虚拟信号发生器labviewWord格式文档下载.docx
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利用LABVIEW设计一个系统,其中的主要部分是程序框图的设计,以下就是程序框图设计的基本过程。
1)创建虚拟通道,可以根据输出的波形的类型来设置物理通道的性质,并可以设置波形的一些基本参数。
图4.2是输出基本波形的通道,图4.3是输出PWM波的通道。
图4.2基本波形虚拟通道
图4.3PWM波虚拟通道
2)设置基本波形的缓冲区和采样时钟,缓冲区中则可以对信号的频率、幅值、采样值、波形类型等进行设置,采样时钟设为模拟。
本设计中的PWM波是基于计数器产生的,采样时钟则是设置成计数器(隐式)。
时钟采样方式均设置为连续采样。
图4.4是基本信号的时钟,图4.5则是PWM波的时钟。
图4.4基本波形信号时钟
图4.5PWM波信号时钟
3)基本信号发生器需要先设置模拟信号的通道数及采样数,然后运行,PWM波则是则是在设置好波形参数和时钟后可以直接运行。
图4.6基本信号波形运行
图4.7PWM波运行
4)运行后,需要不断循环该程序,则在两个程序后都添加循环程序,并可以根据用户的需求随时按下停止按钮。
在程序停止后,添上任务清除控件,若有错误产生,则在最后加上可以提示错误的错误对话框。
具体程序如图4.8所示。
图4.8循环及清除程序
4.2.2基本波形信号发生器
系统采用的是USB6211采集卡,由于该卡支持DAQmx驱动程序,所以本设计是直接使用DAQmx-DataAcquisition开发的。
在这部分中,主要是采集参数的设置,其中包括物理通道的选择,采样模式、采样率、每通道采样数、每缓冲的循环次数的配置,采样最大最小值、预设频率、幅值、波形类型的设置。
具体程序见图4.9。
图4.9基本信号发生器程序
该程序运行时的具体步骤如下:
1)先创建一个模拟输出的电压任务。
2)以波形缓冲区的采样速率为基础来设定采样时钟速率,采样模式设置为连续采样模式。
3)给输出缓冲区编写波形。
4)开始运行任务。
5)不断循环,直到用户按下停止按钮,每100毫秒查核错误,看任务是否完成。
6)调用清除任务来清除任务,若出现错误,则使用弹出对话框显示错误或警告。
在设计好程序之后,图4.10是基本信号发生器程序所对应的前面板,分别显示了波形参数,采样参数,物理通道参数和输出波形等控件,可以很方便地进行参数调节,物理通道修改和观察输出波形是否出现失真或噪声。
图4.10基本信号发生器前面板
4.2.3PWM波信号发生器
脉宽调制(PWM)信号可以使用计数器或数字I/O输出等数字信号来产生,或者也可以利用任意波形发生器或RF信号发生器之类的模拟信号来产生。
NI很多的多功能数据采集(DAQ)设备都可以用来产生脉宽调制(PWM)信号。
该设计的PWM波是基于USB6211的计数器来设计的。
图4.11是PWM波信号发生程序。
图4.11PWM波信号发生程序
1)先创建一个计数器的输出通道,在一个频率范围内产生脉冲。
如果脉冲空闲状态设置为低信号,则生成的第一个转换是从低电平到高电平。
2)使用DAQmx的定时(隐式)来配置的脉冲产生的时间。
3)调用Start,并开始产生脉冲序列。
4)不断循环,直到用户按下停止按钮,每100毫秒查核错误,看任务是否完成。
5)调用清除任务来清除任务,若有错误出现,使用弹出对话框显示错误或警告。
该程序所对应的前面板如图4.12所示,显示了PWM的基本参数,可以很方便地修改波形的计数器通道、频率、占空比等波形输出条件。
图4.12PWM波信号发生前面板
4.3硬件连接调试
在分别完成基本信号发生器和PWM波信号发生器的前面板和程序框图后,需要与硬件连接,设置物理通道,然后运行,看是否可以输出符合实验要求的波形。
图4.14总程序框图——PWM波形
LABVIEW提供了非常丰富的图形界面来进行前面板的设计,波形图能非常清楚而且实时显示虚拟信号发生器所产生的波形信号,所以将以上两个程序的前面板组合在一起,并填充上颜色,使其更接近一个真实信号发生器的操作面板。
图4.15的前面板就是由两个程序的前面板所组合成的。
图4.15总程序前面板
结论
本设计在研究虚拟仪器技术、DAQ应用技术的基础上,使用虚拟仪器技术实现了信号发生器。
前面板应提供良好的人机交互界面,可以实现实验室里几种常见的信号波形。
本设计大部分工作是程序的编写,所涉及的硬件部分都是现成的。
但是对硬件的了解也是必需要做的工作,特别是对USB6211采集卡的了解,其中包括采集率,采集通道,采样方式等,然后根据实际情况选择合适的参数。
与现有的信号发生器相比,该信号发生器的输出波形类型没有很大的改变,而且波形的频率由于硬件板卡本身对于采样频率的限制,并没有在原来的基础上提高有所提高。
在输出基本波形时如果需要增波形的频率,则需要减小波形的采样频率,否则会由于硬件的溢出问题而不能运行,但是减小采样频率容易让波形产生失真。
如果在这个设计上进一步研究信号发生器,在波形的类型上应该有更多的变化,更迅速的响应时间,更准确的调节过程。
对于信号波形的参数,如频率、幅值、相位、占空比等的设定有更好更精确的方式,而且在波形失真和噪声方面有更好的解决方法。
在面板美化方面也可以做得更好更漂亮。
通过本设计,深刻地认识到了虚拟仪器技术是当代仪器发展的重要发展方向。
虚拟仪器也以崭新的模式和强大的功能深入人心,伴随计算机技术和信息技术的发展虚拟仪器必将拓展到各个领域,引起仪器的深层次变革。
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致谢
感谢田建创老师的悉心指导。
田老师对我的设计给予了关心和指导,对于论文的形成自始自终都予以关注和督促,谢谢。
感谢蔡铁锋老师、王文明老师在开题答辩和中期检查中给予我的帮助和指导。
感谢孔超然老师,为我们做实验提供了场所和设备。
感谢大学四年学校里的老师和同学们,为我提供的学习环境。
你们使我懂得了如何去主动地学习,使我对本专业的知识产生了浓厚的兴趣,谢谢你们。
感谢NI的工程师们,为虚拟仪器设计出了如此完美的开发平台。
感谢所有关于LABVIEW的论坛。
通过学习你们的帖子,我知道了如何去编程,并完成了我的设计。
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