基于虚拟仪器LABVIEW万用表的课程设计

波峰：
波峰因数：
波形因数:
采样频率（也称为采样速度或者采样率)定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹(Ｈｚ）来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间，它是采样之间的时间间隔，所以首先设定适当的采样频率和采样点数。规定是采样频率至少大于最大频率的二倍。为了确保波形稳定应使采样频率和采样点数一致。按下“开始”在上面板上选择信号类型，以及频率、幅值、初始相位。即会在面板上显示其相对应波形。利用DＡQ电压aｏ０，ao１通道与数字示波器ＣＨ1.CH２通道用导线相连接。即会在数字示波器一通道上显示出相对应的波形。
虚拟仪器是1986年美国国家仪器公司(NI)提供的一种新型一起概念。它是计算机技术介入仪器领域所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类。在虚拟仪器中计算机处于核心地位,计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成一个有机整体，仪器的结构概念和设计观点都发生了根本变化。
虚拟仪器技术的实质是利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。其基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。在这里,硬件仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个系统的关键。当基本硬件确定后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。虚拟仪器应用软件集成了仪器的所有采集、控制、数据分析、结果输出和用户界面等功能。使传统仪器的某些硬件甚至整个仪器都被计算机软件所代替。因此从某种意义上说,计算机既是仪器,软件即是仪器。
⑴创建ＤAＱ
⑵在流程图设计窗口中打开【函数】模块,执行【函数】、【exｐress】、【ＤAQ助手】,调入DAQ。
⑶如图2-５在生成信号中选择【模拟输出】、【电压】输出,选择通道ａo0,ａo1后，创建完成。
⑷函数信号输出框图如下图４.２.3所示。
图4.２.3函数信号输入DAＱ初始化
4．
一台仪器设备首先进入人眼帘的便是它的前面板，通过前面板使用者可以获取很多信息，每个按键上的标签符号可以传达出其功能。所以前面板的设计相当重要。其功能键的设计和美观性都相当重要。
3
图３.1软件流程图
4
4
虚拟仪器获取数据的方法是通过对I／Ｏ接口设备的驱动完成的。通过数据采集获取数据是虚拟仪器获取数据的渠道之一，通过数据采集卡获取数据在虚拟仪器中又称为NI-DAQ卡式仪器。
此次虚拟函数信号发生器数据的输入输出靠对数据采集卡输出输入口的定义来实现。本设计采用的SC-2075数据采集卡是一块性价比较好的产品,具备数/模转换的功能，能将产生的数字信号转换成模拟信号且数模转换精度高。同时也可以进行模/数转换。
由于方波信号需要占空比，所以在创建方波信号时需要加入占空比。
图4．２.2 占空比可调的方波设计框图
4.2
DAQ系统经常需要为被测对象提供激励信号,也就是输出模拟量信号。信号发生器的生成和显示通过模拟输出VI:对DＡQ设定信号类型、幅度、频率等;下一步是用DAQ读取采样数据,其中数据波形显示在前面板的信号发生器中,并可调节方波占空比。
3
2月29日
程序设计
４
3月1日
调试程序
5
3月2日
撰写论文,成果验收
2
本次设计的是虚拟的可以显示正弦波、方波、三角波及锯齿波四种波形的函数信号发生器。
创建波形时首先根据题目要求，在LabVＩEＷ函数选版内选择“编程”到“波形”到“模拟波形”子选板下还提供了“波形生成”子选板。选择不同的波形就产生正弦波波形(Sine Wave）、三角波形(Trianｇle Wave）、方波波形（SqurｅWａvｅ)、锯齿波波形(SawtoothWave)四种基本类型信号波形。并且要对这些波形的频率、幅值、初始相位进行可调节控制。其中只有方波有占空比,所以在创建方波时需要加入占空比。
