基于LABVIEW的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 基于LabVIEW的多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 指導(dǎo)教師： 職稱 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 完成時(shí)間： 2021年5月30日 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)軟件、硬件的開(kāi)展，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信變得越來(lái)越頻繁，也越來(lái)越便利，于是虛擬儀器也就應(yīng)運(yùn)而生。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，虛擬儀器是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次相結(jié)合的產(chǎn)物，它強(qiáng)調(diào)了“軟件即儀器的概念，使用戶能夠根據(jù)自己的需要來(lái)定義儀器的功能，這樣用戶就能更好的組建自己所需要的測(cè)試系統(tǒng)。它是按照信號(hào)的處理與采集，數(shù)據(jù)的分析，結(jié)果的輸出及顯示的結(jié)構(gòu)模式來(lái)建立通用信

2、號(hào)處理的硬件平臺(tái)。 本文就是在這個(gè)通用信號(hào)處理的硬件平臺(tái)，進(jìn)行了基于LABVIEW的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)是基于LabWIEW軟件的多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，能夠產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室所常用的正弦波、三角波、方波、鋸齒波信號(hào)及任意公式波等根本波形信號(hào)，本設(shè)計(jì)充分利用了LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)所提供的豐富資源, 采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，并設(shè)計(jì)了一個(gè)用戶的登陸系統(tǒng)和登錄音效以及按鍵音效給人以視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上美的感受，并進(jìn)一步完善了虛擬信號(hào)發(fā)生器的功能, 能產(chǎn)生5種我們經(jīng)常用到的信號(hào)以及其他的一些較復(fù)雜的信號(hào)。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器；Labview；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 ABSTRACT With computer s

3、oftware and hardware development, computer and data communication between external devices become more frequent, but also more convenient, so virtual instruments also emerged. In essence, the virtual instrument is the instrument technology and computer technology product of the combination of deep l

4、evel, it emphasizes the software instrument concept that allows users to define their own needs to the instrument function, so users can better the need to establish their own testing system. It is in accordance with the signal processing and collection, data analysis, and display the output results

5、 of the structural model to create common signal processing hardware platform. This article is in this general-purpose signal processing hardware platform for a LABVIEW-based virtual function signal generator design, the design is based on the LabWIEW software multi-function signal generator can pro

6、duce lab common sine wave, triangle wave, square wave, sawtooth wave signal and the arbitrary formulas and other basic waveform signal, the design takes advantage of LabVIEW software development platform provides a wealth of resources, using a modular design approach, and designed a user login syste

7、m and registry keys sound and sound gives a visual and auditory experience of beauty, and further improve the functionality of the virtual signal generator, can produce five kinds of signals, and we often use some other more complex signals. Keywords: virtual instrument; Labview; function signal gen

8、erator目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc19266 1 緒論 PAGEREF _Toc19266 1 HYPERLINK l _Toc24687 1.1 課題背景及意義 PAGEREF _Toc24687 1 HYPERLINK l _Toc29150 1.2 波形發(fā)生器的開(kāi)展概況 PAGEREF _Toc29150 1 HYPERLINK l _Toc18909 1.3 本文的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc18909 4 HYPERLINK l _Toc24423 2 虛擬儀器技術(shù) PAGEREF _Toc24423 5 HYPERLINK l _T

9、oc16103 2.1 虛擬儀器概述 PAGEREF _Toc16103 5 HYPERLINK l _Toc5632 2.2 虛擬儀器的系統(tǒng)構(gòu)成 PAGEREF _Toc5632 7 HYPERLINK l _Toc28183 2.2.1 虛擬儀器系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 PAGEREF _Toc28183 7 HYPERLINK l _Toc21276 2.2.2 虛擬儀器系統(tǒng)的軟件構(gòu)成 PAGEREF _Toc21276 7 HYPERLINK l _Toc3045 2.3 虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) PAGEREF _Toc3045 8 HYPERLINK l _Toc23282 2.4 基于虛擬儀器

10、的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc23282 9 HYPERLINK l _Toc11965 2.5 虛擬信號(hào)發(fā)生器的介紹 PAGEREF _Toc11965 10 HYPERLINK l _Toc10483 2.5.1 信號(hào)發(fā)生器的根本原理 PAGEREF _Toc10483 10 HYPERLINK l _Toc28736 2.5.2 虛擬信號(hào)發(fā)生器的工作原理 PAGEREF _Toc28736 10 HYPERLINK l _Toc29823 3 LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc29823 11 HYPERLINK l _Toc9602 3.1 LabV

11、IEW簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc9602 11 HYPERLINK l _Toc13479 3.2 LabVIEW的優(yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc13479 12 HYPERLINK l _Toc20057 3.3 LabVIEW中的編程方式 PAGEREF _Toc20057 13 HYPERLINK l _Toc25296 3.4 LabVIEW程序的設(shè)計(jì)模式 PAGEREF _Toc25296 14 HYPERLINK l _Toc7156 4 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7156 15 HYPERLINK l _Toc31582 4.1 登錄模塊設(shè)計(jì) PAGE

12、REF _Toc31582 15 HYPERLINK l _Toc12625 4.1.1 登錄界面的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc12625 15 HYPERLINK l _Toc29912 4.1.2 用戶登錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc29912 16 HYPERLINK l _Toc5201 4.1.3 利用局部變量來(lái)設(shè)計(jì)“記住密碼選項(xiàng) PAGEREF _Toc5201 17 HYPERLINK l _Toc26923 4.1.4 用戶加載框的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc26923 17 HYPERLINK l _Toc15481 4.1.5 播放音效VI的設(shè)計(jì) PAGEREF

13、 _Toc15481 18 HYPERLINK l _Toc18927 4.1.6 獲取系統(tǒng)時(shí)間的VI設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc18927 18 HYPERLINK l _Toc21661 4.1.7 利用全局變量在子VI中顯示主VI中的用戶登錄個(gè)人信息 PAGEREF _Toc21661 19 HYPERLINK l _Toc32727 4.2 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc32727 19 HYPERLINK l _Toc12042 4.2.1 軟件的設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc12042 19 HYPERLINK l _Toc5820 4.2.2 多功能函數(shù)信

14、號(hào)發(fā)生器子VI的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc5820 20 HYPERLINK l _Toc10225 4.3 根本的函數(shù)波形產(chǎn)生模塊 PAGEREF _Toc10225 21 HYPERLINK l _Toc25313 4.4 任意公式波產(chǎn)生模塊 PAGEREF _Toc25313 22 HYPERLINK l _Toc20503 4.5 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc20503 23 HYPERLINK l _Toc12633 5 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的仿真和調(diào)試 PAGEREF _Toc12633 25 HYPERLINK l _Toc18966 5.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的

