基于LabVIEW的数据采集系统研究与设计毕业设计Word格式.docx

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TheDesignandRealizationofDataAcquisition

SystemBasedonLabVIEW

Abstract：

UseofLabVIEWgraphicalprogrammingtoolsandEDAtoolsProteusdesignedadataacquisitionsimulationsystem.Thesystemofuppercomputerandlowercomputerthroughavirtualserialcommunication,thenextcrewwillbecollectedon-sitedatatothehostcomputer,thehostcomputertodisplayandtodeterminewhetherthelimitalarm.Designshowedthatthetwosoftwarebasedonasimulationsystemcanverifythecorrectnessoftheprojectdesigntoreduceprojectdevelopmenttime,reduceprojectdevelopmentcosts.

Keywords：

LabVIEW;

Proteus;

MCU;

datacollection;

Simulation

1绪论

虚拟仪器（virtualinstruments）是指在计算机里面装入仪器，这种方法以计算机为基础，从而实现各种仪器，利用计算机强大的功能，与计算机的软硬件，实现多种仪器组合，达到一般仪器无法实现的功能。

1.1仪器的发展

1.1.1仪器的发展

仪器和科技一样随着社会的发展在不断地进步，改革换代：

1、第一代仪器：

模拟仪器。

这种仪器主要通过模电技术去实现，最后的结果通过指针的方式来表现。

2、第二代仪器：

数字化仪器

这种仪器其主要的功能就是实现模数转换，将原本是模拟信号的测量最终转化为数字信号的测量，并输出结果。

3、第三代仪器：

智能仪器

智能仪器中包含了微处理器，它不仅可以进行自动测量，而且还具有一定的数据处理方面的能力，因而可以取代部分脑力方面的劳动，这是它的优点。

只是这种智能仪器无论是应用方面还是开发方面，灵活性很不足，因为它全部功能都是以固态的形式而存在，不能像软件那样随便的拓展。

4、第四代仪器：

虚拟仪器

由现代计算机技术和测量技术相结合的而成的产物，从而诞生了我们现在所称的虚拟仪器，它的诞生可以说得上是在传统仪器的基础上一次巨大的变革，从而奠定了将来仪器的发展方向。

　　纵观仪器的发展史，我们可以发现仪器领域已经历了两次伟大的技术革命。

第一次仪器革命使仪器的形态从模拟仪器时代进入了数字化仪器时代；

第二次仪器革命使数字化仪器时代仪进入了智能仪器时代。

目前即将进入了虚拟仪器时代，此次革命是由PC机的软件和硬件的技术进步带来的。

1.1.2虚拟仪器的发展

从1970年起，那时国防领域和航天领域的计算机测控方面已经有了相当大的发展。

而后，自从PC机出现，计算机化仪器级成为了很大的可能，甚至美国国家仪器公司（NI）已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW，时间是在微软公司的Windows系统诞生之前。

