畢業(yè)論文----基于labview的虛擬信號發(fā)生器

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設計）</p><p>　　題 目: 基于LabVIEW的虛擬信號發(fā)生器</p><p>　　院 系：物理與電子信息科學系 </p><p>　　專 業(yè)：電子信息科學與技術 </p><p>　　姓 名：XXX

2、 </p><p>　　學 號：XXXXXXXXXXXXX </p><p>　　指導教師：XXX </p><p>　　教師職稱：副教授 </p><p><b>　　摘 要</b></p>&

3、lt;p>　　信號發(fā)生器是各種科研實踐中最重要的儀器之一。傳統的大多是由硬件組成的，但是其結構比較復雜，維護性和操作性也不好。隨著現代科技的發(fā)展，信號發(fā)生器的設計種類也有很多，價格差異很大，性能也越來越完善。虛擬儀器的主要平臺應該是LabVIEW，為了給那些用C用習慣的人使得。LabVIEW的最大特點是傻瓜似的編程，為了把工程師從繁瑣的編程中解脫出來，LabVIEW實現了測試儀器模塊化，使測試配置更加靈活，本設計采用美國國家儀器公

4、司研制的基于虛擬儀器技術的虛擬信號發(fā)生器，和傳統的儀器相比，其價格相比便宜、結構簡單、實用范圍廣、設計簡單等等。用戶可以根據實際需求用labVIEW（一種圖形化編輯語言）設計制作各種功能的虛擬儀器。還可以通過網絡發(fā)布，然后客戶端可以遠程查看和控制虛擬信號發(fā)生器。論文的主要工作是結合虛擬儀器技術，進行任意波形信號發(fā)生器的研究與設計。</p><p>　　首先，論文介紹了虛擬儀器技術的基本理論，包括虛擬儀器的概念、構

5、成、分類，以及虛擬儀器與傳統儀器的比較。在此基礎之上，介紹了虛擬儀器系統的軟件結構，簡單闡述了儀器驅動程序、VISA等相關技術。其次，論文進行了任意波形發(fā)生器的軟件設計。制定了系統整體方案，本文利用功能強大的圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW，主要完成對軟件系統的設計，采用模塊化的設計思想，每個功能的實現由一個模塊完成。其中主要包括模擬信號的生成何數字信號的生成，模擬信號、數字信號的調制，實際加噪信號以及手繪任意波形。</p&g

6、t;<p>　　最后對虛擬任意波形發(fā)生器進行了系統測試和性能分析，實驗結果達到了預先的設計要求。</p><p><b>　　關鍵詞：</b></p><p>　　數據采集；虛擬信號發(fā)生器；信號發(fā)生器；虛擬儀器；LABVIEW；正弦波；三角波</p><p><b>　　Abstract</b></p&

7、gt;<p>　　Signal generator is a variety of research practice one of the most important instrument.Mostly by the traditional hardware, but its structure is complicated, maintenanceand operational is not good.With mo

8、dern technology, the design of the signal generator, there are many types, prices vary widely, performance, become more perfect. The most important feature of LabVIEW programming is a fool, in order to engineer from the

9、tedious programming freed, LabVIEW implements modular test instruments, maki</p><p>　　First, the paper introduces the basic theory of virtual instrument technology, including virtual instrument concept, comp

10、osition, classification, and virtual instruments compared with traditional instruments .On this basis, virtual instrument system software architecture, describes a simple instrument drivers, VISA and other related techno

11、logies. Secondly, the paper was arbitrary waveform generator software design. Which mainly include the formation of any analog signal digital signal generation</p><p>　　Keywords:Data acquisition card NI8006;

12、 Virtual Signal Generator; Signal Generator; Virtual Instrument; LabVIEW; Sine Wave; Triangle Wave</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前 言2</b></p><p><b>　

13、　第一章 緒論3</b></p><p>　　第一節(jié) 選題的目的和意義3</p><p>　　第二節(jié) 虛擬儀器概述4</p><p>　　一、虛擬儀器與傳統儀器的比較4</p><p>　　二、虛擬儀器系統的構成5</p><p>　　第三節(jié) 課題研究目標6</p><p&