15、仿真和調(diào)試 PAGEREF _Toc18966 25 HYPERLINK l _Toc25795 5.2 調(diào)試結(jié)果分析 PAGEREF _Toc25795 28 HYPERLINK l _Toc22207 結(jié)束語(yǔ) PAGEREF _Toc22207 30 HYPERLINK l _Toc10418 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc10418 31 HYPERLINK l _Toc12627 致 謝 PAGEREF _Toc12627 331 緒論1.1 課題背景及意義 現(xiàn)代化生產(chǎn)要求電子儀器品種多、功能強(qiáng)、精度高、自動(dòng)化程度高，而且要求測(cè)試速度快、實(shí)時(shí)性好、具有良好的人機(jī)界面。虛擬儀器正可以

16、實(shí)現(xiàn)這些要求，虛擬儀器(Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱VI)的概念是由美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)在20世紀(jì)80年代最早提出的。由于儀器儀表技術(shù)和PC技術(shù)的飛速前進(jìn)，虛擬儀器因此誕生。虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)前PC協(xié)助檢測(cè)CAT技術(shù)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，和以前的儀器相比,虛擬儀器有靈活性、多樣性、和許多其他的好的方面。由于科技的飛速開(kāi)展，其應(yīng)用匯更普遍，這也對(duì)虛擬儀器技術(shù)的需求會(huì)更加大。以LabVIEW為根本構(gòu)架實(shí)現(xiàn)TMS320F2812-DSP與PC機(jī)的串行口通信，是將2812-DSP豐富的片上資源、較高的數(shù)據(jù)處理能力與功能強(qiáng)大的圖形化編程虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW相結(jié)合，克服了PC機(jī)串口

17、通信軟件程序代碼冗長(zhǎng)復(fù)雜，不便進(jìn)行功能拓展的缺點(diǎn)，并簡(jiǎn)化了串口調(diào)試程序，到達(dá)了操作簡(jiǎn)單、功能齊全的要求。 隨著電子科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，微電子集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、測(cè)控技術(shù)互相滲透，互相融合而形成了新型的電子信息技術(shù)。經(jīng)過(guò)了二十多年的開(kāi)展，虛擬儀器的概念已逐步為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界所認(rèn)識(shí)，成為21世紀(jì)測(cè)試技術(shù)與儀器技術(shù)開(kāi)展的一個(gè)重要方向，并且在研究、制造和開(kāi)發(fā)等總舵領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。虛擬儀器技術(shù)是測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是以計(jì)算機(jī)為根底，配以相應(yīng)測(cè)試功能的硬件作為信號(hào)輸入輸出的接口，利用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)在計(jì)算機(jī)的屏幕上虛擬出儀器的面板并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，使得使用者在操作計(jì)算機(jī)時(shí)就

18、像在操作一臺(tái)自己設(shè)計(jì)的測(cè)試儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無(wú)法改變的工作模式，使得用戶可以根據(jù)自己的需求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，給用戶提供了一個(gè)充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間，實(shí)際上代表了一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有性價(jià)比高、開(kāi)放性好、智能化程度高、界面友好、使用方便、模塊化和網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點(diǎn)、在很多領(lǐng)域有取代傳統(tǒng)儀器的趨勢(shì)。1.2 波形發(fā)生器的開(kāi)展概況波形發(fā)生器是應(yīng)用于測(cè)試設(shè)備、信號(hào)接收設(shè)備等裝置中的一種波形函數(shù)信號(hào)源。早在20年代，當(dāng)電子設(shè)備剛開(kāi)始出現(xiàn)的時(shí)候，信號(hào)發(fā)生器就隨著出現(xiàn)了。隨著電子技術(shù)的巨大進(jìn)步，波形發(fā)生器根據(jù)它的關(guān)鍵技術(shù)頻率合成技術(shù)的角度，

19、大致可以劃分成三代。第一代的波形發(fā)生器采用的是直接模擬頻率合成 (DireetAnalog Frequeneysynthesis，簡(jiǎn)稱DAFs)技術(shù)。該技術(shù)原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。它由模擬振蕩器產(chǎn)生參考頻率源，經(jīng)諧波發(fā)生器產(chǎn)生一系列諧波，再經(jīng)混頻、分頻和濾波等處理產(chǎn)生大量的離散頻率。其結(jié)構(gòu)如圖1所示：可調(diào)衰減器輸出放大器正弦波整形器放大器三角波發(fā)生器OSC圖1 直接模擬頻率合成框圖根據(jù)所使用的參考頻率的數(shù)目不同可分為非相關(guān)合成方法和相關(guān)合成方法兩種類型。非相關(guān)合成方法使用多個(gè)晶體參考頻率源，所需的各種頻率分別由這些參考源提供;相關(guān)合成方法只是用一個(gè)晶體參考頻率源，所需的各種頻率都由它經(jīng)過(guò)分頻、混頻

20、和倍頻后得到，因而合成器輸出頻率的穩(wěn)定性和精度與參考源一樣。采用這種技術(shù)制作的函數(shù)發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、相位噪聲低，但由于采用大量的混頻、分頻、倍頻和濾波等模擬硬設(shè)備，使頻率合成器的體積大、本錢高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、容易產(chǎn)生雜散分量，大多數(shù)硬件的非線性影響難于抑制。第二代的波形發(fā)生器采用的是模擬電路技術(shù)，其頻率控制局部主要采用的是基于鎖相環(huán) (PhaseLockedLoop，簡(jiǎn)稱PLL)的間接頻合成技術(shù)。PLL是間接頻率合成技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵局部，它是一個(gè)負(fù)反應(yīng)環(huán)路，是一個(gè)實(shí)現(xiàn)相位自動(dòng)鎖定的控制系統(tǒng)，其輸出信號(hào)與參考信號(hào)相位同步。原理如圖2所示。該頻率合成技術(shù)是利用一個(gè)或幾個(gè)參考頻率源，通過(guò)諧波

21、發(fā)生器和分頻器等產(chǎn)生大量諧波或組合頻率，然后用PLL把壓控振蕩器的頻率鎖定在某一諧波或組合頻率上。這種波形發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定和雜散抑制好，調(diào)試簡(jiǎn)便。但由分立組件構(gòu)成的振蕩電路和整形電路，在產(chǎn)生各種波形時(shí)，由于其鎖相存在捕獲時(shí)間問(wèn)題，其頻率切換速度比直接合成慢而且頻率間隔不可能做的很小。采用這種技術(shù)的波形發(fā)生器電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、準(zhǔn)確度較差，而且僅能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等幾種簡(jiǎn)單波形，難以產(chǎn)生較為復(fù)雜的波形信號(hào)。目前市場(chǎng)上的基本屬于第三代波形發(fā)生器，它們普遍采用的是DDS技術(shù)。DDs是從相位概念出發(fā)FR鑒相器(PD)低通濾波器LPF壓控振蕩器VCOFO圖2 鎖相環(huán)原理框圖直接合成所需

