虛擬儀器設(shè)計(jì)與仿真(2016).ppt

1、虛擬儀器設(shè)計(jì)和模擬，北航自動(dòng)化學(xué)院宋孝，姚南，實(shí)驗(yàn)日程，1，日程2，實(shí)驗(yàn)使用的硬件和軟件3，實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容4，設(shè)計(jì)任務(wù)和參考。上課，案例演示。資料審查，軟件學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案3。前面板和軟件編程設(shè)計(jì)4 69周，6周9周周五下午2點(diǎn)到6點(diǎn)(4小時(shí))，1，日程(16小時(shí))，2，實(shí)驗(yàn)中使用的硬件和軟件：1)PC: P4 2.4G，內(nèi)存5120Gm，硬盤12 2)軟件：LabVIEW 8.0版或更高版本，3，實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容，1。目的將實(shí)驗(yàn)的基本要求與專業(yè)背景相結(jié)合，掌握LabVIEW圖形開發(fā)平臺(tái)的使用情況，學(xué)習(xí)虛擬儀器的設(shè)計(jì)理念和實(shí)現(xiàn)方法，解決科研生產(chǎn)中的實(shí)際問題。2.內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容由兩部分組成。

2、第一部分是基本實(shí)驗(yàn)(自行設(shè)計(jì))。學(xué)習(xí)LabVIEW基本控件和通用功能，并根據(jù)LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的基本功能。第二部分需要學(xué)習(xí)LabVIEW的高級(jí)控件使用和復(fù)雜功能實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)綜合開發(fā)能力，自行設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能。(可以利用鍵盤、計(jì)算器或其他項(xiàng)目要求、各種軟件混合編程)、4、設(shè)計(jì)工作和參考、基本實(shí)驗(yàn)(或自主設(shè)計(jì))虛擬信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)(示波器)自行開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、基于Labview的可利用硬件設(shè)計(jì)實(shí)施、專業(yè)特性和實(shí)際科學(xué)項(xiàng)目，Virtual Instrumention(虛擬儀器)是美國NI公司(1986年，PC、虛擬儀器、LabVIEW)提出的

3、基于電腦的儀器虛擬儀器，它通過向計(jì)算機(jī)中添加特定軟件和進(jìn)行某些硬件配置，提供了計(jì)算機(jī)完成許多儀器的功能。虛擬裝置=實(shí)現(xiàn)商用PC虛擬裝置應(yīng)用軟件虛擬裝置功能的硬件。將儀器安裝在電腦虛擬儀器上，以通用電腦硬件及操作系統(tǒng)為主，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。強(qiáng)大的操作環(huán)境，多功能性，強(qiáng)大的分析處理能力，靈活性，在教育科學(xué)研究中虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)，為了便于演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不需要攜帶笨重的儀器。只需隨身攜帶裝有程序的USB。便宜的費(fèi)用(軟件)很少嗎？裝置的操作平臺(tái)是PC機(jī)，也與操作環(huán)境兼容(也可以是非WINDOWS系統(tǒng))。直觀設(shè)計(jì)的程序可以等同于常規(guī)裝置，您可以看到面向用戶的裝置面板?？梢暂p松擴(kuò)展相應(yīng)的修改過程以添加或修改

4、功能。LabVIEW簡介，LabVIEW是美國NI推出的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，為虛擬儀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了極大的方便。LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言產(chǎn)品的區(qū)別在于，它類似于c和BASIC開發(fā)環(huán)境，使用圖形剪輯語言創(chuàng)作程序。圖形編程語言，也稱為“G”語言。用牙齒語言編程時(shí)，基本上不寫節(jié)目代碼，而是寫流程圖，結(jié)果程序是方框圖的形式。LabVIEW編程也稱為“數(shù)據(jù)流編程”。尤其是熟悉儀器結(jié)構(gòu)和硬件電路的硬件技術(shù)人員，編程就像設(shè)計(jì)電路圖一樣?？梢栽诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)和應(yīng)用LabVIEW。、圖形開發(fā)平臺(tái)、LabVIEW圖形開發(fā)平臺(tái)、4.2 LabVIEW功能、1)多功能性：LabVIEW提供各種虛擬裝置和庫，