14、gt;　　第二章 虛擬信號發(fā)生器的基本原理8</p><p>　　第一節(jié) 信號發(fā)生器的基本原理8</p><p>　　第二節(jié) 虛擬信號發(fā)生器的基本組成8</p><p>　　第三節(jié) 虛擬信號發(fā)生器的工作原理8</p><p>　　第三章 數據采集硬件平臺的設計10</p><p>　　第一節(jié) 數據采集理論

15、基礎10</p><p>　　第二節(jié) 數據采集卡結構10</p><p>　　一、采集卡外觀10</p><p>　　一、采集卡內部結構11</p><p>　　三、采集卡功能12</p><p>　　第三節(jié) 數據采集卡的驅動13</p><p>　　一、CIN方式驅動13<

16、;/p><p>　　二、CLF方式驅動13</p><p>　　三、基于CLF方式的采集卡軟件設計14</p><p>　　第四章 數據采集的軟件實15</p><p>　　第一節(jié) 虛擬儀器創(chuàng)建過程16</p><p>　　一、軟、硬件的選擇16</p><p>　　二、設計用戶界面1

17、6</p><p><b>　　三、程序設計16</b></p><p><b>　　四、程序測試16</b></p><p>　　第二節(jié) 系統設計基本要求與工作流程17</p><p>　　一、系統設計基本要求17</p><p>　　二、系統設計思想17<

18、/p><p>　　三、系統工作流程17</p><p>　　第三節(jié) 系統軟件程序設計19</p><p>　　一、程序主要結構介紹19</p><p>　　二、軟件總體構成21</p><p>　　設計總結及心得23</p><p><b>　　致謝24</b>&l

19、t;/p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　25</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　作為工業(yè)產品特別是電力、電子產品的研制和生產領域中最重要的測試設備之一，信號發(fā)生器的發(fā)展歷史可以追溯到上世紀40年代。19

20、43年惠普為海軍研究實驗室開發(fā)了第一臺波形發(fā)生器，從而使得人們在測試設備時可以利用可控的信號源進行比較完善和安全的測試和測量。在隨后的二十年間，波形發(fā)生器一直隨著電子技術、計算機技術的發(fā)展而發(fā)展幾乎成為這些技術發(fā)展的一個縮影。從技術上看，波形發(fā)生器經歷了由模擬式波形發(fā)生器、數字式波形發(fā)生器到虛擬波形發(fā)生器的發(fā)展過程。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p>&

21、lt;p><b>　　選題的目的和意義</b></p><p>　　以往工業(yè)現場的各種數據都是采用人工讀數和記錄，一直停留在手工和數字儀表的水平，無法做到對大量的實驗數據的實時采集和分析。隨著計算機技術的發(fā)展，結合高精度、高性能的數據采集儀器的應用，是的多路數據采集實現了自動化，大量的數據采集和分析由計算機自動完成，提高了測量精度。而計算機已經與儀器結合得非常緊密，已成為整個系統的核心

22、，許多傳統儀器正在逐漸被計算機部分、甚至全部取代。把各種傳感器與計算機連接起來，首先需要有一個硬件接口電路把儀表輸出的信號變成能夠被計算機識別的數字信號，其次是要有軟件來管理。通過軟件、計算機、采集卡、接口硬件和傳感器組成的系統叫儀器系統（也是數據采集系統）。LabVIEW就是計算機處理分析系統軟件之一。在PC機為基礎測量和工控軟件中，LabVIEW的市場普及率僅次于C++語音。LabVIEW開發(fā)環(huán)境具有一系列優(yōu)點，從流程式的編程、不需

23、預先編譯就存在語法檢查、調試過程使用的數據探針，到其豐富的函數功能、數值分析、信號處理和設備驅動等功能，都比其他工具強大。LabVIEW是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件</p><p>　　數據采集（Data Acquisition）是所有測試測量的首要工作，實驗測試產生的物理信號通過傳感器轉換為電壓或者電流一類的電信號，然后通過數據采集卡