22、要波形的一種新的頻率合成原理。隨著高速大規(guī)模集成電路技術(shù)的開(kāi)展，DDS技術(shù)日益顯露出它的優(yōu)越性?；贒DS技術(shù)的任意波形發(fā)生器利用高速存儲(chǔ)器作為查找表，通過(guò)高速D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，它不僅可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波等規(guī)那么波形，而且還可以通過(guò)上位機(jī)或下位機(jī)編輯，產(chǎn)生真正意義上的任意波形。例如，它能模擬編碼雷達(dá)信號(hào)、潛水艇特征信號(hào)、磁盤數(shù)據(jù)信號(hào)、機(jī)械振動(dòng)瞬變過(guò)程、電視信號(hào)以及神經(jīng)脈沖類的波形，也能重演由數(shù)位示波器捕獲的波形。其典型結(jié)構(gòu)如圖3所示：波形輸出波形存儲(chǔ)器D/A轉(zhuǎn)換器模擬濾波器DDS模塊控制面板圖3 直接數(shù)字頻率合成結(jié)構(gòu)圖采用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的任意波形發(fā)生器具有以下

23、優(yōu)點(diǎn): 1頻率分辨率高，輸出的頻數(shù)點(diǎn)多，能夠到達(dá)兩個(gè)頻點(diǎn)(假設(shè)DDS相位累加器的字長(zhǎng)是N); 2頻率切換速度快，能到達(dá)微秒級(jí); 3頻率切換時(shí)相位是連續(xù)的; 4可以輸出帶寬正交信號(hào); 5輸出相位噪聲低，對(duì)參考頻率源的相位噪聲有改善作用; 6能夠產(chǎn)生任意波形; 7全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕。它在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、相位連續(xù)、正交輸出、高分辨率以及集成化等一系列性能指標(biāo)方面，己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能到達(dá)的水平，完成了頻率合成技術(shù)的又一次飛躍。用這種方法產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)及其它復(fù)雜波形信號(hào)的技術(shù)日益受到重視，并得到廣泛的應(yīng)用。1.3 本文的主要內(nèi)容 該論文介紹了虛擬儀器技術(shù)的概念

24、和根本的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)軟件基于LabWIEW多功能信號(hào)發(fā)生器，能產(chǎn)生共同的正弦波，三角波，方波，鋸齒波信號(hào)和一些任意的公式，并在已設(shè)計(jì)的根底上，增加了一個(gè)登錄模塊和一個(gè)按鍵音效以及登錄音效，所以能在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上都是享受。本文主要內(nèi)容可以概括如下： 1 主要闡述了課題研究的背景、研究意義和本課程設(shè)計(jì)的主要研究工作。 2簡(jiǎn)述了近些年來(lái)在儀器的測(cè)試方面出現(xiàn)了的一個(gè)新型的儀器虛擬儀器及其概念、特點(diǎn)、開(kāi)展現(xiàn)狀和虛擬儀器的構(gòu)建技術(shù)，同時(shí)本文也介紹了一個(gè)作用于虛擬儀器的開(kāi)發(fā)的集成軟件LabWIEW，以及LabWIEW VI(Virtual Instrument)的概念以及還介紹了LabVIEW創(chuàng)立虛擬儀器的

25、一般過(guò)程和方法。3對(duì)本論文所采用的一個(gè)圖形化編程軟件LabVIEW中實(shí)例對(duì)具體的編程方式、設(shè)計(jì)模式以及LabVIEW的特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單介紹，這也是介紹本文為什么選用這個(gè)軟件作為我的主要軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的原因。然后也結(jié)合一個(gè)多線程技術(shù)、同步控制等在我們開(kāi)發(fā)實(shí)際中大量運(yùn)用到的一個(gè)技術(shù)做一一的研究和介紹。4虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。本章主要三個(gè)局部，第一個(gè)局部介紹了我所設(shè)計(jì)的一個(gè)登陸模塊及其所包含的7個(gè)子VI的構(gòu)成和一些簡(jiǎn)介。第二局部為4個(gè)模塊，分別介紹了根本函數(shù)波形產(chǎn)生模塊、任意公式波形產(chǎn)生模塊。第三局部介紹了虛擬多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)思路及其流程圖以及進(jìn)行了仿真和測(cè)試，得出了仿真和測(cè)

26、試結(jié)果。2 虛擬儀器技術(shù)本章對(duì)虛擬儀器技術(shù)的概念進(jìn)行了深入的探究,并且對(duì)虛擬儀器軟硬件的構(gòu)成方案進(jìn)行了仔細(xì)研究。在比照了各個(gè)方案的特點(diǎn)后的根底之上，再結(jié)合了自己的實(shí)際狀況，最終確定了本文校準(zhǔn)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成方案和使用什么軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為自己的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。2.1 虛擬儀器概述 虛擬儀器的概念以及起源。虛擬儀器(VirtualInstrumentation，VI)是電子測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)更加緊密結(jié)合產(chǎn)生的一種新儀器模式，是指以通用計(jì)算機(jī)作為核心硬件平臺(tái)，配以相應(yīng)的硬件模塊作為信號(hào)輸入輸出接口，利用儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)在計(jì)算機(jī)的屏幕上虛擬出儀器的面板和相應(yīng)的功能，通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤交互式操作完成相應(yīng)測(cè)試測(cè)

27、量任務(wù)的儀器。在這種儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個(gè)用戶都可以通過(guò)改寫軟件的方法，方便地改變個(gè)增減儀器系統(tǒng)的功能，即“軟件就是儀器。 虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)拈_(kāi)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0以前的版本，對(duì)虛擬儀器和LabVIEW長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究開(kāi)發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。 普通的PC有一些不可防止的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器isl653

28、1cr或計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計(jì)算機(jī)化儀器的一個(gè)重要開(kāi)展方向是制定了VXI標(biāo)準(zhǔn)，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒(méi)有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標(biāo)準(zhǔn)的VXI機(jī)箱，再與計(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。VXI是結(jié)合GPIB儀器和DAQ板的最先進(jìn)技術(shù)而開(kāi)展起來(lái)的高速、多廠商、開(kāi)放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。VXI技術(shù)優(yōu)化了諸如高速AlD轉(zhuǎn)換器、標(biāo)準(zhǔn)化觸發(fā)協(xié)議以及共享內(nèi)存和局部總線等先進(jìn)技術(shù)和性能，成為可編程儀器的新領(lǐng)域，并成為電子測(cè)量?jī)x器行業(yè)目前最熱門的領(lǐng)域?，F(xiàn)在，已有數(shù)百家廠商生產(chǎn)的上千種VXI

