LABVIEW的信号发生系统.docx
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LABVIEW的信号发生系统
基于LABVIEW的信号发生系统
1、LABVIEW概述
1.1Labview简介
LabVIEW[2] 传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序,而LabVIEW[2]则采用数据流编程方式,程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。 VI指虚拟仪器,是LabVIEW[2]的程序模块。 b5E2RGbCAP LabVIEW[2]提供很多外观与传统仪器<如示波器、万用表)类似的控件,可用来方便地创建用户界面。 用户界面在LabVIEW[2]中被称为前面板。 使用图标和连线,可以通过编程对前面板上的对象进行控制。 这就是图形化源代码,又称G代码。 LabVIEW[2]的图形化源代码在某种程度上类似于流程图,因此又被称作程序框图代码。 p1EanqFDPw 1.2LABVIEW的应用 LABVIEW有很多优点,尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。 测试测量: LABVIEW最初就是为测试测量而设计的,因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。 经过多年的发展,LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。 至今,大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序,使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。 同时,用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。 这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能,用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。 有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数,就可以组成一个完整的测试测量应用程序。 DXDiTa9E3d 控制: 控制与测试是两个相关度非常高的领域,从测试领域起家的LabVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。 LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块----LabVIEWDSC。 除此之外,工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。 使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。 RTCrpUDGiT 仿真: LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数,特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。 在设计机电设备之前,可以现在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型,验证设计的合理性,找到潜在的问题。 在高等教育领域,有时如果使用LabVIEW进行软件模拟,就可以达到同样的效果,使学生不致失去实践的机会。 5PCzVD7HxA 儿童教育: 由于图形外观漂亮且容易吸引儿童的注意力,同时图形比文本更容易被儿童接受和理解,所以LabVIEW非常受少年儿童的欢迎。 对于没有任何计算机知识的儿童而言,可以把LabVIEW理解成是一种特殊的“积木”: 把不同的原件搭在一起,就可以实现自己所需的功能。 著名的可编程玩具“乐高积木”使用的就是LabVIEW编程语言。 儿童经过短暂的指导就可以利用乐高积木提供的积木搭建成各种车辆模型、机器人等,再使用LabVIEW编写控制其运动和行为的程序。 除了应用于玩具,LabVIEW还有专门用于中小学生教案使用的版本。 jLBHrnAILg 快快速开发: 根据笔者参与的一些工程统计,完成一个功能类似的大型应用软件,熟练的LabVIEW程序员所需的开发时间,大概只是熟练的C程序员所需时间的1/5左右。 所以,如果工程开发时间紧张,应该优先考虑使用LabVIEW,以缩短开发时间。 xHAQX74J0X 跨平台: 如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上,也可以优先考虑使用LabVIEW。 LabVIEW具有良好的平台一致性。 LabVIEW的代码不需任何修改就可以运行在常见的三大台式机操作系统上: Windows、MacOS及Linux。 除此之外,LabVIEW还支持各种实时操作系统和嵌入式设备,比如常见的PDA、FPGA以及运行VxWorks和PharLap系统的RT设备。 