24、將電信號采集傳入PC機，借助軟件控制數據采集卡進行數據分析、處理。LabVIEW以其簡便的程序編寫、不同數據采集卡的支持、強大的數據處理、有好的人機界面使其成為控制、開發(fā)數據采集卡的最佳軟件。</p><p>　　隨著時代的發(fā)展，利用LabVIEW進行數據采集面臨著越來越新的任務和要求，講虛擬儀器引入到數據采集領域成為當今書記數據采集的重要方法和手段。與傳統數據采集相比，利用LabVIEW進行數據采集的意義在于：

25、</p><p>　　打破了傳統數據采集“線纜密布”的形象，大大簡化了測試系統的復雜程度，簡化了現場的布置，節(jié)省了物力、人力。</p><p>　　強調“軟件就是儀器”。通過基于虛擬儀器的數據采集環(huán)境，同樣能夠“身臨其境”地觀察數據采集過程和進行“實際”操作。</p><p>　　LabVIEW圖形化編程方式簡明快捷，易學易用，可節(jié)省大量的學習程序設計及進行程序開發(fā)

26、的時間，尤其適合從事科研、開發(fā)的科學工作者、工程技術人員。</p><p>　　第二節(jié) 國外的研究現狀</p><p>　　虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀70年代，那計算機測控系統在國防、航天的領域已經有了相當的發(fā)展。PC出現以后,儀器的計算機化成為可能，甚至在微軟公司的Windows 誕生之前，美國國家儀器公司已經在Macintosh計算機上推出了LabVIEW2.0以前的版

27、本。對虛擬儀器和LabVIEW長期、系統、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認的權威。</p><p>　　自20世紀90年代以來，在計算機技術的推動下，以虛擬儀器為標志的通用化、智能化和網絡化測量儀器及測試系統得到了迅猛發(fā)展，新的測試理論、測試方法、測試領域以及新的儀器結構不斷出現，在許多方面已經突破了傳統儀器的概念，電子測量儀器的功能和作用已經發(fā)生了質的變化。虛擬儀器利用現有的計算機，加上特殊的儀器硬件和專用

28、軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的高檔低價的新型儀器。虛擬儀器的出現是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表作儀器發(fā)展的最新方向和潮流，對科學技術的發(fā)展和工業(yè)生產的進步產生了不可估量的影響?，F代化生產要求電子儀器品種多、功能強、精度高、自動化程度高，而且要求測試速度快、實時性好、具有良好的人機界面。與傳統儀器相比，虛擬儀器則可以在腳底的成本下較好的實現這些要求，這正是虛擬儀器相對于傳統儀器巨大的優(yōu)勢所在。依靠其自身的

29、優(yōu)勢虛擬儀器在儀器市場的競爭力不斷增強。許多大型儀器公司均在虛擬儀器市場上占有一席之地。1988年國際上開始有虛擬儀器產品面市，當時只有五家制造商推出的30中產品。此后，虛擬儀器產品每年成倍增加，到1994年底，虛擬儀器制造廠已達95家，共生產100多</p><p>　　目前，我國正處于科學技術蓬勃發(fā)展的新時期，對儀器設備的需求講更加強勁。虛擬儀器賴以生存的PC計算機近幾年正以迅猛的勢頭席卷全國，這為虛擬儀器的

30、發(fā)展奠定了基礎，虛擬儀器作為串通儀器的替代品，市場容量巨大。虛擬儀器在儀器中所占地位越來越高也是與虛擬儀器性能的飛速提高分不開的。虛擬儀器經歷了由模擬儀器、袋IEEE488接口的智能儀器到全部編程的發(fā)展歷程，其中每一次飛躍無不以高性能計算機的發(fā)展為動力。近年來，計算機的處理能力提高很快，發(fā)展的速度已經遠遠的把傳統儀器拋在了后面，高分辨率的圖形顯示與幾百千兆的硬盤也已經成為了標準配置。同時，計算機生產廠商之間的激烈競爭保證了計算機在顯示、