29、產(chǎn)晶面市。但由于VXI儀器價(jià)格昂貴，后來(lái)又推出了一種較為廉價(jià)的PXI標(biāo)準(zhǔn)儀器。從而形成了儀器行業(yè)的兩大主流儀器標(biāo)準(zhǔn)PXI和VXI。 虛擬儀器的特點(diǎn)與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器有以下一些特點(diǎn)。1軟件是核心。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，在選定系統(tǒng)控制用計(jì)算機(jī)以及一些標(biāo)準(zhǔn)化的儀器硬件模塊或板卡后，軟件局部就成為構(gòu)建和使用虛擬儀器的關(guān)鍵所在。其中，儀器驅(qū)動(dòng)軟件的功能是實(shí)現(xiàn)與儀器硬件的接口和通信，應(yīng)用軟件那么完成用戶定義的測(cè)試和儀器功能，并提供人機(jī)交互界面。在進(jìn)行應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)時(shí)，可以利用HPVEE、LabVIEW、I。abWindows/CVI等集成開(kāi)發(fā)環(huán)境?？梢钥闯觯浖谔摂M儀器技術(shù)中占有十分重要的作用，NI公司

30、提出的“軟件就是儀器(TheSoftwareistheInstrument)就是這一特點(diǎn)的形象概括。2靈活性和可擴(kuò)展性。虛擬儀器打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義功能和控制面板，用戶沒(méi)有方法更改的模式。儀器用戶可根據(jù)自己不斷變化的需求，自由發(fā)揮自己的想象力，方便靈活地重組測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)的擴(kuò)展、升級(jí)可隨時(shí)進(jìn)行，而且系統(tǒng)更新的周期短、見(jiàn)效快，能充分地滿足用戶在不同場(chǎng)合的應(yīng)用需求。3性價(jià)比高。虛擬儀器可以將茌傳統(tǒng)儀器中一些由硬件完成的功能轉(zhuǎn)為軟件實(shí)現(xiàn)，減少了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)本錢和維護(hù)本錢；虛擬儀器能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的測(cè)量，信號(hào)傳輸大局部采用數(shù)字信號(hào)的形式，數(shù)據(jù)處理也主要依賴

31、軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，大大降低了環(huán)境干擾和系統(tǒng)誤差的影響；用戶可以隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)整虛擬儀器的功能，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。因此，使用虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器更經(jīng)濟(jì)。4良好的人機(jī)界面。虛擬儀器的操控界面是采用圖形化編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種虛擬面板或稱為軟面板。虛擬面板可以模擬傳統(tǒng)儀器面板的設(shè)計(jì)風(fēng)格來(lái)設(shè)計(jì)，也可以由用戶根據(jù)實(shí)際需求定制設(shè)計(jì)。測(cè)量結(jié)果可以通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕以曲線、圖形、數(shù)據(jù)或表格等形式顯示出來(lái)。5與其他設(shè)備互聯(lián)的能力。虛擬儀器通常具備標(biāo)準(zhǔn)化的總線或通信接口，具有與其他設(shè)備互聯(lián)的能力。例如，虛擬儀器能夠通過(guò)以太網(wǎng)與Internet相連，或者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控和管理等。這種互聯(lián)能力使虛擬儀器系統(tǒng)的功能顯著增加，

32、應(yīng)用領(lǐng)域明顯擴(kuò)大。 虛擬儀器的開(kāi)展趨勢(shì)隨著計(jì)算機(jī)、通信、微電子技術(shù)的不斷開(kāi)展，以及網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)和信息化要求的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到虛擬儀器領(lǐng)域中是虛擬儀器開(kāi)展的大趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的概念目前還沒(méi)有一個(gè)比擬明確的提法，也沒(méi)有一個(gè)被測(cè)量界廣泛接受的定義。其一般特征是將虛擬儀器、外部設(shè)備、被測(cè)試點(diǎn)以及數(shù)據(jù)庫(kù)等資源納入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源共享，共同完成測(cè)試任務(wù)。使用網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，可在任何地點(diǎn)、任意時(shí)刻獲取數(shù)據(jù)信息的愿望成為現(xiàn)實(shí)。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器也適合異地或遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集、故障監(jiān)測(cè)、報(bào)警等。與以PC為核心的虛擬儀器相比，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器是儀器開(kāi)展史上的一次革命。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將由單臺(tái)虛擬儀器實(shí)現(xiàn)的

33、3大功能數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)鈴析及圖形化顯示分開(kāi)處理，分別使用獨(dú)立的根本硬件模塊實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的兩大功能，以網(wǎng)線相連接，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享。2.2 虛擬儀器的系統(tǒng)構(gòu)成 虛擬儀器由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設(shè)備與接口可以是各種以PC為根底的內(nèi)置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、VXI總線儀器接口等設(shè)備，或者是其它各種可程控的外置測(cè)試設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序，虛擬儀器通常運(yùn)用下層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和真正的儀表系統(tǒng)進(jìn)行通信，能以虛擬儀器面板的方式在電腦屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作元素相對(duì)應(yīng)的各種控件。用戶用鼠標(biāo)操作虛擬儀器的面板就如同操作真實(shí)儀器一樣真

34、實(shí)與方便。2.2.1 虛擬儀器系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和測(cè)控功能硬件。計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)可以是各種類型的計(jì)算機(jī)，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、嵌入式計(jì)算機(jī)等。它管理著虛擬儀器的軟件資源，是虛擬儀器的硬件根底。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)在顯示、存儲(chǔ)能力、處理器性能、網(wǎng)絡(luò)、總線標(biāo)準(zhǔn)等方面的開(kāi)展，導(dǎo)致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速開(kāi)展。 按照測(cè)控功能硬件的不同，VI可分為DAQ、GPIB、VXI、PXI和串口總線五種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，它們主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換。2.2.2 虛擬儀器系統(tǒng)的軟件構(gòu)成測(cè)試軟件是虛擬儀器的主心骨。NI公司在提出虛擬儀器概念并推出第一批實(shí)用成果

