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1、三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)摘 要 隨著微型計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展,虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價(jià)格化、可操作性等方面與傳統(tǒng)儀器相比都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將虛擬儀器引入用于信號(hào)產(chǎn)生與分析上不但可以提高測(cè)試效率，而且為降低生產(chǎn)儀器成本提供了有效的途徑和方法。 本文選用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言為開發(fā)軟件，在實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，本文主要對(duì)模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹，詳細(xì)描述了信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)讀取和存儲(chǔ)、顯示模塊等軟件開發(fā)的全過(guò)程，分析、解決了設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問題。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要功能是利用該軟件進(jìn)行波形的產(chǎn)生、時(shí)域參數(shù)的測(cè)量、頻譜的分析、波形存儲(chǔ)、波形回放等，此軟件用于教學(xué)

2、大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了提高教學(xué)質(zhì)量的目的。此外，還可以用于基礎(chǔ)性科研。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；信號(hào)發(fā)生器；頻譜分析；時(shí)域分析- 23 -Abstract Along with the development of the microcomputer ,compare with traditional instruement ,the virtual instruement have the obvious technical advantage in knowledge ware ,processing capability ,the ratio between funct

3、ion and price ,and Maneuver ability .The introduction of the virtual instrument in a system of generation and analysis can not only increase the efficiency and quantity of testing ,but also provide the effective method to reduce the cost of producing the instrument .It has the peculiarity of low cos

4、t ,high performance and gradually perfect test means . In the paper ,using the LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) GUI as the developing platform .It uses the design method of module to describe the whole building Process of the typical signal generation module for example:s

5、ignal creating module，date handling module，data reading and writing module，result demonstrate module.The function of generating signal ,measuring the parameters in the domain,analyzing the signal in frequency domain ,recording data ,returning data ,returning data play back ,ect all have been realize

6、d .After used in teaching ,it is proved that the system has greatly enhanced the students interest in learning and achieves the goal of improving the teaching quality .In addition ,the system also can be used in the fundamental scientific research .Keywords:virtual instrumention ;signal generator ;s

7、pectrum analysis ;time domain analysis 目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論- 1 -1.1 虛擬儀器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀- 1 -1.2 高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀- 2 -1.3 研究意義- 2 -1.4本文主要工作- 3 -第二章 虛擬儀器與LabVIEW- 4 -2.1虛擬儀器簡(jiǎn)介- 4 -2.1.1虛擬儀器概念- 4 -2.1.2虛擬儀器系統(tǒng)組成- 5 -2.2 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較- 6 -2.3 虛擬儀器在實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用- 7 -2.4 LabVIEW簡(jiǎn)介- 7 -2.5 LabVIEW創(chuàng)建虛擬儀器過(guò)程- 8 -第三章 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)-

8、10 -3.1軟件設(shè)計(jì)方案- 10 -3.2 硬件的選擇- 11 -3.3 設(shè)計(jì)程序圖的基本方法- 11 -第四章 信號(hào)發(fā)生分析儀的具體實(shí)現(xiàn)- 13 -4.1 信號(hào)發(fā)生器模塊- 13 -4.2 波形顯示模塊- 13 -4.3 電壓和頻率測(cè)量模塊- 14 -4.4 頻域分析模塊- 14 -4.5 信號(hào)濾波模塊- 15 -4.6窗體函數(shù)模塊- 15 -4.7 波形存儲(chǔ)和回放模塊- 15 -4.8 程序的集成與調(diào)試與結(jié)果顯示模塊- 16 -4.8.1 程序的集成與調(diào)試- 16 -4.8.2 結(jié)果顯示模塊- 17 -第五章 結(jié)束語(yǔ)- 18 -致 謝- 19 -參考文獻(xiàn)- 20 -附 錄- 21 -附錄

9、1 信號(hào)產(chǎn)生分析儀的前面板- 21 -附錄2 信號(hào)產(chǎn)生分析儀的程序框圖- 22 -第一章 緒論 本文所設(shè)計(jì)的用于電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬儀器是在虛擬儀器技術(shù)高速發(fā)展的背景下，利用美國(guó)M公司的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)的。虛擬儀器技術(shù)是測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合集成的產(chǎn)物，虛擬儀器是用戶在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)需求定義和設(shè)計(jì)儀器的測(cè)試功能，使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)他自己設(shè)計(jì)的測(cè)試儀器一樣。虛擬儀器從二十世紀(jì)八十年代初產(chǎn)生一直到現(xiàn)在，技術(shù)發(fā)展逐步成熟，在工業(yè)自動(dòng)化、儀器制造和實(shí)驗(yàn)室方面應(yīng)用較為廣泛。1.1 虛擬儀器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 虛擬儀器利用個(gè)人計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助

10、功能，建立虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器的控制，數(shù)據(jù)分析與顯示，使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。虛擬儀器概念最早是美國(guó)國(guó)家儀器公司在1986年提出的，但其雛形可以追溯到1981年由美國(guó)西北儀器系統(tǒng)公司推出Apple II為基礎(chǔ)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)水平的限制，編寫個(gè)人儀器的驅(qū)動(dòng)程序和人機(jī)交互接口是一項(xiàng)專門的技術(shù)工作，必須由專業(yè)廠商才能完成，這種狀況使得個(gè)人儀器的推廣和應(yīng)用沒有形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。從20世紀(jì)80年代中期開始，微軟公司W(wǎng)indows操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的圖形支持功能得到很大提高。1986年，美國(guó)國(guó)家儀器公司推出了圖形化的虛擬儀器編程環(huán)境LabVIEW