31、存儲能力與處理性能等方面仍將高速發(fā)展。由于計算機技術、特別是計算機總線標準的發(fā)展導致VI在PXI和VXI兩個領域中得到了快速的發(fā)展，它們將成為未來儀器行業(yè)的兩大主流產品。具有上GHz采樣率，高達24bits精度的DAQ版已經面世。A/D轉換技術、儀器放大器、抗混疊濾波器與信號調理技術的進一步發(fā)展是DAQ版成為最具有吸引力的VI選件之一。模塊化的Delta-sigma A/D轉換器的儀器放大器可在3us內完成12bi</p>

32、<p>　　虛擬儀器系統作為本世紀內電子測量儀器發(fā)展過程中出現的最新高峰，有著極其廣闊的發(fā)展前景。它的出現為國家各個行業(yè)科研的發(fā)展提供了更新式的測試手段，它所具有的得天獨厚的優(yōu)勢，是目前任何儀器都不能替代的。我們有理由相信，隨著我過科技水平的不斷提高，虛擬儀器必將儀器卓越的性能在我國測試行業(yè)及高等工科院校實驗室教學及科研中得到更為廣泛的應用。</p><p>　　第三節(jié) 虛擬儀器概述</p&g

33、t;<p>　　一、虛擬儀器與傳統儀器的比較</p><p>　　與傳統儀器相比，虛擬儀器有以下一些特點:</p><p><b>　　(1)軟件是核心</b></p><p>　　儀器驅動軟件的功能是實現與儀器硬件的接口和通信，應用軟件則完成用戶定義</p><p>　　的測試和儀器功能，并提供人機交互界

34、面。Nl公司提出的“軟件即儀器”是這一特點的形象概括。</p><p>　　(2)靈活性和可擴展性</p><p>　　儀器用戶可以根據自己不斷變化的需求，方便靈活的重組系統，系統的擴展、升級隨時</p><p>　　進行，而且系統更新的周期短、見效快，能充分滿足用戶在不同場合的應用需求。</p><p><b>　　(3)性價比高

35、</b></p><p>　　虛擬儀器可以將在傳統儀器中由硬件完成的功能轉為軟件實現，減少了自動測試系統的</p><p>　　硬件環(huán)節(jié)，降低了系統的開發(fā)成本和維護成本。虛擬儀器能同時對多個參數進行實時高效的</p><p>　　測量，信號傳輸大部分采用數字信號的形式，數據處理也主要依賴軟件來實現，大大降低了</p><p>　　

36、環(huán)境干擾和系統誤差的影響。用戶可以隨時根據需要調整虛擬儀器的功能，實現一機多用。</p><p>　　因此，使用虛擬儀器比傳統儀器更經濟。</p><p>　　(4)良好的人機界面</p><p>　　虛擬儀器的操控界面是采用圖形化編程技術實現的一種虛擬面板或稱為軟面板?？梢阅?lt;/p><p>　　擬傳統儀器面板的設計風格來設計，也可以由用戶

37、根據實際需要定制設計。測量結果可以通</p><p>　　過計算機屏幕以曲線、圖形、數據表格等形式顯示。</p><p>　　二、虛擬儀器系統的構成</p><p>　　虛擬儀器由硬件和軟件兩大部分構成。虛擬儀器硬件通常包括通用計算機和外圍硬件設</p><p>　　備。通用計算機可以是筆記本電腦、臺式PC機或工作站等。外圍硬件設備可以選擇G

38、PIB</p><p>　　系統、VXI系統、USB系統、數據采集系統或其他系統，也可以選擇兩種以上系統構成的</p><p>　　混合系統。其中，最簡單、最廉價的形式是采用基于ISA或PCI總線的數據采集卡，或是基</p><p>　　于RS-232或USB總線的便攜式數據采集模塊。虛擬儀器的軟件包括操作系統、儀器驅動程</p><p>　