LDAYtRyKfE 1.3软件现况 虚拟仪器技术的三大组成部分, 首先是高效的软件,软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。 其次是模块化的I/O硬件,面对如今日益复杂的测试测量应用,NI提供了全方位的软硬件的解决方案。 最后是用于集成的软硬件平台。 同时,虚拟仪器技术具有性能高、扩展性强、开发时间少、无缝集成的四大优势,使其已成为测试、工业I/O和控制和产品设计的主流技术,随着虚拟仪器技术的功能和性能已被不断地提高,如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。 随着PC、半导体和软件功能的进一步更新,未来虚拟仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式,并且使工程师们在测量和控制方面得到强大功能和灵活性。 Zzz6ZB2Ltk 2、相关理论 2.1信号发生器 信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。 按信号波形可分为正弦信号、函数<波形)信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。 信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。 各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。 能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波<含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 dvzfvkwMI1 2.2采样定理 在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax>,采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5~10倍;采样定理又称奈奎斯特定理。 rqyn14ZNXI 1924年奈奎斯特(Nyquist>就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速率的公式: 理想低通信道的最高大码元传输速率W=2BBaud(其中W是理想采样定理> 理想信道的极限信息速率<信道容量) (bps> 采样过程所应遵循的规律,又称取样定理、抽样定理。 采样定理说明采样频率与信号频谱之间的关系,是连续信号离散化的基本依据。 采样定理是1928年由美国电信工程师H.奈奎斯特首先提出来的,因此称为奈奎斯特采样定理。 1933年由苏联工程师科捷利尼科夫首次用公式严格地表述这一定理,因此在苏联文献中称为科捷利尼科夫采样定理。 1948年信息论的创始人C.E.香农对这一定理加以明确地说明并正式作为定理引用,因此在许多文献中又称为香农采样定理。 采样定理有许多表述形式,但最基本的表述方式是时域采样定理和频域采样定理。 采样定理在数字式遥测系统、时分制遥测系统、信息处理、数字通信和采样控制理论等领域得到广泛的应用。 EmxvxOtOco 2.3数据采集 数据采集(DAQ>,是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。 数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 数据采集卡,即实现数据采集(DAQ>功能的计算机扩展卡,可以通过USB、PXI、PCI、PCIExpress、火线(1394>、PCMCIA、ISA、CompactFlash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。 SixE2yXPq5 2.4信号显示 是指具有信息优势的一方<拥有私人信息的一方)采取某种行动向信息劣势方<拥有公共信息的一方)发送相关信号,用以回避逆向选择,改进市场运行状况。 6ewMyirQFL 3、系统分析 3.1系统功能分析 系统要实现的功能是采用数据采集卡采集外部数据,采集卡将初步处理后的数据传送给信号发生系统,信号发生系统对输入的数据做适当的处理之后,以图形的方式显示出来。 概括起来,系统的框架可简化为如下图: kavU42VRUs 3.2系统架构实现分析 (1>由于LABVIEW支持数据的模拟生成,因此对于外部数据的获取,可以通过调用LABVIEW的数据模拟生成模块来使用,即创建虚拟通道来实现。 y6v3ALoS89 (2>对与数据的采集,LABVIEW提供了数据采集助手(DAQAssistant>,该模块集成了数据采集的相关仪器与信号发生涉及的仪器,方便开发者调用,且免去了操作实物仪器的麻烦。 M2ub6vSTnP (3>对采集到的数据的显示,可以通过调用LABVIEW的显示模块(如: 波形图显示>来实现,该模块封装集成度高,屏蔽了不必要的细节,使得开发者集中精神设计流程。 0YujCfmUCw 3.3实现系统所需软件分析 (1>由于是采用LABVIEW软件来实现该系统,因此,必须安装LABVIEW软件。 (2>对与模拟数据的生成和输入,需要软件创建相应的虚拟通道,并且安装相关模拟仪器驱动,即NI-DAQmx。 eUts8ZQVRd (3>要保证安装的软件中本系统用到的模块是处于可用状态。 