35、時(shí)，就用軟件就是儀器來(lái)表達(dá)虛擬儀器的特征，強(qiáng)調(diào)軟件在虛擬儀器中的重要位置。NI公司從一開(kāi)始就推出豐富而又簡(jiǎn)潔的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件。使用者可以根據(jù)不同的測(cè)試任務(wù)，在虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件的提示下編制不同的測(cè)試軟件，來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。在虛擬儀器系統(tǒng)中用靈活強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件，特別是系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)直接參與測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生和測(cè)量特性的分析，使儀器中的一些硬件甚至整個(gè)儀器從系統(tǒng)中消失，而由計(jì)算機(jī)的軟硬件資源來(lái)完成它們的功能。虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的軟件主要分為以下四局部。1儀器面板控制軟件。儀器面板控制軟件即測(cè)試管理層，是用戶與儀器之間交流信息的紐帶。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形化編程環(huán)境

36、，使用可視化的技術(shù)，從控制模塊上選擇你所需要的對(duì)象，放在虛擬儀器的前面板上。2數(shù)據(jù)分析處理軟件。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力和虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)可以極大提高虛擬儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理能力，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。3儀器驅(qū)動(dòng)軟件。虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序是處理與特定儀器進(jìn)行控制通信的一種軟件。儀器驅(qū)動(dòng)器與通信接口及使用開(kāi)發(fā)環(huán)境相聯(lián)系，它提供一種高級(jí)的、抽象的儀器映像，它還能提供特定的使用開(kāi)發(fā)環(huán)境信息。儀器驅(qū)動(dòng)器是虛擬儀器的核心，是用戶完成對(duì)儀器硬件控制的紐帶和橋梁。虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序的核心是驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)/VI集，函數(shù)/VI是指組成驅(qū)動(dòng)的模塊化子程序。驅(qū)動(dòng)程序一般分為兩層，底層是儀器的根本操作，如初始化儀器

37、配置儀器輸入?yún)?shù)、收發(fā)數(shù)據(jù)、查看儀器狀態(tài)等。高層是應(yīng)用函數(shù)/VI層，它根據(jù)具體測(cè)量要求調(diào)用底層的函數(shù)/VI。4通用I/O接口軟件。在虛擬儀器系統(tǒng)中，I/O接口軟件作為虛擬儀器系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)中承上啟下的一層，其模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化越來(lái)越重要。VXI總線即插即用聯(lián)盟，為其制定了標(biāo)準(zhǔn)，提出了自底向上的I/O接口軟件模型即VISA。作為通用I/O標(biāo)準(zhǔn)，VISA具有與儀器硬件接口無(wú)關(guān)性的特點(diǎn)，即這種軟件結(jié)構(gòu)是面向器件功能而不是面向接口總線的。應(yīng)用工程師為帶GPIB接口儀器所寫的軟件，也可以于VXI系統(tǒng)或具有RS232接口的設(shè)備上，這樣不但大大縮短了應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)周期，而且徹底改變了測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)的方式和手段。2.

38、3 虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) 虛擬儀器是一類軟件化的儀器，核心概念是軟件就是儀器，而應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)虛擬儀器所必須的軟件工具。目前，較流行的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)大致可以分為三類： 第一類：圖形化編程語(yǔ)言，代表性的有LabVIEW,HPVEE等； 第二類：文本式的編程語(yǔ)言，如C,Visual C+,LabWindows/CVI; 第三類：零編程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，具有代表性的式VMIDS框架協(xié)議系統(tǒng)圖形化的編程語(yǔ)言，這是我國(guó)自己開(kāi)發(fā)的軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它具有編程簡(jiǎn)單、直觀、開(kāi)發(fā)效率高的特點(diǎn)。 目前市面上能夠見(jiàn)到的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，根本上都可以歸為以上三類之一。這三類各有優(yōu)缺點(diǎn)，也是目前在市面上都存在的原因。誰(shuí)也取代不

39、了誰(shuí)。文本式編程語(yǔ)言具有編程靈活、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)，但他需要很深厚的編程功底，需要記憶很繁瑣的文本語(yǔ)言，編程開(kāi)發(fā)過(guò)程不是任何人都可以掌握的，不適合與那些沒(méi)有語(yǔ)言功底的工程師和科學(xué)家，而圖形化編程地出現(xiàn)正式彌補(bǔ)著文本變成的缺陷，把枯燥的寫代碼過(guò)程變成了把各種圖形控件用連線連接起來(lái)的具有趣味性的圖形化編程活動(dòng)，但也不是不需要編程的，使用圖形化編程語(yǔ)言的人，并不像文本編程者那樣，需要很深厚的編程功底，但也不是說(shuō)不用編程，而我國(guó)自己開(kāi)發(fā)的VMIDS框架協(xié)議開(kāi)發(fā)系統(tǒng)用戶是不需要編程，就能組建自己所需要的儀器。以下就幾種典型的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)做一簡(jiǎn)單的介紹。 1LabVIEW是圖形化的儀器編程環(huán)境，提供顯示和控制

40、對(duì)象，如表頭、旋鈕、圖表等。內(nèi)置高效的程序編譯器編譯方式運(yùn)行32位應(yīng)用程序 ，內(nèi)置代碼評(píng)估器。 靈活的程序調(diào)試手段可設(shè)斷點(diǎn) ，探針，高亮，單步。支持各種數(shù)據(jù)采集與儀器通信應(yīng)用支持 ISA、EISA、PCI、PCMCIA和MacintoshNuBus等各種總線 。功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析函數(shù)庫(kù)包括數(shù)值函數(shù)、字符串處理函數(shù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算函數(shù)和文件I/O函數(shù)，還包括概率與統(tǒng)計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號(hào)處理、數(shù)字濾波器、窗函數(shù)、三維圖形處理等高級(jí)分析函數(shù)。 支持多種系統(tǒng)平臺(tái)可在LabVIEW平臺(tái)上調(diào)用其他軟件平臺(tái)編譯的模塊。開(kāi)放式的開(kāi)發(fā)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)功能面向?qū)ο蠹夹g(shù)。 2LabWindows/CVI采用事件驅(qū)動(dòng)

41、與回調(diào)函數(shù)編程，集成化開(kāi)發(fā)平臺(tái)，支持多種總線，支持?jǐn)?shù)據(jù)處理和分析功能，提供格式化I/O庫(kù)、Analysis庫(kù)、Advanced Analysis庫(kù)、ANSI C庫(kù)等，提供圖形化用戶界面編輯，User Interface庫(kù)。支持網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)程間通信功能，支持多種操作系統(tǒng)。 3Agilent VEE圖形化的編程，提供顯示和控制模塊 ，如按鈕、圖表、溫度指示器等 。內(nèi)置的程序編譯器，交互式編譯器技術(shù)，豐富的儀器驅(qū)動(dòng)程序，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析與處理數(shù)理統(tǒng)計(jì)、類型比擬、矩陣運(yùn)算、微積分、信號(hào)分析與處理、數(shù)字濾波器等 。靈活的程序調(diào)試手段可設(shè)斷點(diǎn)，單步，分步。支持多種系統(tǒng)平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)功能。4National Inst

