labview課程設(shè)計(jì)—連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄I</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　2.虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件Labview入門2</p><p>　　2.1 Labview介紹2</p&

2、gt;<p>　　2.2 利用Labview編程完成習(xí)題設(shè)計(jì)2</p><p>　　3. 利用Labview實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析的基本原理19</p><p>　　3.2 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析的編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)19</p><p>　　3.3運(yùn)行結(jié)果及

3、分析20</p><p><b>　　4.總結(jié)20</b></p><p><b>　　5.參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　虛擬儀器（virtual instrument）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是

4、目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。上面的框圖反映了常見(jiàn)的虛擬儀器方案。 </p><p>　　虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器

5、需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是美國(guó)NI公司的LabVIEW。 </p><p>　　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)陌l(fā)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在 Microsof t公司的 Windows 誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macint

6、osh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0 以前的版本。對(duì)虛擬儀器和 LabVIEW [2]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。目前LabVIEW 的最新版本為 LabVIEW2011，LabVIEW 2009 為多線程功能添加了更多特性，這種特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、LabVIEW Real-Time 工具對(duì)嵌

7、入式平臺(tái)開(kāi)發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。 </p><p>　　普通的 PC 有一些不可避免的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計(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)重要發(fā)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

8、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 儀器價(jià)格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的 PXI 標(biāo)準(zhǔn)儀器。</p><p>　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。Labview程序又稱為虛擬儀器（Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱VI）。它的表

9、現(xiàn)形式和功能類似于實(shí)際的儀器，而它同時(shí)又很容易改變?cè)O(shè)置和功能。因此，Labview特別適用于實(shí)驗(yàn)室、多品種小批量的生產(chǎn)線等需要改變儀器和設(shè)備參數(shù)和功能的場(chǎng)合，以及對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、研究、傳輸?shù)葓?chǎng)合。</p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步對(duì)LABVIEW學(xué)習(xí)和應(yīng)用，從而更熟悉LABVIEW的原理和相關(guān)設(shè)計(jì)并提高了開(kāi)發(fā)軟件，硬件的能力。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)基于LABVIEW的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，頻譜分析儀。從而達(dá)到對(duì)信號(hào)的

10、產(chǎn)生、測(cè)量、處理和傳輸特性的深入理解。</p><p>　　2.虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件Labview入門</p><p>　　2.1 Labview介紹</p><p>　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是美國(guó)NI公司（National Instrument

11、 Company）推出的一種G語(yǔ)言（Graphics Language，圖形化編程語(yǔ)言）的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具。是一個(gè)劃時(shí)代的圖形化編程系統(tǒng)，它提供了一套全新的程序編寫方法，用于測(cè)試與測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與控制，及過(guò)程監(jiān)控等方面，可通過(guò)圖形化前面板來(lái)控制系統(tǒng)，并顯示所得結(jié)果。</p><p>　　在測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化等領(lǐng)域具有最大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲(chǔ)。用戶可以在

12、數(shù)分鐘內(nèi)完成一套完整的從儀器連接、數(shù)據(jù)采集到分析、顯示和存儲(chǔ)的自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)。它被廣泛地應(yīng)用于汽車、通信、航空、半導(dǎo)體、電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)、過(guò)程控制和生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。 </p><p>　　LabVIEW不僅可以用來(lái)快速搭建小型自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)，還可以被用來(lái)開(kāi)發(fā)大型的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。在美國(guó)Lawrence Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)花費(fèi)2000萬(wàn)美金的極為復(fù)雜的飛秒激光切割系統(tǒng)就是基于Lab

13、VIEW開(kāi)發(fā)的。 在北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)二期工程北京譜儀慢控制系統(tǒng)中，大約有30種物理量共7000多點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)需要實(shí)時(shí)采集控制和分析記錄等。</p><p>　　2.2 利用Labview編程完成習(xí)題設(shè)計(jì)</p><p>　　1. 寫一個(gè)類正弦波發(fā)生器，要求頻率和幅度可調(diào)</p><p>　　圖2.1習(xí)題1前面板圖</p><p>　　圖