5、用戶可以根據(jù)工作要求定義和設(shè)計(jì)各種裝置。2)強(qiáng)大的處理和分析功能：充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠設(shè)計(jì)出強(qiáng)大的儀器。3)集成了與符合GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件和數(shù)據(jù)收集卡通信的所有功能。4)與其他軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux等多種版本。5)LabVIEW是圖形編程開發(fā)環(huán)境，易于學(xué)習(xí)，現(xiàn)在廣泛用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)研究，是提高生產(chǎn)力的必備工具。優(yōu)點(diǎn)，收集-處理-表示和控制，1)Jeff K表示，將LabVIEW作為通用編程語言(GM)處理是渡邊杏的。2)不適用于創(chuàng)建大型軟件。入門容易高深難。4)版本更新快，版本間兼容性不

6、好。缺點(diǎn)、LabVIEW應(yīng)用程序節(jié)目、簡單的虛擬儀器節(jié)目設(shè)計(jì)開發(fā)過程是基于LabVIEW開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的程序稱為虛擬儀器節(jié)目(VI)。VI包括三個(gè)部分：節(jié)目前面板、盒子節(jié)目和圖標(biāo)/連接器。a .節(jié)目前面板使用電腦顯示器屏幕上的庫和開發(fā)工具庫生成以前的版本。在后臺(tái)，使用圖形編程語言制作控制前面板的方框圖程序。程序的前面板上有一個(gè)類似于傳統(tǒng)裝置的界面，用于接收鼠標(biāo)和鍵盤命令。每個(gè)VI可以由其他VI調(diào)用，類似于文本語言中的子節(jié)目嵌套(函數(shù))。這種嵌套層次不受任何限制。前面板前面板是圖形用戶界面，即VI中的虛擬裝置面板。牙齒接口有兩個(gè)茄子類(控制)開關(guān)、手柄、文本和數(shù)字，分別用于用戶輸入和顯示輸出。顯示

7、文本、數(shù)字、圖形。下圖是出現(xiàn)和顯示隨機(jī)信號(hào)的前面板，上面是將生成的一系列隨機(jī)數(shù)顯示為曲線的顯示對象。還有一個(gè)控制對象開關(guān)，用于啟動(dòng)和停止操作。不僅可以通過繪制兩個(gè)控件來運(yùn)行，節(jié)目面板上還有相應(yīng)的流程圖。方塊圖提供VI圖形來源程式。在節(jié)目框中編程VI，以控制和操作前面板上定義的輸入和輸出功能。程序不在前面板上的控件連接終端和前面板上，但包含編程所需的內(nèi)容，如函數(shù)、結(jié)構(gòu)、連接等。下圖顯示了上圖前面板中的開關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器連接終端，以及隨機(jī)數(shù)生成器的函數(shù)和程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機(jī)數(shù)生成器將通過連接生成的隨機(jī)信號(hào)發(fā)送到控件顯示。要使其繼續(xù)運(yùn)行，請?jiān)O(shè)置While Loop循環(huán)，以使用交換機(jī)控制牙齒循環(huán)的端點(diǎn)

8、。將VI與標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行比較：前面板上的是裝置面板上的，節(jié)目箱內(nèi)的是裝置箱內(nèi)的。您可以使用VI模擬標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。屏幕上不僅顯示逼真的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且具有與標(biāo)準(zhǔn)儀器類似的功能。圖標(biāo)/連接器VI具有層次和結(jié)構(gòu)特征。VI可以用作子節(jié)目(此處稱為子VI)，由其他VI調(diào)用。圖標(biāo)和連接器在此用作圖形參數(shù)。VI組件：所有LabVIEW應(yīng)用程序，包括前面板、塊圖表和圖標(biāo)/連接器(icon/connector)，即虛擬裝置(VI) 1。前面板節(jié)目前面板用于設(shè)置輸入值和觀察輸出量，用于模擬實(shí)際裝置的前面板。在節(jié)目前面板上，輸入量稱為控制，輸出量稱為顯示?？丶惋@示器顯示在前面板上，帶有手柄、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等各