美国国家仪器公司（NI）对虚拟仪器以及LabVIEW认真、全面、透彻的研发，使得他们的公司成为了虚拟仪器业界公认的权威。

逐渐走向成熟的虚拟仪器从提出想法到目前技术上有很大的发展，直接表现出传统工业的革命中计算机技术的重大突破。

从虚拟仪器的历史来看，大致经过了三个发展进程。

使用计算机增强传统仪器的功能是第一进程。

由于树立了GPIB总线标准，使计算机不再拥有独立的功能，让它和其他计算机之间的交流得以实现。

如果用户需要用计算机操作仪器，达到两者之间协同工作，仅仅需要将GPIB和RS-232将其与计算机联结就可以实现操作。

在这一阶段虚拟仪器几乎是直线上升的发展。

开放式的仪器构成是第二进程。

其中plug-inPCDAQ和VXI仪器总线标准的建立使得这两大技术性的进步出现在仪器硬件上。

这些新技术使虚拟仪器的发展有了很大的提高，不仅处理了在上一个阶段内在供应方面以及设定仪器功能方面的不同，并且开放了仪器的构成，使之为广大用户所了解。

虚拟仪器框架得到了广大群众的认同与好评，最终采用是第三阶段。

因为软件领域一般采用面向对象的编程思想，所以开发了框架封装任何用户构建虚拟仪器需要知道的东西，使用户的操作更为便捷。

硬软件所涉及的行业直接导致了很多的行业有了自己的准则，某些虚拟仪器平台也就成为了该行业的权威准则工具并得到认可。

至此，人们也逐渐认识到了框架对于虚拟仪器的重要性，若想要实现一般仪器所具有的功能，例如：

数据采集方面，框架就是实现目的的重点。

1.2与传统仪器的比较

独立的传统仪器，例如数字信号示波器，与虚拟仪器做比较，只能显示波形，虽然性能强大，但是价格昂贵，而且功能只有一方面，只能完成一种类型的工作。

因此，传统仪器都无法扩展他的功能和效果，仪器的整体结构，电路布局，开关按钮都是固定点，用户无法修改的。

我们不妨把虚拟仪器与传统仪器加以比较。

比较结果如下表1-1所示：

传统仪器

主要是硬件

主要是软件

开发和维护的费用较高

开发和维护的费用较低

技术更新的周期长

技术更新的周期短

价格高

价格低，并且可重用性与可配置性强

厂商定义仪器功能

用户设计功能

系统封闭、固定

系统开放、灵活

不易与其他设备连接

容易与其他设备连接

表1-1

从表1-1中可见，传统仪器与虚拟仪器二者之间的主要区别在于：

后者在使用时可以自己设计开发功能，而前者的功能却是由厂商定义好的。

从这方面看来，那些仪器如果是功能已经固定了，不管是否有其他特点，都不能被我们叫做虚拟仪器。

而且，没有面向科技与工程人员的图形化开发平台就难以涉及虚拟仪器。

但是一些很显而易见的缺点在一般的个人电脑上存在，例如：

用它来建立虚拟仪器的效果可能比较低。

由于微机化仪器的一个重要发展方向是开发了VXI标准，这种标准相当于让每一种仪器是一个插卡，而且要保证仪器的性能和使用较多的硬件。

只是这种卡式仪器采用的显示方式，还是在计算机屏幕上以虚拟形式出现。

只是VXI仪器的价格十分高，而后，为了解决这个问题，又推出了一种PXI标准仪器，相比较而言，这种仪器的价格就稍微低廉一些了。

2相关软件简介

2.1LabVIEW简介

LabVIEW是比较成功的，广泛使用虚拟仪器软件开发环境，LabVIEW的[1]（实验室虚拟仪器工程工作台实验室虚拟仪器平台）由NI于1986年推出，最新版本LabVIEW8.6。

这是一个高效的图形化编程环境，结合灵活和强大的G编程语言易于使用的图形化开发环境，提供了一个直观的环境，紧密结合测量，在这个平台上，各种专业领域工程师和科学家们通过定义和连接的图标代表不同的功能模块，能够快速轻松地建立一个高水平的应用，支持多种系统平台开发的LabVIEW可以轻松的在不同的平台间移植。

LabVIEW是一种在业界领先的工业标准图形化编程工具，是专门为程序员和科学家设计的直观图形化编程工具，它的全称为实验室虚拟仪器开发平台。

它所建立的虚拟仪器系统是基于软件和计算机及各种不同的测量仪器硬件集成在一起，用来形成用户自定义的解决方案，成为专门数据采集与仪器控制，数据分析和数据表达而设计的图形化编程软件，使创建的程序模块化，易于调试，理解和维护，而且程序编程简单、直观，因此特别适用于数据采集处理系统。

2.2LabVIEW的开发环境

LabVIEW的开发环境分为三部分:

前面板（panel）、框图程序（DiagramProgramme）和图标/连接端口（Icol/rerminal）。

用来设置输入数值和输出数值的前面板，也称为图形化用户界面。

我们可以在前面板中看到，Control代表工作量，Indicator代表输出量，他们通过各种图标如开关、按钮、旋钮、图标等出现在前面板上，借此来模拟真实仪器。

数据连线（Wire）和节点（Node）组成框图程序，前面板上的控制对象即输入量和输出量由它通过图形语言来进行控制，函数和功能调用通过节点来实现，程序执行过程中的数据流是由数据连线来表示，它定义了程序框图内的数据流向。

为了实现模块化编程的思想，需要将LabVIEW的程序定义成一个子程序，而且这个子程序是由图标/连接端口实现去实现的，其他程序框图中调用子程序的节点表示形式是图标，而且节点数据的输入、输出口的是通过连接端口来表示的。

工具模板（ToolPalette）、控件模板（ControlsPalette）和功能模板（FunctionPalette）分别是LabVIEW的3个可移动的图形化工具模板。

定位、标注、文字注释等用于图形操作的各种工具都位于工具模板；

前面编辑所需要的图像图标、一些特殊的图形均位于空间模板；

其他功能函数和有些基本的数学函数则由功能模板提供。

这三个模板是LabVIEW编程的主要工具。

2.3Proteus简介

Proteus[2]是目前世界上较先进完整的嵌入式系统设计和仿真平台，是英国LabcenterElectronics公司开发的EDA工具软件。

Proteus与另外的单片机仿真软件一个很大的不同在于除了能仿真单片机CPU的工作情况，还能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况。

在原理图呈现的仿真模型上进行汇编，同步查看运行效果来不断反复修正，实现代码调试和逾期结果的相吻合，在没有目标原型时就可以实现对系统进行调试、测试和验证，从而在仿真和程序调试时，更多的是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果，而无需关心因为一些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变。

这样可以大大提高企业开发效率降低风险。

2.4VISA简介

有一种用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口叫做NI-VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture，以下简称为"

VISA"

）。

VISA是由美国国家仪器NI（National1nstrLlrnent）公司开发。

VISA是虚拟仪器系统I/O接口软件。

I/O控制函数集可以直接由基于自底向上结构模型的VISA直接创造。

一方面,VISA提供了快捷易用的控制函数集，因为应用形式上很简单，对初次接触者或者简单的任务设计者而言提供了很大的方便；

另一方面,因为有了VISA强大的资源管理和一起控制功能，对某些需要使用组建复杂系统的组建者来说会更方便。

2.5LabVIEW及其调用VISA的条件

LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是NI公司开发的一种基于图形程序的编程语言。

程序用创建和调用子程序的方法来编写可以让创建的程序模块化,而且这样编写出来的程序更加直观，编写过程更加快捷。

前面板、框图程序和图标/接线端口这三部分构成了一个LabVIEW程序。

真实仪器的前面板在前面板上进行模拟；

为了实现模块化编