11、，標(biāo)志著虛擬儀器設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)基本成型。國(guó)際上從1988年陸續(xù)有虛擬儀器產(chǎn)品面市，當(dāng)時(shí)有五家制造商推出30種產(chǎn)品。此后，虛擬儀器產(chǎn)品每年成倍增加，到1994年底,虛擬儀器制造廠已達(dá)95家共生產(chǎn)1000多種虛擬儀器產(chǎn)品，銷售額達(dá)2. 93億美元，占整個(gè)儀器銷售額73億的4%。美國(guó)是虛擬儀器的誕生地，也是全球最大的虛擬儀器制造國(guó)，生產(chǎn)虛擬儀器的主要廠家有HP公司目前生產(chǎn)100多種型號(hào)的虛擬儀器，Tektronix公司目前生產(chǎn)約80多種型號(hào)的擬儀器，此外還有N工公司、Keithely公司等。 LabVIEW作為虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)的杰出代表，在我國(guó)雖然引進(jìn)的時(shí)間不長(zhǎng)，但是現(xiàn)在己經(jīng)被認(rèn)識(shí)和推廣、應(yīng)用，它促進(jìn)

12、了中國(guó)測(cè)試領(lǐng)域的技術(shù)革命，在科研及教育領(lǐng)域都得到了迅速推廣。它在許多企業(yè)、科研單位被用一于產(chǎn)品測(cè)試和測(cè)控系統(tǒng)，另外，包括一些著名高校在內(nèi)的許多學(xué)校不僅建立了基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)室，而且還開設(shè)了LabVIEW編程的課程。例如:清華大學(xué)汽車系利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，它用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的出廠檢驗(yàn)，主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性、負(fù)荷特性等;華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)室將其虛擬實(shí)驗(yàn)室成果在網(wǎng)上公開展示，供遠(yuǎn)程教育使用;四川聯(lián)合大學(xué)基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思路，研制了“航空電臺(tái)二線綜合測(cè)試儀”，將8臺(tái)儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng);復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、廣州暨南大學(xué)等一批高校，也開發(fā)了一批新

13、的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學(xué)和科研。 國(guó)內(nèi)專家預(yù)測(cè):未來(lái)的幾年內(nèi)，我國(guó)將有50%的儀器為虛擬儀器。國(guó)內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動(dòng)測(cè)試與電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。1.2 高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀 目前高等工科院校仍然沿用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備依附于理論課程進(jìn)行劃分，各實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒有形成一個(gè)有機(jī)的整體，缺乏系統(tǒng)的觀念。 (2)實(shí)驗(yàn)設(shè)備重復(fù)建設(shè)，沉積較多。 (3)實(shí)驗(yàn)設(shè)備層次不齊，大部分

14、設(shè)備落后于課程建設(shè)的需要。 (4)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容側(cè)重于理論的驗(yàn)證和模仿訓(xùn)練，每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容千篇一律，將學(xué)生的思維限定在一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和綜合能力的提高。 (5)滯后的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和死板的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ诫y以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)處于應(yīng)試教育。 這些在很大程度上制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。究其原因，不能不說(shuō)在科技迅猛發(fā)展的今天，以教育有限的投入無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴、更新速度快的要求，是其最根的原因。這就要求從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的工作者，開發(fā)能夠滿足現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求、物美價(jià)廉的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，培養(yǎng)高素質(zhì)的適應(yīng)時(shí)代要求的合格人才。本文正是在這

15、種背景下進(jìn)行的。1.3 研究意義 目前, 由于實(shí)驗(yàn)不僅能夠讓學(xué)生在鞏固理論知識(shí)的基礎(chǔ)上聯(lián)系實(shí)際, 而且能夠培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力與創(chuàng)新思想, 對(duì)于培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才和科技人才起到很重要的作用, 所以在高校尤其是在電子類課程的學(xué)習(xí)中越來(lái)越受到重視。而信號(hào)產(chǎn)生與分析是電子信息工程、通訊等電子類專業(yè)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分, 其用到的傳統(tǒng)的儀器, 如信號(hào)發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀等, 但是傳統(tǒng)儀器體積笨重、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn), 而且一些信號(hào)處理的新理論、新方法無(wú)法進(jìn)行實(shí)踐。本文設(shè)計(jì)的基于LabVIEW信號(hào)的發(fā)生與分析系統(tǒng)軟件, 將虛擬儀器應(yīng)用到學(xué)生實(shí)驗(yàn)中去, 不僅具有傳統(tǒng)意義上的儀器功能, 包括數(shù)據(jù)采集

16、、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示, 都可以在計(jì)算機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn), 此外還能夠通過(guò)軟件學(xué)生自己動(dòng)手創(chuàng)建自己儀器, 這樣可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思想。1.4本文主要工作 本文主要闡述如何在LabVIEW環(huán)境下設(shè)計(jì)信號(hào)產(chǎn)生與分析系統(tǒng)。 第一章主要介紹了虛擬儀器開發(fā)的背景和發(fā)展?fàn)顩r，說(shuō)明了本課題的背景、意義以及本文的主要工作。 第二章詳細(xì)敘述了虛擬儀器的概念、組成與應(yīng)用，同時(shí)介紹了開發(fā)軟件LabVIEW的起源、特點(diǎn)、程序的設(shè)計(jì)流程。 第三章主要確定了系統(tǒng)方案的實(shí)現(xiàn)。 第四章主要確定了系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法，包括系統(tǒng)中的各個(gè)模塊設(shè)計(jì)過(guò)程。 第五章結(jié)論主要回顧了論文的主要工作以及有待解決的問題。第二章 虛擬儀器與L