9、種圖標(biāo)，使您可以直觀地了解前面板上的內(nèi)容。前面板上的控件和說明統(tǒng)稱為前面板對象或控件。塊圖表框圖由通信端口、節(jié)點(diǎn)、邊界和連接組成。其中，通信端口：用于節(jié)目前面板控制和顯示的傳輸數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)：用于實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用。邊界：用于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化節(jié)目控制命令。連接：表示節(jié)目運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)流，并在框中定義數(shù)據(jù)流的方向。3.圖標(biāo)/連接器、實(shí)驗(yàn)前面板設(shè)計(jì)、長方體節(jié)目、練習(xí)。虛擬溫度計(jì)設(shè)計(jì)溫度計(jì)節(jié)目前面板圖、前面板、溫度計(jì)節(jié)目盒圖、圖標(biāo)/連接器是子VI由其他VI調(diào)用的接口。圖標(biāo)是從其他節(jié)目框調(diào)用子VI的節(jié)點(diǎn)表示。連接器表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出端口，如函數(shù)參數(shù)。因此，必須指定連接器端口與前面板上的控件和標(biāo)記相對應(yīng)。下

10、圖是溫度計(jì)程序的圖標(biāo)/連接器。連接器通常被抑制且不可見。例如，將以前創(chuàng)建的溫度計(jì)程序作為子程序用于當(dāng)前新建的程序，當(dāng)前程序的前面板如下圖所示。以前的溫度計(jì)子程序用于收集數(shù)據(jù)，現(xiàn)在的程序用于顯示溫度曲線。在前面板上設(shè)置測量次數(shù)和每個(gè)測量間隔的延遲。節(jié)目方框圖牙齒節(jié)目的方框內(nèi)，將溫度計(jì)子節(jié)目放在FOR循環(huán)上，每個(gè)循環(huán)過程收集一次測量結(jié)果，循環(huán)執(zhí)行設(shè)置次數(shù)后，節(jié)目將收集的數(shù)據(jù)顯示在前面板的圖表上。(阿爾伯特愛因斯坦、美國電視電視劇(Northern Exposure)、創(chuàng)作和調(diào)用子程序的牙齒方法，使生成的節(jié)目結(jié)構(gòu)模塊化，便于調(diào)試、理解和維護(hù)。)。基本實(shí)驗(yàn)：虛擬信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)(見，可以自行設(shè)計(jì))，1實(shí)

11、驗(yàn)?zāi)康难例X實(shí)驗(yàn)屬于虛擬儀器模擬的基本實(shí)驗(yàn)。查看相關(guān)材料，通過學(xué)習(xí)LabVIEW軟件熟悉編程過程、思考和方法。獨(dú)立設(shè)計(jì)虛擬信號(hào)發(fā)生器的前面板和軟件編程，進(jìn)行節(jié)目調(diào)試，研究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，解決實(shí)驗(yàn)中的問題，根據(jù)信號(hào)發(fā)生器的工作原理實(shí)現(xiàn)基本功能。2實(shí)驗(yàn)原理說明了使用LabVIEW的計(jì)算控件、基本波形發(fā)生器、任意波形發(fā)生器和波形控件等設(shè)計(jì)虛擬信號(hào)發(fā)生器。可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際信號(hào)發(fā)生器的主要功能。要求：運(yùn)行時(shí)使用界面簡單，易于操作。3，實(shí)驗(yàn)要求1)實(shí)施功能：必須具有正弦波、方波、三角波、鋸齒波、噪聲和隨機(jī)波形發(fā)生、隨機(jī)切換生成信號(hào)類型。2)實(shí)現(xiàn)指標(biāo)：(1)任意波類型均可實(shí)現(xiàn)正式輸入。(2)頻率、振幅、相位、偏移可調(diào)；