42、ruments,LabVIEW,LabWindows/CVI具有用于數(shù)據(jù)采集、儀器、網(wǎng)絡(luò)和分析的完全集成化的庫(kù)的圖形化環(huán)境；可編譯性能強(qiáng)；自動(dòng)化的測(cè)試對(duì)接軟件；SQL數(shù)據(jù)庫(kù)連接性SPC分析工具。用于儀器控制和數(shù)據(jù)采集分析的交互式編譯軟件包；用于GUI的拖拉用戶界面編程器；用于快速樣機(jī)開(kāi)發(fā)的代碼產(chǎn)生工具和內(nèi)部編譯器；用于GPIB,VXI、串行、DAQ, TCP和用戶控制界面的集成庫(kù)；可用于Win2000/XP、Sun Solaris I.x/2.x和HP-ux。2.4 基于虛擬儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 根據(jù)上述主要功能的虛擬儀器描述,基于虛擬儀器很容易看到自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有以下突出優(yōu)點(diǎn): 1采用虛

43、擬儀器，計(jì)算機(jī)與硬件測(cè)試設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸非常方便、直接、快速。在傳統(tǒng)的測(cè)試儀器設(shè)備中，測(cè)試人員以手工的方式現(xiàn)場(chǎng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，在測(cè)試數(shù)據(jù)量比擬大的情況下，這種數(shù)據(jù)記錄方式不能很好的按時(shí)完成記錄任務(wù)，測(cè)試過(guò)程也就變的復(fù)雜、緩慢，而且很容易引起測(cè)試誤差。對(duì)于有些常用的測(cè)試儀器，對(duì)于被測(cè)對(duì)象只能進(jìn)行定性分析，如果需要精確的物理數(shù)據(jù)，就需要有額外的輔助措施。在應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)的測(cè)試設(shè)備中，充分利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力，讓測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)由計(jì)算機(jī)總線，傳輸至計(jì)算機(jī)內(nèi)存或硬盤，數(shù)據(jù)傳輸率可以滿足測(cè)試的實(shí)時(shí)性要求，也加快了測(cè)試過(guò)程，這樣就很好解決了數(shù)據(jù)的傳輸、保存問(wèn)題。 2在某些情況下，需要根據(jù)工程的實(shí)際需要實(shí)時(shí)、直

44、接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理，如進(jìn)行PID控制、模糊邏輯控制、FFT、DFT運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)處理，數(shù)學(xué)分析和數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)接、統(tǒng)計(jì)分析參數(shù)調(diào)整、單位轉(zhuǎn)換等工作，這在傳統(tǒng)儀器中很難做到。在虛擬儀器中，開(kāi)發(fā)人員可以使用現(xiàn)有的分析軟件包或通過(guò)自行編制相應(yīng)軟件來(lái)滿足這一功能要求。 3為了使測(cè)試過(guò)程直觀、明了，有時(shí)需要多種方式顯示測(cè)試數(shù)據(jù)、控制過(guò)程和分析結(jié)果，虛擬儀器中，就可以利用計(jì)算機(jī)的圖形用戶界面實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。2.5 虛擬信號(hào)發(fā)生器的介紹2.5.1 信號(hào)發(fā)生器的根本原理 本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的前面板主要由以下幾個(gè)局部構(gòu)成：儀器控制按鈕，輸出頻率控制窗口(包括頻率顯示單位)，頻率倍成控制，波形選擇，頻率微調(diào)按

45、鈕，直流偏置，方波占空比調(diào)節(jié)，輸出波形幅度控制按鈕。頻率微調(diào)范圍：O11 Hz；直流偏置：一1010V；方波占空比：0100；輸出波形幅度：010V。此外還增加了許多修飾性的元件如面板上的壓控輸入、記數(shù)輸入、同步輸出、電壓輸出等。使用這些修飾性的元件的目的是為了增加儀器的美觀性，并盡量與真實(shí)儀器的使用界面相一致。2.5.2 虛擬信號(hào)發(fā)生器的工作原理 通過(guò)軟件虛擬信號(hào)發(fā)生器的功能，信號(hào)由特定的虛擬儀器發(fā)出，再通過(guò)波形顯示器表現(xiàn)在大家面前。虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為核心，功能由用戶定義和設(shè)計(jì)，具有虛擬面板，其測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器的關(guān)鍵是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件的功能，實(shí)現(xiàn)“軟件即儀器。本文應(yīng)用虛擬儀器

46、開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW開(kāi)發(fā)了一種多功能虛擬信號(hào)發(fā)生器，擴(kuò)展了信號(hào)發(fā)生器的分析和計(jì)算能力，降低了儀器的價(jià)格，增強(qiáng)了儀器的通用性，實(shí)現(xiàn)了波形顯示、存儲(chǔ)、以及多個(gè)測(cè)量參數(shù)自動(dòng)顯示、相位差自動(dòng)計(jì)算等功能。3 LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境3.1 LabVIEW簡(jiǎn)介 LabVIEWLaboratory Virtual Instrument Engineering Workbench是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)立應(yīng)用程序的圖形化編語(yǔ)言。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)音根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而LabVIEW那么采用數(shù)據(jù)流程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標(biāo)表示函數(shù)，用連線表示數(shù)

47、據(jù)流向。 LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器如示波器、萬(wàn)用表類似的控件，可用來(lái)方便的創(chuàng)立用戶界面。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過(guò)編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱GGraphics代碼。LabVIEW的圖像化源代碼在某種程度上類似于數(shù)據(jù)流流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。前面板上的每一個(gè)控件對(duì)應(yīng)于程序框圖中的一個(gè)對(duì)象，當(dāng)數(shù)據(jù)“流向該控件時(shí)，控件就會(huì)根據(jù)自己的特性以一定的方式顯示數(shù)據(jù)，例如開(kāi)關(guān)、數(shù)字或圖形。圖4就是一個(gè)LabVIEW程序?qū)嵗那懊姘迮c程序框圖，該例模擬了一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 LabVIEW程序被稱為VIVirtual Inst