17、abVIEW2.1虛擬儀器簡(jiǎn)介2.1.1虛擬儀器概念 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子測(cè)量?jī)x器經(jīng)歷了由模擬儀器、分立組件式儀器、集成式儀器、數(shù)字化儀器、帶GPIB接口的智能化儀器到全部可編程虛擬儀器的發(fā)展歷程。近些年來(lái)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，有力地推動(dòng)了多年來(lái)發(fā)展相對(duì)緩慢的儀器技術(shù)的革新和進(jìn)步。與此同時(shí)，儀器的遠(yuǎn)程控制、實(shí)驗(yàn)信息的遠(yuǎn)程獲取和傳輸也越來(lái)越重要，于是一種新型的，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)所形成的儀器種類-一虛擬儀器(Virtual Instrument. VI)技術(shù)出現(xiàn)。它不僅被廣泛地應(yīng)用在科學(xué)研究領(lǐng)域，而且使得新型遠(yuǎn)程教育模式的實(shí)現(xiàn)成為可能。 虛擬儀器技術(shù)將計(jì)算機(jī)應(yīng)用

18、于測(cè)試儀器之中.利用良好的虛擬儀器軟件平臺(tái).充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和豐富的圖形顯示功能.在屏幕上虛擬出與傳統(tǒng)儀器相似的顯示面板.用戶通過(guò)鍵盤和鼠標(biāo)操縱面板上的虛擬開關(guān)、旋鈕、按鍵等.控制儀器的運(yùn)行、了解儀器的狀態(tài)、讀取打印測(cè)試結(jié)果。虛擬儀器以特定的軟件支持取代相應(yīng)的電子線路.充分利用計(jì)算機(jī)硬件資源.完成傳統(tǒng)儀器硬件的部分以至于全部功能。虛擬儀器技術(shù)是傳統(tǒng)儀器功能和外形的模塊化和軟件化。 虛擬儀器主要包含兩方面的含義:虛擬儀器的面板是虛擬的;虛擬儀器測(cè)量功能是通過(guò)對(duì)圖形化軟件流程圖的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它的主要特點(diǎn)有: (1)用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。虛擬儀器通過(guò)提供給用戶組

19、建自己儀器的可重用源代碼庫(kù)，可以修改儀器功能和面板，設(shè)計(jì)儀器功能，實(shí)現(xiàn)與外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其它連接。 (2)虛擬儀器盡可能采用通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件，突出了“軟件就是儀器”的新概念。 (3)虛擬儀器充分利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、傳輸和發(fā)布功能，可以創(chuàng)造出功能強(qiáng)的的儀器，使得組建系統(tǒng)變得更加靈活、簡(jiǎn)單，便于構(gòu)成復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)。 (4)虛擬儀器硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用戶可以將儀器的設(shè)計(jì)、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)，使得功能更易于擴(kuò)展，生產(chǎn)、維護(hù)和開發(fā)費(fèi)用降低。2.1.2虛擬儀器系統(tǒng)組成 虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成: (1)虛擬儀器的硬件平臺(tái) 計(jì)算機(jī) 它

20、一般為一臺(tái)PC機(jī)或者工作站，是硬件平臺(tái)的核心。 I/O接口設(shè)備 I/O接口設(shè)備主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換。不同的總線有其相應(yīng)的I/O接口硬設(shè)備，如利用PC機(jī)總線的數(shù)據(jù)采集卡/板(簡(jiǎn)稱為數(shù)采卡/板，DAQ),GPIB總線儀器、VX工總線儀器模塊、串口總線儀器等。虛擬儀器的構(gòu)成方式主要有5種類型，如圖2.1所示:圖2.1 虛擬儀器構(gòu)成方式 PC-DAQ系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集板、信號(hào)調(diào)理電路及計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)，這種系統(tǒng)采用PCI或計(jì)算機(jī)本身的工SA總線，將數(shù)據(jù)采集卡/板(DAQ)插入計(jì)算機(jī)的空槽中即可。 GPIB系統(tǒng)是以GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平

21、臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。 VXI系統(tǒng)是以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。 PXl系統(tǒng)是以PXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。 串口系統(tǒng)是以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。 (2)虛擬儀器的軟件 文本式編程語(yǔ)言:如Visual C+, Visual Basic, LabWINDOWS/CVI等； 圖形化編程語(yǔ)言:如LabVIEW, HPVEE等； 實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的軟件程序； 定義測(cè)試功能的流程圖軟件程序。2.2 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如圖表2.1所

22、示:表2.1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較 通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價(jià)格比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為： (1)智能化程度高，處理能力強(qiáng)。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。 (2)復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低。應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，如同一個(gè)高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器等四種儀器。這樣形成的測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過(guò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)

23、絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。 (3)可操作性強(qiáng)。虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示接口。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解，測(cè)量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還可打印，顯示所需的報(bào)表曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高。2.3 虛擬儀器在實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用 電子儀器與測(cè)試實(shí)驗(yàn)室是高等工科院校必備的教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件。為了提供一定的實(shí)驗(yàn)規(guī)模，保證每個(gè)學(xué)生得到實(shí)際動(dòng)手能力的訓(xùn)練，傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室一般需購(gòu)置大量的基礎(chǔ)測(cè)量?jī)x器，如示波器、萬(wàn)用表、信號(hào)源等，投資大、技術(shù)更新快、維護(hù)困難；另外，像數(shù)

24、字示波器、頻譜分析儀和邏輯分析儀等中高檔儀器存在價(jià)格昂貴等方面的困難，實(shí)驗(yàn)室只能有少數(shù)儀器，不能滿足實(shí)際教學(xué)需求。虛擬儀器解決了實(shí)驗(yàn)室在這方面的難題。利用虛擬儀器技術(shù)，可以設(shè)計(jì)出與實(shí)際儀器在原理、功能和操作等方面完全一樣的全軟件虛擬儀器。利用這些虛擬儀器，學(xué)生在計(jì)算機(jī)上可以學(xué)習(xí)、掌握儀器原理、功能與操作，并通過(guò)儀器與儀器，儀器與電路的相互配合，完成實(shí)際測(cè)試過(guò)程，達(dá)到與用實(shí)際儀器教學(xué)相同的效果。虛擬儀器的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)教學(xué)方法，降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理成本，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要參考價(jià)值。通過(guò)這種實(shí)驗(yàn)方式，可以培養(yǎng)學(xué)生的求知興趣和創(chuàng)新能力。2.4 LabVIEW簡(jiǎn)介 LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室