虚拟仪器的软件是其最核心、最关键的部分，其主要功能是对硬件执行通信和控制,对信号进行分析和处理，以及对结果进行恰当的表达和输出等。虚拟仪器的软件开发平台目前主要有两类:第一类是基于传统语言的TurｂｏC，Miｃrｏsoft公司的ViｓｕaｌBａsic，Boｒｌaｎd公司的Ｄelpｈｉ，Ｓybａse公司的ＰowerBｕilder。这类语言具有适应面广、开发灵活的特点,但开发人员需有较多的编程经验和较强的调试能力;第二类用专业图形化编程软件进行开发。如HP公司的VEE,NＩ公司的LaｂVIＥＷ和LａbWiｎdowｓ/ＣVＩ等。NI公司的LabVIEW软件开发平台是一种专业图形化编程软件,采用图形化编程方式，结构流程清晰,但缺点是对硬件的要求较高,比较依赖NI的专用产品，对信号控制方式不够灵活。而LabWｉndoｗｓ/CVI以AＮSIC为核心。将功能强大,使用灵活的Ｃ语言平台与数据采集,分析和表达的测控专业工具有机地接合起来。它的集成化开发平台，交互式编程方法,丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统，自动测量环境，数据采集系统,过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。
由于在虚拟仪器LabVIEW内产生的是模拟信号,所以不需要进行Ｄ／A转化。直接将转化后的信号接入示波器,即可以观察到这几类基本波形。
该函数信号发生器除了可以显示四种基本波形外,还加入了参数计算功能,例如波峰、均值、有效值及波峰因数和波形因数的计算，利用计算公式就可以得出参数数值。其中由于有效值与均值需要积分与微分,所以积分与微分可以在LABVIEW函数选板下的“数学”子选板下的“积分与微分”选板中选择。
⑵执行“函数”、“信号处理”、“波形生成”导入几类基本波形。
⑶执行“函数”、“编程”、“定时”、“等待”操作,调入时钟图标。
⑷连线接入可调节的“信号类型”、“频率”、“幅值”、“初始相位”、“采样频率及采样点数”形成的函数信号发生器的波形产生模块程序框图如图4.3所示。
图４．2．1波形产生模块程序框图
占空比可调波形在ＣH2通道上显示。在面板上有一个开关控制，不搬开关时，其占空比的调节是在控制面板上实现的。而将开关搬下时，控制面板上占空比调节则不再起作用。其占空比控制是靠远程的数据采集卡上调节来实现的。当将数据采集卡的ao1与数字示波器的CH2通道连接。则可以在示波器上观看到相应的波形显示。
6
名称
基本函数发生器（ＢasicＦｕｎｃtiｏｎGｅｎerａtｏr.vi）可产生4种基本信号波形:正弦波、三角波、方波、锯齿波。对于虚拟信号发生器而言,它的主要功能就是为我们提供激励信号，所以在流程图设计中,我们首先要选择产生信号的图标以及循环控制的While循环。
⑴在流程图设计窗口中打开“函数”模块，调入Ｗhile循环,控制程序的运行。以便程序可以连续流畅的运行。
关键词函数信号发生器，数据采集卡,ＬabVIＥＷ,DAＱ卡，示波器
1设计任务描述4
１.1设计题目:ﻩ4
1.2设计要求:5
1.３报告要求：ﻩ５
1.4时间进度安排：ﻩ5
2设计思路ﻩ6
３软件流程图ﻩ7
4各部分程序设计ﻩ8
4.2程序框图设计ﻩ8
4．２．３函数信号输出设计ﻩ１0
4.2.4前面板设计ﻩ10
5ﻩ工作过程分析ﻩ1３
5.
设计中，在调节波形频率时如果直接用外部采集得到的信号,产生波形的频率很低，在示波器上不便于观察波形效果。所以在设计中将采集得到数据放大二十倍后再控制波形信号的频率,使得到波形的频率调节范围更加宽阔，也使的在示波器上能清晰观测。
参数计算为:
信号幅值为: ～ 。
方波占空比为: ~ 。
有效值：
平均值：
首先要建立DAＱ,然后对其进行初始化。操作方法如图4．1.1、图４.1.2所示
(a)初始化前（b)初始化后
图4．1.1建立DＡＱ
图4．1.２ DＡQ初始化
４.2
波形产生是函数信号发生器软件的核心。LABＶＩEW在函数选板的“编程”→“波形”→“模拟波形”子选板下还提供了“波形生成”子选板。然后选择正弦信号、三角波信号、锯齿波信号和方波信号。
还有就是在程序框图的右半部分中对波形的选择,这个选择开关为一个下拉列表，其中在编辑项中插入了四种波形,插入的顺序与条件结构中波形发生器放入的顺序一致。通过下拉列表按键控制四种波形的切换输出。对下拉列表编辑项的设置如图４.１所示。
图５.2下拉列表设置
5.