14、2.2習(xí)題1程序面板圖</p><p>　　2. 新建一個(gè)VI，進(jìn)行如下練習(xí)：任意放置幾個(gè)控件在前面板，改變它們的位置、名稱、大小、顏色等等。在VI前面板和后面板之間進(jìn)行切換并排排列前面板和后面板窗口</p><p>　　圖2.3習(xí)題2前面板圖</p><p>　　圖2.4習(xí)題2程序面板圖</p><p>　　3. 編寫一個(gè)VI求三個(gè)數(shù)的平均

15、值，如右圖所示。要求對(duì)三個(gè)輸入控件等間隔并右對(duì)齊，對(duì)應(yīng)的程序框圖控件對(duì)象也要求如此對(duì)齊。添加注釋 分別用普通方式和高亮方式運(yùn)行程序，體會(huì)數(shù)據(jù)流向。單步執(zhí)行一遍</p><p>　　圖2.5習(xí)題3前面板圖</p><p>　　圖2.6習(xí)題3程序面板圖</p><p>　　4. 寫一個(gè)VI判斷兩個(gè)數(shù)的大小，當(dāng)A>B時(shí)，指示燈亮</p><p&

16、gt;　　圖2.7習(xí)題4前面板圖</p><p>　　圖2.8習(xí)題4程序面板圖</p><p>　　5. 寫一個(gè)VI獲取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，并將其轉(zhuǎn)換為字符串和浮點(diǎn)數(shù)。這在實(shí)際編程中會(huì)經(jīng)常遇到</p><p>　　圖2.9習(xí)題51前面板圖</p><p>　　圖2.10習(xí)題5程序面板圖</p><p>　　6. 寫一個(gè)溫度監(jiān)

17、測(cè)器，當(dāng)溫度超過(guò)報(bào)警上限，而且開(kāi)啟報(bào)警時(shí)，報(bào)警燈點(diǎn)亮。溫度值可以由隨即數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。</p><p>　　圖2.11習(xí)題6前面板圖</p><p>　　圖2.12習(xí)題6程序面板圖</p><p>　　7. 給定任意x, 求如下表達(dá)式的值</p><p>　　圖2.13習(xí)題7前面板圖</p><p>　　圖2.14習(xí)題7

18、程序面板圖</p><p>　　8. 利用順序結(jié)構(gòu)和timing面板下的tick count VI，計(jì)算for循環(huán)產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度為20000點(diǎn)的隨機(jī)波形所需的時(shí)間</p><p>　　圖2.15習(xí)題8前面板圖</p><p>　　圖2.16習(xí)題8程序面板圖</p><p>　　9. 為習(xí)題6添加一個(gè)While循環(huán)和定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的溫度采集監(jiān)測(cè)

19、</p><p>　　圖2.17習(xí)題9前面板圖</p><p>　　圖2.18習(xí)題9程序面板圖</p><p>　　10. 計(jì)算學(xué)生三門課（語(yǔ)文，數(shù)學(xué)，英語(yǔ)）的平均分，并根據(jù)平均分劃分成績(jī)等級(jí)。要求輸出等級(jí)A,B,C,D,E。90分以上為A，80～89為B，70～79為C，60～69為D，60分以下為E。</p><p>　　圖2.19習(xí)題1

20、0前面板圖</p><p>　　圖2.20習(xí)題10程序面板圖</p><p>　　11. 為習(xí)題9連續(xù)溫度采集監(jiān)測(cè)添加報(bào)警信息，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)輸出報(bào)警信息，例如“溫度超限！當(dāng)前溫度78.23℃”，正常情況下輸出空字符串。</p><p>　　圖2.21習(xí)題11前面板圖</p><p>　　圖2.22習(xí)題11程序面板圖</p>&l

21、t;p>　　12. 將一些字符串和數(shù)值轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的輸出字符串，輸出的字符串是一個(gè)GPIB命令字符串，它可以用來(lái)與串口儀器進(jìn)行通信</p><p>　　圖2.23習(xí)題12前面板圖</p><p>　　圖2.24習(xí)題12程序面板圖</p><p>　　13. 用for循環(huán)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組，并用圖形顯示輸出的數(shù)組</p><p>　　圖2.25