25、虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)家儀器公司(NATIONAL INSTRUMENTS,簡(jiǎn)稱NI)的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品。 數(shù)據(jù)采集、儀器控制、過(guò)程監(jiān)控和自動(dòng)測(cè)試是實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛存在的實(shí)際任務(wù)。在20世紀(jì)80年代個(gè)人計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，幾乎所有擁有程控儀器的實(shí)驗(yàn)室都采用貴重的儀器控制器測(cè)試系統(tǒng)，這些功能單一、價(jià)格昂貴的儀器控制器通過(guò)一個(gè)集成通信口來(lái)控制IEEE-488總線儀器(GPIB程控儀器)。后來(lái)隨著PC的出現(xiàn)，工程師和科學(xué)家們找到了一種通過(guò)性能價(jià)格比高的通用PC控制臺(tái)式儀器的方法，

26、由此NI公司也應(yīng)運(yùn)而生。 I,abVIEW的概念雛形來(lái)源于NI公司的特魯查德和柯德斯凱20世紀(jì)70年代末期在ARL (Applied Research Laboratory，應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室)完成的一個(gè)大型測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于測(cè)試美國(guó)海軍的聲吶探測(cè)器。通過(guò)幾年的時(shí)間，柯德斯凱把從該測(cè)試系統(tǒng)得到的啟示發(fā)展到測(cè)試系統(tǒng)軟件由多層虛擬儀器(Virtual Instruments，簡(jiǎn)稱VI)構(gòu)成的新概念。一個(gè)VI可以由更低層的多個(gè)VI組成，就像真實(shí)儀器由印制電路板組成，而印制電路板又由集成電路(IC)組成一樣。底層VI代表了最基本的軟件功能一計(jì)算與輸入/輸出操作。虛擬儀器模型的另一個(gè)主要特征是每一個(gè)V

27、I都有一個(gè)用戶接口組件(VI前面板)。同時(shí)，在分析比較了幾種框圖編程方法的優(yōu)劣后，柯德斯凱決定采用數(shù)據(jù)流程圖作為編程工具。柯德斯凱領(lǐng)導(dǎo)的開發(fā)小組于1986年5月推出LabVIEW Beta測(cè)試版，又經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的反饋修改，于1986年10月正式發(fā)布了LabVIEW1. 0版。1988年的LabVIEW2. 0采用了面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)。1992年8月LabVIEW 2. 5實(shí)現(xiàn)了從Macintosh平臺(tái)到Windows平臺(tái)的移植，從LabVIEW 3.0版本開始，LabVIEW作為一個(gè)完整優(yōu)異的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，并開始迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，贏得了廣大用戶的青睞。 它的基本特點(diǎn)是：

28、 (1)具有良好的用戶接口其用戶接口類似于傳統(tǒng)儀器的面板，包括按鈕、旋鈕、圖形顯示組件、控制組件等。通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤向程序輸入數(shù)據(jù)，操作結(jié)果由軟件在計(jì)算機(jī)屏幕上生成。 (2)編程方式簡(jiǎn)單、直觀采用圖形語(yǔ)言(G語(yǔ)言)、圖標(biāo)和聯(lián)機(jī)代替文本形式編寫程序，是對(duì)具體編程問題的圖形化解決方案。 (3)具有層次結(jié)構(gòu)和模塊化的特點(diǎn)每一個(gè)VI可以作為頂層程序，也可以作為其它程序的子程序。 (4)提供程序調(diào)試功能程序調(diào)試工具包括在源代碼中可以設(shè)置斷點(diǎn)，可以單步執(zhí)行，也可以連續(xù)執(zhí)行。2.5 LabVIEW創(chuàng)建虛擬儀器過(guò)程 創(chuàng)建虛擬儀器的過(guò)程分為四步: (1)創(chuàng)建前面板。前面板是圖形化用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸

29、出量。它模仿了實(shí)際儀器的面板。前面板包含了旋鈕、按鈕、圖形和其他控制與顯示對(duì)象。通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，也可在計(jì)算機(jī)顯示器上直接觀看結(jié)果。若想要在數(shù)字控制中輸入或修改數(shù)值，只需要用操作工具(見工具模板)點(diǎn)擊控制部件和增減按鈕，或者用操作工具或標(biāo)簽工具雙擊數(shù)值欄進(jìn)行輸入數(shù)值修改。 (2)創(chuàng)建框圖程序。在前面板窗口的主菜單Windows中選擇Show Diagram將前面板窗口切換到框圖程序窗口，此時(shí)會(huì)看到與前面板對(duì)象對(duì)應(yīng)的端口。根據(jù)需要在功能模板中找到所需的節(jié)點(diǎn)，并將節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)放置到框圖程序窗口。用數(shù)據(jù)連線將這些端口和節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的框圖程序。 (3)創(chuàng)建圖標(biāo)。一個(gè)虛擬

30、儀器的圖標(biāo)/連接端口就像一個(gè)圖形(表示某一虛擬儀器)的參數(shù)列表。這樣，其它的虛擬儀器才能將數(shù)據(jù)傳輸給一個(gè)子儀器。圖標(biāo)和連接允許將此儀器作為最高級(jí)的程序，也可以作為其它程序或子程序的子程序。 (4)運(yùn)行和調(diào)試程序。運(yùn)行和調(diào)試程序是任何一門編程語(yǔ)言編程的最重要的一步。在LabVIEW中，用戶可以通過(guò)兩種方式來(lái)運(yùn)行程序:運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行。如果一個(gè)VI程序存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕將會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這時(shí)這個(gè)按鈕被稱作錯(cuò)誤列表。點(diǎn)擊它，則LabVIEW彈出錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其中任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，選用Find功能，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。調(diào)試程序時(shí)可以利用

