盲到掌握了很多labview的设计理念。

刚开始，还没有接触软件，没有实际操作，在课堂上学习，总会出现很多问题，自己看书也是很多地方一头雾水，但是通过这次期末课程设计，我找到了学习的方法，时间永远是检验真理的唯一标准。

在实验中，我经常会碰到很多棘手的问题，有时候不管怎么样去做都做不好，后来通过自己稳定情绪，再把问题自己屡一遍，发现了问题的所在。

因此，以后不管做什么事情，都要沉着应对，脑子里要不断提醒自己一定要保持头脑清醒，不要怕有错误，或许每个错误都是对你的极大帮助。

在实验一中，刚开始确实是一点头绪都没有，但是通过老师的讲解，再通过课件上的例子，逐渐理解了其设计原理，并经过反复的实验，不断往实验要求上去靠近，最终实现了实验的全部要求，不仅达到了设计的要求，而且还尝试了一些别的方法，证明了方法的正确性。

在实验二中，我很长时间都困惑于他的设计原理，还是通过不断地尝试，不断地试验，基本上实现了实验要求。

过程虽然艰难，但是收获却是无价的。

这几天的实验让我获益颇丰，特别是每天晚上做梦都是实验的内容，早上不到7点就要去排队占机器，好久都没有这样强烈的求知欲望了。

作为准备考研的我，这种锻炼还是非常需要的，在以后的考研复习中我会注重自己这种强烈的求知欲望，让自己更加强大，用嘴饱满的热情迎接各种挑战。

五、参考文献：
1、《LabVIEW8.20程序设计从入门到精通》清华大学出版社陈锡
Labview课程设计
辉
2、《LabVIEW学习札记》
3、北京中科泛华测控技术有限公司网站资料
4、老师课件
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