22、習(xí)題13前面板圖</p><p>　　圖2.26習(xí)題13程序面板圖</p><p>　　14. 利用簇模擬汽車控制，如右圖所示，控制面板可以對(duì)顯示面板中的參量進(jìn)行控制。油門控制轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速＝油門*100，檔位控制時(shí)速,時(shí)速＝檔位*40，油量隨VI運(yùn)行時(shí)間減少。</p><p>　　圖2.27習(xí)題14前面板圖</p><p>　　圖2.28習(xí)題1

23、4程序面板圖</p><p>　　15. 利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器仿真一個(gè)0到5V的采樣信號(hào)，每200ms采一個(gè)點(diǎn)，利用實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線實(shí)時(shí)顯示采樣結(jié)果。</p><p>　　圖2.29習(xí)題15前面板圖</p><p>　　圖2.30習(xí)題15程序面板圖</p><p>　　16. 在習(xí)題15的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號(hào)采集，此路電壓信號(hào)的范圍為5到10V&

24、lt;/p><p>　　圖2.31習(xí)題16前面板圖</p><p>　　圖2.32習(xí)題16程序面板圖</p><p>　　17. 利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器仿真一個(gè)0到5V的采樣信號(hào)，每200ms采一個(gè)點(diǎn)，共采集50個(gè)點(diǎn)，采集完后一次性顯示在Waveform Graph上。</p><p>　　圖2.33習(xí)題17前面板圖</p><p&

25、gt;　　圖2.34習(xí)題17程序面板圖</p><p>　　18. 在習(xí)題17的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號(hào)采集，此路電壓信號(hào)的范圍為5到10V，采樣間隔是50ms，共采100個(gè)點(diǎn)。采樣完成后，將兩路采樣信號(hào)顯示在同一個(gè)Waveform Graph中</p><p>　　圖2.35習(xí)題18前面板圖</p><p>　　圖2.36習(xí)題18程序面板圖</p>

26、<p>　　利用Labview實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析的基本原理</p><p>　　二階齊次微分方程的一般算子形式為</p><p>　　由此可解出λ1，λ2. </p><p>　　又由 可解出,</p><p>

27、　　將以上結(jié)果代入方程得</p><p>　　3.2 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析的編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　圖3.1程序面板圖</b></p><p>　　3.3運(yùn)行結(jié)果及分析</p><p>　　圖3.2 運(yùn)行結(jié)果圖</p><p><b>　　4.總結(jié)</b>

28、;</p><p>　　為期兩周的LABVIEW課程設(shè)計(jì)，是理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐的一個(gè)過(guò)程。在這過(guò)程中，收獲很大，同時(shí)也證明了自己的知識(shí)掌握的還不夠深，今后一定會(huì)用心學(xué)習(xí)，踏踏實(shí)實(shí)地掌握好所學(xué)知識(shí)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)根據(jù)要求完成了函數(shù)發(fā)生器、頻譜分析儀、消噪演示儀的基本功能，并作了一些擴(kuò)充，在現(xiàn)有條件下應(yīng)該是完成了應(yīng)該達(dá)到的或可以達(dá)到的功能。當(dāng)然，本設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步豐富功能，但擴(kuò)充需

29、要根據(jù)需求來(lái)添加。</p><p>　　還是說(shuō)說(shuō)本設(shè)計(jì)需要改進(jìn)的地方。首先是程序流水線式設(shè)計(jì)運(yùn)行不夠人性化，其次是沒(méi)有機(jī)會(huì)增加存儲(chǔ)功能。由于時(shí)間有限，只能留下這些遺憾了，希望以后有時(shí)間繼續(xù)完善。</p><p>　　總之，在這個(gè)制作并學(xué)習(xí)的過(guò)程里，自己的收獲很大。學(xué)習(xí)了知識(shí)并且收獲了解決問(wèn)題的一些處理方法，這對(duì)我今后的工作和學(xué)習(xí)有著很大的意義。</p><p>&l

30、t;b>　　5.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?） 雷振山 編著《LabVIEW 7 Express實(shí)用技術(shù)教程》 中國(guó)鐵道出版社 2004 年4月出版</p><p>　?。?） 周求湛 錢志鴻 劉萍萍 戴宏亮 《編著虛擬儀器與LabVIEW 7 Express程序設(shè)計(jì)》北京航空航天大學(xué)出版社 2004年7月出版</p><p>　　（