31、單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、設(shè)置探針來(lái)顯示數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。第三章 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì) 一個(gè)完整的LabVIEW程序主要包括前面板、框圖程序、圖標(biāo)和連接器窗格3部分。前面板是交互式圖形化用戶界面, 用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量框圖是定義VI功能的圖形化源代碼, 利用圖形語(yǔ)言對(duì)前面板的控制量和指示量進(jìn)行控制圖標(biāo)和連接器窗格是用于把程序定義成一個(gè)子程序, 以便在其他程序中加以調(diào)用。本系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器模塊、時(shí)域分析模塊、頻譜分析模塊。圖3.1是信號(hào)產(chǎn)生與分析系統(tǒng)框圖。圖3.1 信號(hào)產(chǎn)生與分析系統(tǒng)框圖3.1軟件設(shè)計(jì)方案 本課題中所開發(fā)的虛擬示波器是采用基于計(jì)算機(jī)的虛擬技術(shù)，用以模擬通用示波器的面板操作和處理功能

32、，也就是使用個(gè)人計(jì)算機(jī)及其接口電路來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室信一號(hào)，并通過(guò)圖形用戶界面(GUI)來(lái)模仿示波器的操作面板，完成信號(hào)采集、調(diào)理、分析處理和顯示輸出等功能。 本課題開發(fā)的虛擬示波器，是在數(shù)據(jù)采集硬件的支持下，配備一定功能的軟件，完成波形的存儲(chǔ)、分析、顯示等功能。一般測(cè)試儀器由信號(hào)采集、信號(hào)處理和結(jié)果顯示三大部分組成，這三部分均由硬件構(gòu)成。虛擬示波器也是由這三大部分組成，但是除了信號(hào)采集部分是由硬件實(shí)現(xiàn)之外，其它兩部分都是由軟件實(shí)現(xiàn)。 虛擬示波器總體上包括數(shù)據(jù)采集、波形顯示、參數(shù)測(cè)量、頻譜分析、波形存儲(chǔ)和回放以及打印模塊等六大模塊組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2所示： 圖3.2 虛擬示波器結(jié)構(gòu)框圖3

33、.2 硬件的選擇計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡組成了虛擬示波器的硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集卡是虛擬示波器的重要組成部件，其性能指標(biāo)直接影響著虛擬示波器的采樣速率、精度等主要指標(biāo)的因素。CPU的速度及計(jì)算機(jī)的內(nèi)存影響著示波器處理數(shù)據(jù)的速度；計(jì)算機(jī)的硬盤決定它的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容量。3.3 設(shè)計(jì)程序圖的基本方法從函數(shù)庫(kù)選取所需的函數(shù)圖標(biāo)，并按照數(shù)據(jù)在程序中傳送的順序把它們和控件圖標(biāo)的位置統(tǒng)一編排好，再用連線工具將圖標(biāo)都連接起來(lái)。本系統(tǒng)采用的是LabV1Ew 編程。LabVIEW 以其集成的開發(fā)平臺(tái)、交互式編程方法、簡(jiǎn)單直觀的用戶圖形設(shè)計(jì)、功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)等特點(diǎn)，使用戶能夠很容易地生成各種應(yīng)用程序。 本程序采用whil

34、e loop循環(huán)結(jié)構(gòu)和Case選擇結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)了波形的轉(zhuǎn)換，以及周期波和非周期波的混合。并且程序中巧妙地采用兩種case選擇結(jié)構(gòu)的組合，實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)波形顯示器的面板上可顯示相關(guān)分析和窗函數(shù)等不同的分析結(jié)果。使程序看起來(lái)比較簡(jiǎn)潔，卻功能強(qiáng)大。同時(shí)巧妙地應(yīng)用Sub ，所謂的SubVI即相當(dāng)于文本編程語(yǔ)言的子程序，而且LabVIEW 中的subVI可以用LabVIEW所特有的連接器把它連成一個(gè)小小的圖標(biāo)，在主程序中調(diào)用，不但使用起來(lái)極其方便，而且使程序看起來(lái)簡(jiǎn)潔美觀，這是其它編程語(yǔ)言無(wú)法比擬的。本系統(tǒng)在濾波、窗函數(shù)分析中采用了這一技巧。 本系統(tǒng)具有多個(gè)功能各異的SubVI：信號(hào)選擇Sub

35、VI 采用虛擬波形發(fā)生subVI。數(shù)據(jù)虛擬波形發(fā)生subVI可以模擬產(chǎn)生正弦信號(hào)、方波信號(hào)、三角波信號(hào)、白噪聲信號(hào)，以及正弦信號(hào)、方波信號(hào)、三角波信號(hào)被白噪聲干擾的信號(hào)，而且各種波形的頻率、振幅、相位可以進(jìn)行任意的調(diào)控，這是傳統(tǒng)儀器很難做到的，即使可以做到也是價(jià)格昂貴，而本系統(tǒng)只需調(diào)節(jié)面板上的幾個(gè)按鈕就可以實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)分析subV1支持單通道和多通道的信號(hào)分析。在對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種分析之前，本系統(tǒng)提供軟件濾波方法，以消除混在被測(cè)信號(hào)中的噪聲信號(hào)。由于信號(hào)的時(shí)間歷程是無(wú)限的，而用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)，只能截取信號(hào)的一部分進(jìn)行分析，本軟件在信號(hào)的截取過(guò)程中設(shè)置5種窗函數(shù)以供選擇，這5種窗函數(shù)為Hanning