5．3.１ 简化设计思路
设计过程中使在能完成要求功能以及发挥部分外尽可能简化程序，程序框图中运用了局部变量。整个程序框图看上去就两部分组成：外部数据采集、波形产生输出。这两部分之间就是通过设置的局部变量实现联系的。
4.3
图4.3.1正弦波波形图
图4．３.２锯齿波波形图
图4.３．3方波波形图
图4.3.4三角波波形图
5
5.１ 设计中的程序结构
程序设计中只运用了一种程序结构:条件结构。
条件结构在编程时，将外部控制条件连接至选择端口，程序运行时选择端口会判断送来的控制条件,引导选择结构执行相应框架中的内容。选择条件端口的外部控制条件的数据类型可以是整型、字符型、布尔型等。如果是布尔型,则结构包括真和假分支。
型号
数量
备注
计算机
１
模拟示波器
GＤS-102２
1
数据采集卡
ＳＣ-２07５
１
数据线Βιβλιοθήκη Baidu
1
ＬａbVIEW
８．5
1
7
7.1
DAQ,即数据采集仪器是一种典型的虚拟仪器,它的出现和发展与微型计算机紧密相关。DＡQ仪器以微型计算机为平台,将计算机硬件和计算机软件结合起来,实现特定的仪器测量和分析。ＤAＱ仪器具有性价比高、设计手段灵活、通用性强等优点，应用前景十分广阔。数据采集(DAQ)是通过ＤAＱ卡采集数据和输出数据。通常一块DAQ卡能实现多种功能,其中包括模数转换(A/D)、数模转换(D/Ａ)、数字输入输出(DI／Ｏ)和计算器/定时器功能。
1.2
1)掌握NI-DＡQ使用方法。
2)了解函数信号产生方法。
3） 输出一路占空比可调的方波信号，一路函数信号（输出信号类型可选择）。
1.3
（1）．课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体,一般不应少于３000字。
（２)．学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文)撰写规范》执行。应做到文理通顺,内容正确完整,书写工整,装订整齐。
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目：基于Labvieｗ的万用表的设计
系 别自控系班级测控本091
学生姓名学号
指导教师职称教授
课程设计进行地点:实训F430
任 务 下 达 时 间： 201２年 ２月27日
起止日期：2012年２月２7日起——至2012年3月2日止
教研室主任年 月 日批准
摘 要
虚拟仪器技术的实质是利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能,在许多方面具有传统仪器所没有的优越性,在实验教学和工程领域具有极大的应用潜力。实验表明,设计的虚拟函数信号发生器输出信号性能优于普通传统的信号源。
图5．1.1条件结果框图
选择框架的个数可以根据实际需要确定,在选择框架的右键弹出菜单中选择【在后面添加分支】或【在前面添加分支】,即可添加选择框架。
本设计中用到了两个条件结构，第一个条件结构控制函数信号发生器的开与关。当开关打开后,函数信号发生器开始工作,条件结构为真时,它的里面是对波形参数调整的数据采集ＤＡQ,也就通过幅频切换开关对波形进行调幅和调频切换选择,使采集到的外部数据引入不同的波形参数通道，起到改变波形的目的。
（３）.论文要求打印，打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。
（4).课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
1.4
顺序
阶段日期
计 划 完 成 内 容
备注
１
2月２7日
教师讲解题目，学生查阅相关资料
2
２月2８日
进行方案论证，确定程序流程,熟悉NI－DAQ使用方法
第二个条件结构外部控制条件的数据类型是整型,在这个条件结构中共有四个选择框架，在每个选择框架中分别放置个相应函数发生器，并通过外部控制条件的选择产生四种不同波形。
图5.1.2波形切换时程序框图
5
首先,布尔选择按钮有两种状态“开”、“关”，对应条件结构中的“真”、“假”。当按下布尔按钮时，函数信号发生器就开始工作。
5.1设计中的程序结构ﻩ13
５.2切换开关的介绍1４
5.３程序简化设计及波形参数计算ﻩ１4
５.3.１简化设计思路１4
5.3．2参数计算14
7ﻩ主要元器件介绍１7
7．1 DAＱ数据采集卡17
7.2模拟示波器17
７.3 LａbVIEW简介ﻩ18
参考文献21
附录Ⅰ22
附录Ⅱ23
1
1.
设计基于Labview的函数信号发生器的设计。