12、(3)方波占空比可控制；(4)噪波可以隨機(jī)添加，波形和數(shù)字同時(shí)顯示，輸出頻譜特性也顯示。(5)所有調(diào)制均可進(jìn)行微曹征和粗糙調(diào)整。1)打開LabVIEW并創(chuàng)建新的VI程序。2)首先，根據(jù)情景設(shè)計(jì)的內(nèi)容制作前面板圖，分別制作標(biāo)簽，分別調(diào)用顯示器和輸入組件，設(shè)計(jì)波形顯示界面，設(shè)計(jì)控件停止、可曹征手柄和輸入控件位置，使界面簡單、易于操作，并添加必要的說明美化操作界面。3)設(shè)計(jì)背板，編寫信號(hào)發(fā)生器程序。首先設(shè)計(jì)整個(gè)while循環(huán)，然后設(shè)置基本信號(hào)生成器、所有信號(hào)函數(shù)發(fā)生器和噪聲發(fā)生器的基本參數(shù)、采樣頻率、大小、偏移、相位等參數(shù)，并配置可曹征手柄。4)連接兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器和波形顯示器連接，任意波形發(fā)生器和噪

13、聲信號(hào)。5)調(diào)試器。通過調(diào)試，確認(rèn)信號(hào)發(fā)生器的功能是否實(shí)現(xiàn)，各指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求。4 .實(shí)驗(yàn)階段，5。硬件和軟件設(shè)計(jì)(參見框)，1)信號(hào)生成器前面板，2)信號(hào)生成器節(jié)目后面板框，1)信號(hào)生成器滿足雙通道輸出信號(hào)要求?；拘盘?hào)和隨機(jī)輸入波形信號(hào)都可以輸出。2)可以輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波的基本信號(hào)發(fā)生通道?？梢噪S時(shí)切換，通過控件調(diào)節(jié)改變信號(hào)的大小、頻率、偏移等。3)隨機(jī)波形發(fā)生信道可以根據(jù)隨機(jī)輸入的函數(shù)輸出信號(hào)調(diào)節(jié)粗糙的曹征、精密調(diào)節(jié)，從而改變信號(hào)的大小、頻率、偏移等。此外，在輸入隨機(jī)波形時(shí)，可以添加均勻的白噪聲以調(diào)整噪聲的大小。4)信號(hào)顯示。標(biāo)尺可以測量輸出信號(hào)的大小和相位。5)各頻

14、道徐璐不干涉。信號(hào)間切換順暢，輸出信號(hào)穩(wěn)定，可控制。6 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析，自行開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的例子：虛擬鍵盤控制面板設(shè)計(jì)模擬(見，可以設(shè)計(jì)其他儀器)，1實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖歉鶕?jù)實(shí)驗(yàn)主題學(xué)習(xí)使用集群結(jié)構(gòu)，了解虛擬儀器前面板的總體布局設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)利用LabVIEW的高級(jí)控件和實(shí)施復(fù)雜的功能。設(shè)計(jì)鍵盤控制面板并實(shí)現(xiàn)功能。學(xué)習(xí)外部節(jié)目界面和LabVIEW及其他軟件混合編程。2實(shí)驗(yàn)原理說明原理塊圖表：鍵盤控制面板設(shè)計(jì)，節(jié)目生成虛擬鍵盤輸入功能，按大寫鎖定按鈕寫入切換大小，使用節(jié)目鼠標(biāo)，顯示輸入。、鍵盤控制面板前面板設(shè)計(jì)、鍵盤控制面板塊圖表、編程主要提示：利用鍵盤控件創(chuàng)建群集、牙齒實(shí)驗(yàn)的鍵盤52個(gè)布爾控件群集配置界面結(jié)構(gòu)，群集在LabVIEW中是相對獨(dú)特的概念，實(shí)際上與c相對應(yīng)，您可以通過在群集中自由拖動(dòng)GUI小部件的位置對其進(jìn)行更改。如果群集中的元素類型相同，群集可以徐璐轉(zhuǎn)換成數(shù)組，因此，如果控件數(shù)量很多，并且是單一的，則可以使用群集對接口進(jìn)行排版。使用數(shù)組編程，程序簡潔美麗。鍵盤控件設(shè)計(jì)集群應(yīng)包括統(tǒng)一的布爾控件，評價(jià)方法：1獨(dú)立完成，接受演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果2提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告(根據(jù)