36、 window、Hamming window、Triangle window、General cosine window、blackman window在各種分析算法的支持下，通過(guò)軟件編程，對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域的各種分析，完成信號(hào)分析儀基本功能。第四章 信號(hào)發(fā)生分析儀的具體實(shí)現(xiàn)4.1 信號(hào)發(fā)生器模塊 該模塊可以產(chǎn)生能夠用公式進(jìn)行描述的信號(hào)與常規(guī)的幾種通用類型的波形如正弦波、方波等, 同時(shí)還可以在波形上疊加各種噪聲如統(tǒng)一白噪聲、高斯白噪聲、周期隨意噪聲等常見的幾種類型的噪聲。信號(hào)的參數(shù)可以由自己設(shè)置, 并且可以實(shí)現(xiàn)通道的選擇, 前面板的控件包括控制波形及噪聲的頻率控件、初始相位控件、幅值控件、總

37、采樣點(diǎn)與采樣頻率控件、通道選擇控件、公式編輯控件、波形顯示控件。4.2 波形顯示模塊 波形顯示通過(guò)切換信道選擇按鈕，任意顯示某一信道或兩個(gè)信道輸入信號(hào)的波形。通道設(shè)置為信號(hào)1和信號(hào)2，實(shí)現(xiàn)信號(hào)1或信號(hào)2的單信道顯示以及信號(hào)1和信號(hào)2的雙信道顯示。其程序框圖如圖4.1所示：圖4.1 信號(hào)發(fā)生器波形顯示模塊4.3 電壓和頻率測(cè)量模塊 (1)電壓測(cè)量模塊 該模塊可以測(cè)量直流和交流兩種電壓信號(hào)，對(duì)于交流信號(hào)主要完成對(duì)電壓波形的有效值、最大值、最小值、峰一峰值和平均值、均方值等參數(shù)的測(cè)量，并且能夠顯示測(cè)量值。 (2)頻率測(cè)量模塊 頻率和周期是周期性信號(hào)的基本參數(shù)，本文中設(shè)計(jì)的虛擬示波器不僅可以測(cè)量頻率與

38、周期，而且還可以測(cè)量波形的上升時(shí)間、下降時(shí)間、正脈寬、負(fù)脈寬、占空比等參數(shù)。4.4 頻域分析模塊 頻譜分析模塊采用快速傅立葉FFT算法，完成頻域信號(hào)分析，可以獲得對(duì)應(yīng)的頻譜圖。Labview提供了與信號(hào)分析有關(guān)的大量函數(shù)可以直接使用，在本文中采用FFT Power Spectrum作為主要數(shù)據(jù)處理子VI進(jìn)行功率譜分析。 本文中可以實(shí)現(xiàn)的頻譜分析控制包括：(1)窗口選擇：提供多種頻譜分析窗口。(2)單位選擇：有多種單位如Vrms, Upk, Urms等供選擇。(3)坐標(biāo)模式選擇：Log/Linear兩種坐標(biāo)顯示模式可以選擇。 根據(jù)用戶選擇的不同，該子模塊可以在幅值(Magnitude)和相應(yīng)(P

39、hase)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；可以在不同的縱坐標(biāo)單位之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；還能夠根據(jù)用戶選用的分析功能的不同自動(dòng)顯示適當(dāng)?shù)臋M坐標(biāo)。其頻譜分析模塊如圖4.2所示：圖4.2 頻域分析模塊程序框圖4.5 信號(hào)濾波模塊 濾波器類型有None 、Butterworth 、Chebyshev 3 種,這些都可以在前面板上進(jìn)行選擇,最低截止頻率可以根據(jù)需要在功率譜圖中用鼠標(biāo)拖動(dòng)紅豎線來(lái)進(jìn)行修改。4.6窗體函數(shù)模塊 本軟件在信號(hào)的截取過(guò)程中設(shè)置5種窗函數(shù)以供選擇，這5種窗函數(shù)為Hanning window、Hamming window、Triangle、window、General cosine window、blackm

40、an window在各種分析算法的支持下，通過(guò)軟件編程，對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域的各種分析，完成信號(hào)分析儀基本功能。4.7 波形存儲(chǔ)和回放模塊 波形存儲(chǔ)功能主要適用于因特殊原因不能實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，或者是數(shù)據(jù)對(duì)以后的研究具有重要的參考價(jià)值的場(chǎng)合，我們?cè)趯?shí)際實(shí)驗(yàn)中，需要先把數(shù)據(jù)保存下來(lái)，日后再將原保存的數(shù)據(jù)文件讀取出來(lái)，此時(shí)讀出的數(shù)據(jù)就和實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)一樣，也能進(jìn)行自動(dòng)參數(shù)測(cè)量，頻譜分析等。在本文用LabVIEW實(shí)現(xiàn)的虛擬示波器中，當(dāng)用軟件完成數(shù)據(jù)采集、處理等工作后，可以將采集到的數(shù)據(jù)以及處理后的數(shù)據(jù)回放出來(lái)，以便繼續(xù)研究。這樣的功能就依靠波形存儲(chǔ)回放顯示模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們之所以將它稱作為“模塊”，主要是

41、因?yàn)樗谡麄€(gè)程序中舉足輕重，如果沒有它，開發(fā)出來(lái)的程序不能稱為“虛擬儀器”，只是一個(gè)“信號(hào)處理內(nèi)存”。 在這個(gè)模塊中，基本模塊是讀、寫盤模塊，寫盤模塊主要實(shí)現(xiàn)將波形資料寫入到文件中；讀盤模塊則是讀取文件中的數(shù)據(jù)。設(shè)定文件名輸入口作為信號(hào)波動(dòng)數(shù)據(jù)文件名輸入口這文件名輸入口由寫盤功能和讀盤功能共享。在此虛擬示波器中，波動(dòng)文件存儲(chǔ)一個(gè)二維數(shù)組(N*2 )。 write：是向硬盤或軟盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。將Mechanical Action設(shè)定為L(zhǎng)atch When Released，當(dāng)按下“write”鍵，放開后，鍵自動(dòng)復(fù)位，同時(shí)向后發(fā)出一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，執(zhí)行寫盤功能，在下一次循環(huán)中，寫盤功能又處于等待狀態(tài)。 r

