毕业论文设计-基于labview的虚拟示波器设计

毕业论文设计-基于labview的虚拟示波器设计内容摘要：

对象弹出菜单工具 :用左鼠标键可以弹出对象的弹出式菜单。 漫游工具 :使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游 断点工具 :使用该工具在 VI 的框图对象上设置断点。 探针工具 :可以在框图程序内的数据流线上设置探针。 程序调试员可以通过控针窗口来观察该数据流线上的数据 变化状况。 颜色提取工具 :使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象。 颜色工具 :用来给对象定义颜色。 它也显示出对象的前景色和背景色。 6 自动选择工具 控件选板 图 24 控件选版 控件选板拟仪器的面板是通过软件实现的。 就是 LabVIEW 将传统仪器上的各种旋纽、开关 .、显示屏等所有可能涉及到的操作部件，都做成外形相似的“控件”分类存于控制模板上。 设计仪器模板时，只需根据需要选择合适的“控件”放在面板相应的位置上即可。 每个图标代表一个子模板 (如图所示 )。 控制模板可以用 Wind。 ， s 菜单 的 ShowControlsPalette 功能打开它，也可以在前面板的空白处 ,点击鼠标右键，以弹出控制模板。 它只有当打开前面板窗口时才能调用 函数选板 图 25 函数选板 7 图 26 函数选板子选板 函数选板编程子选板功能模板就是 LabVIEW 将传统仪器上的各种测试功能、信号分析文件操作以及输入 /输出 (1/0)接口设备的驱动做成可供直接调用的库函数。 使用时只需根据预完成的功能与操作，从子模板上选择相应的“图标”放在流程图编辑窗口中相应的位置上即可。 该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板 (如图所示 )。 它可以用 Windows 菜单下的 Show Fuionspalette 功能打开它，也可以在框图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板。 而且它只有打开了框图程序窗口后才能出现。 它包括结构子模板、数值运算子模板、布尔逻辑子模板、字符串运算子模板、数组子模板、类子模板、比较子模板、时间和对话框子模板、文件输入 /输出子模板、仪器控制子模板、仪器驱动程序库、数据采集子模板、信号处理子模板、数学模型子模块、图形与声音子模块、通讯子模板、应用程序控制子模块、底层接口子模块、文档生成子模板、示教课程子模板 、用户自定义的子 Vl 模板和选择„ VI 子程序等子模板。 编制软件时通过对控制和功能模块中子模块的灵活调用，选取相应的功能子模块，分别置于前后面板内，使用连线工具即可完成虚拟仪器设计。 本章介绍了当今在测控领域内的虚拟仪器开发软件 LabVIEw 语言，它满足了实现虚拟测试仪器的条件，是虚拟仪器开发环境中图形化语言的杰出代表之一。 LabvIEW 语言是一种面向工程技术人员的图形化编程语言，是一种面向对象的模块化编程语言，使面向对象技术程序的复用性达到最佳，被誉为工程师和科学家的语言。 8 第 3章 系统硬件设计 数据采集技 术 对计算机进行总线扩展以便将其用于实验室研究、工业控制、测试和测量、这些都要用到基于计算机的数据采集技术。 一个数据采集系统的基本任务是测量和产生现实世界的物理信号。 数据采集系统信号分类 传感器把物理信号转化成电信号 (电压或电流 )，例如热电偶 (温度 /电压 )、RTDs(温度 /电阻 )、应变片 (拉或压 /温度 )。 信号调理附件能够对微弱信号进行放大、光电隔离、滤波等处理，以便更精确和安全地测量。 同时它能够激发和线性化某些传感器及其信号。 当输入信号被适当调理后，即可输给插入式数据采集卡进行数字化，同时它也能 产生控制信号。 数据采集板程序设计依靠驱动软件进行了简化，因而用户能够调用传统的语言和应用软件包来设计高级程序。 当然，计算机的性能决定了整个过程的速度。 在实时系统中，需要高速的处理器，在对数据采集功能模块进行分析之前，我们先对信号进行归类。 归类的标准是信号中有用的不同信息。 总的来说，可以把信号分为模拟信号和数字信号。 一个数字信号只有两个分离的状态 :低电平和高电平。 相反，模拟信号包括了随时间变化的连续信息。 数字信号又可以分为开关信号和脉冲序列信号，模拟信号则可以分为直流信号、时域信号、频域信号。 这几种信号分别对 应着一种信号信息 :状态、变化率、幅值、形状、频率。 基于计算机的数据采集系统各部分的作用 要从一个基于计算机的数据采集系统得到合理的结果，依赖于系统的每一个组成部分，即计算机、传感器、信号调理、数据采集硬件和软件。 下面逐一予以讨论说明。 1 传感器 传感器将被测试的物理量转化成电信号的最基本的环节。 例如，热电偶、热敏电阻、集成电路传感器、应变片等，都可以将温度转化成电压和电阻。 对于每一种传感器，电信号的大小都与被监测信号的物理参数成正比。 2 信号调理 信号调理器是传感器和数据采集卡之间的桥梁， 负责将传感器的输出信号和数据采集模块可以接受的信号联系起来，从传感器输出的信号必须经过调理才能够连入数据采集板，信号调理包括放大和衰减、隔离、滤波、传感器激励、线性化处理。 (1) 放大和衰减 9 数据采集卡接收的信号是范围很广的电压信号，如果太强，就需要衰减器把被测信号减弱后再输入给数据采集卡，这样一方面可以保证数据采集卡可以顺利采数，另一方面有利于系统的安全运行。 而对于微弱信号要进行放大，以提高分辨率和降低噪音，也使调理后信号的最大电压值和 ADC 最大输入值相等，这样可以提高精度。 在设定调理电路的放大或衰减倍 数时，一般应满足这样一个条件 :经调理后的信号其最大值应尽可能地达到数据采集卡可以接受的电压范围，最大限度地提高数据的准确度。 (2) 隔离 隔离是指使用变压器、光或电容祸合等方法阻碍被测系统和测试系统之间传递信号，避免发生直接连接，使用祸合主要有两个方面原因 :一是从安全的角度把传感器信号同计算机隔离，因为被监测系统可能产生瞬时高压，另一个原因是隔离可以使从数据采集卡出来的数据不受地电位和输入模式的影响，减少误差。 (3) 滤波 滤波的目的是消除噪音信号，提高输入信号的信噪比。 噪音滤波器通常用于直流信号。 交流 信号通常需要抗失真的低通滤波器，因为这样的滤波器有一陡峭的截止频率，因而几乎能够完全消除高频干扰信号。 (4) 激励 由于电工测量试验中经常要要用到正弦波、方波等信号，且有时需要为一些传感器提供激励信号，故由虚拟信号发生器产生各种信号并由信号调理电路进行功率放大后输出。 (5) 线性化 很多传感器对被测量都有非线性响应，因而需要对输出信号进行线性化。 3 数据采集硬件 数据采集硬件与众多因素有关，要根据具体情况进行分析，下面是通用的特征 : (1) 采样频率 采样频率高，就能在一定时间内获得更多的原始信息，见 图 4 一 1(a)所示。 为了再现原始信号，必须有足够高的采样频率。 显然，如果信号变化比采样板的数字化要快，或采样太慢，就会产生波形失真，见图 4 一 1(b)。 根据采样定理，采样频率至少是输入最高频率的两倍，才可能不产生失真。 (2) 采样方法 要从多个通道得到数据，通常使用多路开关把每个信号端连接到 A/D 转化器(ADC)。 采用连续扫描方法，要比给每个通道一个放大器和 ADC 要经济得多，但这仅仅实用于在采样点之间对时间不是很重要的场合。 如果采样点之间对时间要求严格，则必须同时采样。 对于低频信号，可以用间隔扫描办法来产生 同时采10 样的效果，而不必增加采样保持电路。 这种方法一定时间间隔扫描输入通道，用脉冲来计算各通道两次扫描的时间间隔。 (3) 分辨率 ADC 的位数越多，分辨率就越高，可区分的电压就越小。 例如，三位转化器把模拟电压分成 2’ (8 位 )段，每段用二进制代码在 000 到 In 之间表示，因而数字并不能真实反映原始信号，因为一部分信息被漏掉了。 如果增加到 16 位，代码增加到 655536，这样就可以得到较为精确地反映原始信号的数字信号。 (4) 电压范围 电压范围指 ADC 能扫描到最高和最低电压。 一般情况下，由于 DAQ 卡的电压范围可以 调节，所以将信号电压范围调到与微机相匹配以便利用其可靠的分辨率范围。 范围、增益、分辨率决定了可分辨的最小电压变化，它表示 ILSB。 例如，某 DAQ 板的分辨率为 16 位，范围取 0 一 1OV，增益取 100，则有 1LSB=(10/100xZ’ 6)= 协 v，这样一来，在数字化的过成中，一位的分辨率为。 (5) 模拟输出 模拟输出电路通常是为 DAQ 板的系统提供激励电压或电流。 DAQ 输出信号由停滞、转换率、分辨率等构成。 停滞时间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。 (6) 定时 I/0 许多场合都要用到定时器，如数字脉冲定时、产生方波等。 定时器包括三个重要信息 :门限信号、计时信号、输出。 门限信号实际上是触发信号一使它工作或不工作。 计时信号也就是信号源，它提供了继续其操作的时间基准。 输出是在输出线上产生方波和脉冲。 他们最重要的参数是分辨率和时钟频率。 高分辨率意味着计数器可以计更多的数，时钟频率决定了产生数据信号输入的快慢，频率越高，计数增长得越快，因而输入端的信号频率高，就可以产生高频的脉冲波和方波。 4 驱动软件 没有软件，甚至没有好的软件，数据采集硬件系统不可能发挥很大的作用。 数据系统一 个主要方面是驱动软件的使用。 驱动软件是直接对数据采集硬件系统来进行设计的软件层，管理着系统的操作以及和计算机资源的组合，比如 CPU中断、 DMA 传送、存储器等。 驱动软件在保持高性能、提高给用户易于理解的基础的同时，隐藏了复杂、详细的硬件及程序设计。 N 工一 DAQ 就是 N1 公司高性能数据采集及驱动程序。 数据采集技术是电子测量仪器的基础，当然也是虚拟仪器的基础。 只有当数据采集部分正确工作，整个虚拟仪器系统才能正确工作。 数据采集系统的设计 数据采集系统简称 DAS(DataAequisitionSyst。 m)是信息科学的重要分支，11 它不仅应用在现代智能检测系统中，而且在现代工业生产、国防军事及科学研究等方面都得到广泛应用，无论是过程控制状态检测、还是故障诊断、质量检测，都离不开数据采集系统。 数据采集系统是计算机、智能仪器与外界物理世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。 其核心是计算机，它对整个系统进行控制和数据处理。 它所处理的是数字。