48、rument，即虛擬儀器。這是因?yàn)樗暮芏嘟缑婵丶c操作都模擬了現(xiàn)實(shí)世界中的儀器，例如示波器與萬(wàn)用表等。LabVIEW的核心概念就是“軟件即是儀器，即虛擬儀器的概念。LabVIEW還包含了大量的工具與函數(shù)用于采集、分析。顯示與存儲(chǔ)等。這些工具都是導(dǎo)向式的工具，用戶只需要一步步按照提示就可以實(shí)現(xiàn)與儀器的連接和參數(shù)的設(shè)置。而程序員也不同去記憶這些大量的函數(shù)，因?yàn)檫@函數(shù)都以圖標(biāo)與名稱的形式存在于一個(gè)小小的函數(shù)面板上，當(dāng)需要用到某個(gè)函數(shù)時(shí)把它從函數(shù)面板上拖放到程序框圖中就可以了。這一切都是圖形化帶來(lái)的好處。 LabVIEW的圖形環(huán)境還內(nèi)置了豐富的函數(shù)庫(kù)，提供了多種網(wǎng)絡(luò)接口，支持先進(jìn)的流動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)认冗M(jìn)

49、技術(shù)，使系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)變得更加簡(jiǎn)單和方便，其中基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換編程技術(shù)數(shù)據(jù)套接字(DataSocket)技術(shù)便是其一大特色。并且這種技術(shù)是一種開(kāi)放的技術(shù)，與人們已經(jīng)習(xí)慣采用的TCP/IP編程接口、DDE等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享技術(shù)比擬的話，使用起來(lái)更為方便，開(kāi)發(fā)效率更高，而且不需要大量的編程工作量。數(shù)據(jù)套接提供統(tǒng)一的API編程接口，從數(shù)據(jù)共享的角度來(lái)看，它是對(duì)WinSock的高級(jí)封裝，允許用戶與各種效勞器之間進(jìn)行交互并在應(yīng)用之間交換信息，比方LabVIEW以及其他一些不同的數(shù)據(jù)源或目標(biāo)，源和目標(biāo)中包括其他的應(yīng)用、文件、OPC (OLE For Process Control)效

50、勞器、Web效勞器以及FTP效勞器。使用DataSocket類和統(tǒng)一資源定位器(Uniform Resource Locator，簡(jiǎn)稱URL)，就可建立數(shù)據(jù)套接的源與目標(biāo)的連接，用戶可以像使用LabVIEW中的其他數(shù)據(jù)類型一樣用DataSocket進(jìn)行讀寫據(jù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。圖4 LabVIEW程序的前面板與程序框圖舉例3.2 LabVIEW的優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有傳統(tǒng)儀器虛擬儀器控制面板,但使用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境,使用可視化圖形編程語(yǔ)言和平臺(tái),以創(chuàng)立一個(gè)圖在計(jì)算機(jī)屏幕上而不是軟面板的傳統(tǒng)傳統(tǒng)儀器面板。軟實(shí)際儀器面板有一個(gè)類似的旋鈕、開(kāi)關(guān)、燈光和其他控制組件。在操作,用戶通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤操作軟面板,

51、檢查儀表通信和操作。除了上面提到的特性,與傳統(tǒng)儀器的編程工具Visual Basic,Visual c+相比,虛擬儀器以及幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。 1用戶能根據(jù)自己的需要的虛擬儀器的靈活性來(lái)定義儀器功能，通過(guò)不同的功能模塊的組合，可構(gòu)成各種儀器，儀器制造商的特定功能，而不是會(huì)受限的。 2虛擬儀器將所有的儀器控制信息都集中在軟件模塊，可以顯示各種各樣的方式使用的數(shù)據(jù)收集，分析和控制過(guò)程的結(jié)果。這種轉(zhuǎn)移的重要組成局部，進(jìn)一步加大虛擬儀器技術(shù)的靈活性。 3因?yàn)槭翘摂M儀器的軟件、硬件的限制小,所以連接與其他儀器位于相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。和虛擬儀器可以很容易地連接到網(wǎng)絡(luò)、外圍設(shè)備和其他應(yīng)用程序也可以使用多用戶數(shù)據(jù)共享。 4虛

52、擬儀器在真正的時(shí)間,直接編輯的數(shù)據(jù),而且通過(guò)計(jì)算機(jī)總線傳輸數(shù)據(jù)到內(nèi)存或打印機(jī)。這樣做,我們解決了這個(gè)問(wèn)題的數(shù)據(jù)傳輸,一方面充分利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量,因此虛擬儀器有無(wú)限的數(shù)據(jù)記錄能力。 5虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形用戶界面(GUI),直接用電腦閱讀。根據(jù)實(shí)際工程的需要,使用人員可以被編程的軟件或使用現(xiàn)有的分析軟件,實(shí)時(shí)、直接測(cè)試各種數(shù)據(jù)分析和處理。 6虛擬儀器價(jià)格很低，而且它基于軟件的架構(gòu)還節(jié)省了大量的開(kāi)發(fā)和維護(hù)本錢。 3.3 LabVIEW中的編程方式 虛擬儀器的軟件設(shè)計(jì)由兩局部組成：前面板和流程圖。在前面板，輸入用輸入控 件(Control)來(lái)實(shí)現(xiàn)，程序運(yùn)行的結(jié)果由輸出控件(Indicat

53、or)來(lái)完成。流程圖是完成程序功能的圖形化源代碼，通過(guò)它對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的輸入和輸出進(jìn)行指定，完成對(duì)信號(hào)采集及分析處理功能的控制。 1前面板。前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，前面板直接面向用戶，是用戶使用虛擬儀器的根本操作面板。這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。2程序框圖提供VI的圖形化程序。它的功能是對(duì)前面板上的控件進(jìn)行定義、操作和連線以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能，是LabVIEW程序設(shè)計(jì)的核心。在程序框圖中存在著對(duì)VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出。它包括前面板上的控件和控件的連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須

54、有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。如果將VI與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比擬，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用VI可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無(wú)幾。 3圖標(biāo)/連接器。VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征，一個(gè)VI可以作為子程序，這里稱為子VI，被其他VI調(diào)用。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)。LabVIEW的強(qiáng)大功能歸因于它的層次化結(jié)構(gòu)，用戶可以把創(chuàng)立的VI程序當(dāng)作子程序調(diào)用，以創(chuàng)立更復(fù)雜的程序，而這種調(diào)用的層次是沒(méi)有限制的。 在VI設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以利用工具選板、前面板中的控件選板、程序框圖