42、ead：是從硬盤或軟盤上讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在同一循環(huán)中，讀盤功能處于工作狀態(tài)。讀盤后，對(duì)讀入的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行波形顯示和參數(shù)測(cè)量，也可以進(jìn)行頻譜分析。 “read”鍵按下之后，都會(huì)自動(dòng)執(zhí)行測(cè)量功能，并顯示測(cè)量結(jié)果；顯示雙信道測(cè)量結(jié)果； 數(shù)據(jù)波形存儲(chǔ)與回放的程序框圖分別如圖4.3 (a)、(b)所示： (a) (b)圖4.3 數(shù)據(jù)波形存儲(chǔ)與回放的程序框圖4.8 程序的集成與調(diào)試與結(jié)果顯示模塊4.8.1 程序的集成與調(diào)試 在組建好各個(gè)功能模塊的基礎(chǔ)上，就可以集成到一起，形成功能完善的虛擬示波器。在程序集成時(shí)需要注意的問題有： (1)數(shù)據(jù)流向問題 由于LabVIEW是數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)式編程語(yǔ)言，因此在將各個(gè)功能模

43、塊集成時(shí)，更應(yīng)注意數(shù)據(jù)流向的問題。必要時(shí)，應(yīng)使用Sequence結(jié)構(gòu)控制數(shù)據(jù)流向，使它按照設(shè)計(jì)者的意愿?jìng)鬟f數(shù)據(jù)。 (2)數(shù)據(jù)“可見度”問題 數(shù)據(jù)的“可見度”問題與其它模塊化編程語(yǔ)言類似，LabVIEW同樣存在著數(shù)據(jù)(或變量)“可見度”的問題。即參數(shù)為“內(nèi)部可用”的，以加強(qiáng)程序的可維護(hù)性。在使用循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，更應(yīng)注意變量的“可見度”問題，即在何種情況下循環(huán)內(nèi)部的變量才可以被外部引用。有時(shí)，為了交換參數(shù)的方便，使用“Local Variable，這樣使用的結(jié)果雖然簡(jiǎn)化了程序的開發(fā)，卻給程序的維護(hù)和可讀性帶來(lái)了負(fù)面的影響。在程序調(diào)試中根據(jù)出現(xiàn)的問題，找到以下幾種解決方法： 找出語(yǔ)法錯(cuò)誤 如果一個(gè)VI程

44、序存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕將會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這時(shí)這個(gè)按鈕被稱作錯(cuò)誤列表。點(diǎn)擊它，則LabVIEW彈出錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其中任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，選用Find功能，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。 設(shè)置執(zhí)行程序高亮 在LabVIEW的工具條上有一個(gè)畫著燈泡的按鈕，這個(gè)按鈕叫做“高亮執(zhí)行”按鈕。點(diǎn)擊這個(gè)按鈕使該按鈕圖標(biāo)變成高亮形式，再點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，VI程序就以較慢的速度運(yùn)行，沒有被執(zhí)行的代碼灰色顯示，執(zhí)行后的代碼高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流在線的數(shù)據(jù)值。這樣，你就可以在根據(jù)數(shù)據(jù)的流動(dòng)狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。 斷點(diǎn)與單步執(zhí)行 為了查找程序中的邏輯錯(cuò)誤，希望框圖程序一個(gè)

45、節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)地執(zhí)行。使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地點(diǎn)中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。使用斷點(diǎn)工具時(shí)，點(diǎn)擊設(shè)置或者清除斷點(diǎn)的地方。斷點(diǎn)的顯示對(duì)于節(jié)點(diǎn)或者圖框表示為紅框，對(duì)于聯(lián)機(jī)表示為紅點(diǎn)。當(dāng)VI程序運(yùn)行到斷點(diǎn)被設(shè)置處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)，以閃爍表示。按下單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點(diǎn)被執(zhí)行，下一個(gè)將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)變?yōu)殚W爍，指示它將被執(zhí)行。也可以點(diǎn)擊暫停按鈕，這樣程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行直到下一個(gè)斷點(diǎn)。 探針 可以用探針工具來(lái)查看當(dāng)框圖程序流經(jīng)某一根連接線時(shí)的數(shù)據(jù)值。從Tools工具模板選擇探針工具，再用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊探針的連接線。這時(shí)顯示器上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)探針顯示窗口。該窗口總是被顯示在前面板窗口或框

46、圖窗口的上面。在框圖中使用選擇工具或聯(lián)機(jī)工具，在聯(lián)機(jī)上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在聯(lián)機(jī)的彈出式菜單中選擇“探針”命令，同樣可以為該聯(lián)機(jī)加上一個(gè)探針。 LabVIEW雖然為我們提供了功能完善的調(diào)試工具，但仍然存在著許多隱含在程序內(nèi)部的錯(cuò)誤無(wú)法發(fā)現(xiàn)。這就要求設(shè)計(jì)者在開發(fā)程序的過(guò)程中一定要仔細(xì)地把好每一關(guān)，在模塊內(nèi)部將錯(cuò)誤清除，才能減輕最終程序調(diào)試的難度。4.8.2 結(jié)果顯示模塊結(jié)果顯示模塊的主要功能是將測(cè)試、采集或者數(shù)據(jù)處理后的數(shù)據(jù)送到示波器上顯示，供使用者分析和研究。實(shí)質(zhì)上顯示模塊還包括許多附屬的顯示項(xiàng)，如:坐標(biāo)單位顯示、最大值及其相應(yīng)位置顯示等許多內(nèi)容。實(shí)際上它并不是完整意義上的模塊，它是分散于各個(gè)模塊之