4、系统实现 LABVIEW软件和DAQAssistant的安装过程在此省略。 4.1创建虚拟通道 4.1.1打开Measurement&AutomationExplorer(MAX>。 在左侧的导航栏里的“我的系统”下的“设备和接口”上右击,选择“新建”,在弹出来的对话框里选择“仿真NI-DAQ设备或模块化仪器”后,单击对话框下的“完成”按钮确认。 sQsAEJkW5T 4.1.2确认后会弹出一个要求用户选择具体设备型号的对话框,选择M系列的PCI-6250,单击“确定”后,在左侧的导航栏里就能够看到这块虚拟采集卡了。 GMsIasNXkA 4.1.3选择MAX左侧的导航栏里“我的系统”下的“数据邻居”,单击鼠标右键,选择“新建”,在弹出的对话框里选择“NI-DAQ全局虚拟通道”,然后单击“下一步”,出现一个选择对话框。 TIrRGchYzg 4.1.4在弹出的对话框里选择“采集输入”,在其展开项下面选择“电压”,表示这是一个测量电压的模拟输入通道,然后单击“下一步”按钮选择刚刚虚拟出来的数据采集卡的第一个通道ai0作为测量的物理通道。 7EqZcWLZNX 4.1.5单击“下一步”按钮,下一界面要切输入创建的虚拟通道的名字,这里选择“我的电压通道1”,然后单击“完成”按钮,在左侧就可以看到该虚拟通道了。 lzq7IGf02E 4.1.6单击运行按钮,以查看新建好的通道是否能够正常使用。 最终的结果如下图A所示 图A 4.2创建显示系统 新建一个VI,并在前面板中打开“控件选版”,找到“波形图”控件,拖至前面板上,并为其命名为“电压”。 如图B所示: zvpgeqJ1hk 图B 4.3创建数据采集系统 4.3.1在刚才新建的VI中切换至程序框图,选择“Express”,“输入”,“DAQ助手”, 将其拖至程序框图中,此时会弹出一个初始化设置对话框。 展开“采集信号”,在“模拟输入”中选择“电压”,如上图C所示。 单击“下一步”NrpoJac3v1 4.3.2在弹出的一个物理通道选择对话框里选择ai0作为电压采集的物理通道。 单击“完成”,将返回DAQ助手对话框,在该对话框里的“电压输入设置”下的“设置”选项卡里,将最大值和最小值分别设为20和-20。 在“定时设置”下的“采样模式”下拉框里选择“连续采样”,待读取采样设置为100,采样频率设置为1k,如图D所示。 单击“确定”返回到程序框图中。 1nowfTG4KI 图D 4.3.3在程序框图中添加一个While循环,并用连线工具将DAQAssistant与波形图连接起来,同时为While循环添加一个停止按钮。 如图E所示fjnFLDa5Zo 图E 4.3.4将上述文件以“电压采集显示系统.vi”保存,然后关闭文件。 5、系统运行结果 打开刚才保存的VI文件(电压采集显示系统.vi>,选中前面板,单击运行按钮,运行程序,将会在波形图上看到显示出来的采集到的电压数据。 如图F所示: tfnNhnE6e5 图F 6、总结 通过这次设计,我对LABVIEW,数据采集,软件安装使用都有了一个较深的认识。 对于LABVIEW软件: 首先,这个软件给我们的研究、教案等方面带来了诸多的方便。 例如: 教师授课,事实上教师授课只是为了说明原理,采用LABVIEW,既能够节省用于购买实物仪器的费用,而且还能够给学生更多使用仪器的时间,因为软件本身已经把仪器本身的不确定因素给屏蔽掉了,这样就可以减少很多不必要的时间浪费。 HbmVN777sL 其次,软件的模块化集成给我们设计带来了极大的方便。 由于软件高度集成了若干个物理仪器,因此,在设计一个方案时就不需要再把响应的仪器搬到一起或者找线连接到一块,而只需要在电脑上用虚拟线路连接即可。 倘若没有这样的软件,那么在设计一个应用系统时就需要购置相应的硬件仪器,并连接起来运行调试,一旦期间缺少某个仪器,整个调试都将无法进行。 而使用这款软件设计一个系统,就可以只在电脑上设计、调试,等方案确定之后再购置响应的硬件。 这样一来,即提高了效率、缩短了研制周期,又节省了资金。 V7l4jRB8Hs 对于数据采集: 我了解了一个完整的数据采集系统包括: 计算机、传感器和变换器、信号调理模块、数据采集设备、硬件驱动、应用程序编程接口、硬件配置管理软件、应用软件等。 其工作流程大致如下: 传感器和变换器将采集到的原始数据进行初步处理,送给信号调理设备,调理后的信号送到数据采集设备,采集设备再将加工后的数据传给计算机,计算机或输入应用程序运算或存储起来。 83lcPA59W9 同时还了解到在采样过程中,设备的采样频率要达到原始信号中所包含的最高频率的2倍才能保证采集的数据和原始数据相比不会发生畸变。 mZkklkzaaP 对于软件安装使用: 在初始使用时,不管怎么样都找不到响应的模块,后来才发现是没有安装响应模块的驱动(DAQmx>,去网上查了一下才明白,这个软件是分成“两块”的,驱动没装不会影响采集模块以外的模块的使用(这就是分模块的好处>。 于是,我将软件的驱动装上,结果还是不能用,查看了详细提示后才搞清楚是没有将软件激活。 软件激活之后,终于可以使用了。 这给我安装软件有增加了一点经验,同时由于不断地上网查找,也锻炼了利用网络的能力。 AVktR43bpw 申明: 所有资料为本人收集整理,仅限个人学习使用,勿做商业用途。
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