55、中的函數(shù)選板進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些選板的詳細(xì)功能及用法通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)VI的過(guò)程逐漸地掌握。如果VI是比照標(biāo)準(zhǔn)儀器,那么前面板是等價(jià)的儀表板,而圖是相當(dāng)于在儀器的特性。3.4 LabVIEW程序的設(shè)計(jì)模式 設(shè)計(jì)模式所代表的技術(shù)都是經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的、具有很強(qiáng)實(shí)用價(jià)值的程序設(shè)計(jì)方式。它們一般都經(jīng)過(guò)了開(kāi)發(fā)者的不懈的改良和調(diào)整才形成，使用簡(jiǎn)單并具有較高的可維護(hù)性、可讀性等特點(diǎn)。同時(shí)，隨著某種設(shè)計(jì)模式被廣泛使用，有助于其他的開(kāi)發(fā)人員理解和改變?cè)_(kāi)發(fā)者的程序代碼。LabVIEW應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)也可以利用這些設(shè)計(jì)模式的優(yōu)勢(shì)。LabVIEW中的設(shè)計(jì)模式主要有：狀態(tài)機(jī)模式、主從模式、生產(chǎn)消費(fèi)模式和消息隊(duì)列處理機(jī)模式。 4

56、 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)本章主要介紹了基于LabVIEW的多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思路以及流程和仿真框圖。主要分為以下幾個(gè)模塊：登陸模塊、根本函數(shù)波形產(chǎn)生模塊、任意公式波形產(chǎn)生模塊以及虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)。各個(gè)模塊均給出了相應(yīng)的流程圖和前面板波形圖。共有7個(gè)子VI, 進(jìn)一步完善了虛擬信號(hào)發(fā)生器的功能, 能產(chǎn)生正弦、方波、三角波鋸齒涉及任意波等根本信號(hào)。4.1 登錄模塊設(shè)計(jì)4.1.1 登錄界面的設(shè)計(jì)為了使登錄界面更加好看，更加清晰簡(jiǎn)單明了。本版塊首先在前面板插入了一張漂亮的圖片作為用戶登陸界面背景，給別人以視覺(jué)上美的感受。本版塊在程序中參加了一個(gè)“用戶登錄程序，提前在庫(kù)中存儲(chǔ)了6個(gè)用

57、戶的個(gè)人信息包括個(gè)人姓名，學(xué)號(hào)，密碼，然后合理分布各個(gè)元素的位置，使用戶更加一目了然的明晰程序的使用方法。登錄界面框圖程序的結(jié)構(gòu)圖 登錄界面框圖程序結(jié)構(gòu)圖如下列圖5所示：圖5 登錄界面框圖程序結(jié)構(gòu)圖 用戶登錄界面前面板 設(shè)計(jì)的用戶登錄界面前面板如下列圖6所示：圖6 登錄界面前面板用戶登錄界面后面板程序圖 用戶登錄界面后面板程序框圖如下列圖7所示：圖7 用戶登錄界面后面板程序圖4.1.2 用戶登錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本版塊首先建立了一個(gè)簇?cái)?shù)組，存儲(chǔ)了6個(gè)用戶個(gè)人信息包括姓名，學(xué)號(hào)，密碼，然后將庫(kù)中的信息一個(gè)一個(gè)與用戶輸入的信息進(jìn)行匹對(duì)，如果都匹對(duì)成功，就加載下面的子VI，否那么就彈出信息錯(cuò)誤提示框，用戶必

58、須再一次輸入正確的個(gè)人信息才能進(jìn)入加載下面的程序。用戶登錄系統(tǒng)的后面板程序如下列圖8所示：圖8 用戶信息正確后加載的程序的后面板程序4.1.3 利用局部變量來(lái)設(shè)計(jì)“記住密碼選項(xiàng) 如果沒(méi)有使用記住密碼這項(xiàng)功能的話，用戶信息正確登錄進(jìn)入程序后，信息欄將會(huì)自動(dòng)保存用戶的個(gè)人登錄信息，這樣的話在實(shí)際生活應(yīng)用中很有可能會(huì)造成用戶個(gè)人信息外漏的風(fēng)險(xiǎn)，因此特別設(shè)置此項(xiàng)，只有用戶在選中“記住密碼選項(xiàng)的時(shí)候，才會(huì)保存用戶的個(gè)人，否那么會(huì)立即去除用戶的個(gè)人信息。在此程序中，用到了局部變量，建立了一個(gè)用戶登錄數(shù)組的局部變量，當(dāng)用戶未按下“記住密碼按鈕時(shí)，程序那么會(huì)自動(dòng)將零常量賦值給這個(gè)局部變量。記住密碼選項(xiàng)后面板程

59、序如下列圖9所示：圖9 記住密碼選項(xiàng)后面板程序4.1.4 用戶加載框的設(shè)計(jì)用戶加載框這個(gè)板塊還是比擬簡(jiǎn)單的，其中使用了一個(gè)100的for循環(huán)結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)進(jìn)度條的延時(shí)輸出，就會(huì)表現(xiàn)出一個(gè)動(dòng)態(tài)的加載效果。其中還包括了兩個(gè)等待加載的登錄音效和虛擬函數(shù)發(fā)生器的主程序框子VI。程序加載框后面板程序如下列圖10所示：圖10 程序加載框后面板程序4.1.5 播放音效VI的設(shè)計(jì) 為了讓本程序不但能夠在視覺(jué)上到達(dá)賞心悅目的效果，而且能在聽(tīng)覺(jué)上也到達(dá)這樣的效果，所以特別設(shè)計(jì)了這個(gè)VI。在程序中適當(dāng)?shù)奈恢眉虞d了適當(dāng)?shù)囊粜?，這能夠使程序具有生動(dòng)形象的動(dòng)態(tài)效果。例如，本程序在登錄的時(shí)候加載了XP系統(tǒng)的開(kāi)機(jī)登陸音效，在

60、錯(cuò)誤提示框顯示的時(shí)候加載了一個(gè)警告音效，在“重置，“登錄，“CH2，“CH1，“自定義波形,“退出等按鍵所在的位置利用添加存放器進(jìn)行了同或運(yùn)算，加載了按鍵音，就可以到達(dá)按一個(gè)鍵就有按鍵音效的效果。提取音樂(lè)路徑并加載音樂(lè)的VI后面板程序如下列圖11所示：圖11 提取音樂(lè)路徑并加載音樂(lè)的VI4.1.6 獲取系統(tǒng)時(shí)間的VI設(shè)計(jì)此VI運(yùn)用了一個(gè)獲取日期/時(shí)間控件和一個(gè)格式化日期/時(shí)間控件，這兩個(gè)控件作用就是格式化日期以及時(shí)間，再將其連接在顯示控件上，顯示控件就會(huì)將系統(tǒng)時(shí)間在顯示面板的顯示控件上上顯示出來(lái)。獲取系統(tǒng)時(shí)間的后面板程序框圖和前面板如下列圖13和圖12所示：圖12 獲取系統(tǒng)時(shí)間前面板圖13 獲