47、間的，很難分析它的組成結(jié)構(gòu)，在本文中之所以提及主要是它起著舉足輕重的作用。附錄1與附錄2分別是信號(hào)產(chǎn)生分析儀的前面板與程序框圖第五章 結(jié)束語(yǔ) 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和教學(xué)儀器技術(shù)的發(fā)展是本文理論知識(shí)的基礎(chǔ)，而虛擬儀器的基本思想和LabVIEW開發(fā)平臺(tái)則是程序開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中有力的工具。通過(guò)基礎(chǔ)性的理論知識(shí)，從而很好地運(yùn)用開發(fā)工具，并解決了在開發(fā)過(guò)程中所遇到的問題，開發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的虛擬儀器綜合實(shí)驗(yàn):通過(guò)功能強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái)，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為有效的、實(shí)用的教學(xué)工具。 通過(guò)對(duì)課題的研究與開發(fā)，可以得出以下結(jié)論: (1)本文中開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、并生動(dòng)直觀地顯示出運(yùn)行數(shù)據(jù)、同時(shí)可進(jìn)行波形回

48、放、存儲(chǔ)結(jié)果。將這些虛擬儀器應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去，以取代常規(guī)儀器，實(shí)際教學(xué)中可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自行設(shè)計(jì)各種軟面板，定義儀器的功能并可以各種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真分析。 (2)本文中采用面向?qū)ο蟮膱D形化編程語(yǔ)言LabVIEW，大大提高了軟件的開發(fā)速度和效率，縮短了軟件開發(fā)周期，使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)使程序的復(fù)用性達(dá)到最佳。 (3)運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)性能，打破了以往由教學(xué)儀器限定實(shí)驗(yàn)的模式，使用者能夠根據(jù)自己的需要更改和重新定義儀器的功能。 (4)本系統(tǒng)雖然是在LabVIEW平臺(tái)上開發(fā)的教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，但由于采用模塊化設(shè)計(jì)思想和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，使該系統(tǒng)具

49、有良好的移植性;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建基于虛擬儀器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。所以可以很容易地將該系統(tǒng)移植到網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中。 由于利用LabVIEW軟件開發(fā)與研究虛擬儀器所涉及的內(nèi)容比較廣泛，目前，本課題所完成的工作還不是十分完整。本人認(rèn)為，以下問題還有待進(jìn)這一步研究和發(fā)展。 (1)本課題將信號(hào)的分析與處理、現(xiàn)代儀器儀表、虛擬儀器與LabVIEW的開發(fā)功能做了有機(jī)的結(jié)合。但是由于時(shí)間的關(guān)系，LabVIEW所具有的強(qiáng)大功能還有許多是本人未曾開發(fā)和加以很好利用的，如Call Library Function和Code Interface Node等，這需要通過(guò)不斷的實(shí)踐和儀器開發(fā)來(lái)熟悉。(2)虛擬

50、儀器系統(tǒng)具有良好的移植性，進(jìn)一步構(gòu)建基于虛擬儀器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，將基于虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是今后的發(fā)展方向。致 謝 本文的研究工作是在康廣荃老師的精心指導(dǎo)下完成的，從論文選題、方案制定、工作實(shí)施到論文撰寫無(wú)不滲透著導(dǎo)師的心血和汗水，凝結(jié)著導(dǎo)師對(duì)學(xué)生無(wú)微不至的關(guān)懷?？祻V荃老師對(duì)于我在理論上、技術(shù)上的難點(diǎn)給予耐心細(xì)致的解答，提出了很多寶貴的建議，并多次審閱論文。她認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、勤奮求實(shí)的工作作風(fēng)和不懈的學(xué)術(shù)追求是我學(xué)習(xí)的榜樣。 特別感謝我的父母和親人，父母給予了我生命，他們用最簡(jiǎn)樸的生活為我創(chuàng)造了最好的條件。父母不僅在經(jīng)濟(jì)上極大的支持我，還在精神上一直鼓勵(lì)著我

51、，正是他們多年來(lái)無(wú)微不至的關(guān)懷和支持，才使我順利完成學(xué)業(yè)。 同時(shí)，借此機(jī)會(huì)我向所有幫助、關(guān)心、支持過(guò)我的老師、同學(xué)表示最衷心的感謝! 最后，我要感謝百忙之中抽出時(shí)間審閱此文的專家們！參考文獻(xiàn)1.劉君華，郭會(huì)軍，趙向陽(yáng)，賈蕙芹.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出版社，20032.程學(xué)慶，房曉溪，韓薪萃，張健.LabVIEW圖形化編程與實(shí)例應(yīng)用M.北京:中國(guó)鐵道出版社，20053.楊樂平，李海濤.虛擬儀器技術(shù)概論M.北京:電子工業(yè)出版社，20034.管致中，信號(hào)與線性系統(tǒng)M.北京:高等教育出版社.20045.侯國(guó)屏,王砷,葉齊鑫. LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)M.北京:

52、清華大學(xué)出版社，20056.鄧眾,王磊.LabVIEW7.1測(cè)試技術(shù)與儀器應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20047.劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)G.北京:電子工業(yè)出版社，20038.袁淵，古軍虛擬儀器基礎(chǔ)教程M成都：電子科技大學(xué)出版社，20029.National Instruments Corporation. Virtual instrumentation ineducation，199710.National Instruments Co，LabVIEW Programmer Reference ManualZ,1998 附 錄附錄1 信號(hào)產(chǎn)生分析儀的前面板附錄2 信號(hào)產(chǎn)生分析儀的程序框圖