39、　序和應用軟件三個層次。操作系統可以選擇Windowsgx/NT/2000/XP、Linux等。虛擬儀器驅動程序軟件是直接控制各種硬件接口的驅動程序，應用軟件通過儀器驅動器實現與外圍硬件模塊的通信連接。應用軟件包括實現儀器功能的軟件程序和實現虛擬面板的軟件程序。用戶通過虛擬面板與虛擬儀器進行交互。</p><p>　　第三節(jié) 課題研究目標</p><p>　　本課題研究的是虛擬任意波形發(fā)

40、生器，它在硬件平臺支持下，在通用計算機平臺通過軟件實現儀器數據分析處理、人機交互和顯示等幾部分功能模塊，既具有虛擬儀器成本低，功能多，靈活性強，人機界面好等特點。在功能上，虛擬波形發(fā)生器能夠產生各種常規(guī)信號波形，如:正弦波，三角波，鋸齒波，方波等，其中方波的占空比可以調節(jié)，也可以產生用戶用鼠標繪制的任意波形信號，另外還可以產生噪聲信號以及各種模擬、數字調制信號。</p><p>　　本論文研究的主要工作:<

41、/p><p>　　1研究設計任意波形發(fā)生器的上位機操作界面，完成操作界面運行程序和標準波形、手繪任意波形、數字信號以及各種信號的處理調制程序的設計2.設計實現上位機與任意波形發(fā)生器硬件模塊的數據傳輸USB接口的驅動程序。</p><p><b>　　分為五章</b></p><p>　　第一章為緒論，簡單介紹本文的目的和研究的意義以及虛擬儀器的發(fā)展

42、，各種類型等。</p><p>　　第二章詳細介紹基于LabVIEW的虛擬任意波形發(fā)生器軟件結構。</p><p>　　第三章介紹硬件平臺的搭建與實現。</p><p>　　第四章設計虛擬任意波形發(fā)生器及數據的采集；</p><p>　　第五章分析調試結果，結束語部分對本文的研究內容進行了總結，并指出了進一步的研究方</p>&

43、lt;p><b>　　向。</b></p><p>　　第二章 虛擬信號發(fā)生器的基本原理</p><p>　　第一節(jié) 信號發(fā)生器的基本原理</p><p>　　信號發(fā)生可以通過多種方式，使用波形發(fā)生器創(chuàng)建波形。選擇的方法取決于提供的與</p><p>　　DUT有關的信息及其輸入要求;是否需要增加失真或錯誤信號

44、及其它變量?，F代高性能波</p><p>　　形發(fā)生器為開發(fā)波形至少提供了三種方式:</p><p>　　創(chuàng)建:全新的電路激勵和測試信號；</p><p>　　復制:合成沒有提供的實際環(huán)境信號(從示波器或邏輯分析儀中捕獲)；</p><p>　　發(fā)生:理想的或極限測試的參考信號，適用于特定容限的行業(yè)標準。</p><p&g

45、t;　　在本文中結合三種標準模擬波形，以及按照用戶的意愿繪制的任意</p><p><b>　　波形。</b></p><p>　　第二節(jié) 虛擬信號發(fā)生器的基本組成</p><p>　　任意波形發(fā)生器(AWG)是一種完善的播放系統，它根據存儲的數字數據提供波形，這些數字數據描述了AC信號不斷變化的電壓電平。為理解AWG，首先必需掌握數字采樣的概

46、念，顧名思義，數字采樣是使用樣點或數據點定義一個信號，這些樣點或數據點沿著波形的斜率表示一串電壓測量。通過使用示波器等儀器實際測量波形，或使用圖形或數學技術，可以確定這些樣點。在AWG中，采樣的值以二進制形式存儲在快速隨機存取存儲器(RAM中。通過使用存儲的信息，可以讀回存儲器位置，通過數模轉換器(DAC)輸入數據點，在任何時間重建信號。注意AWG的輸出電路在樣點之間濾波，以連接各個點，創(chuàng)建干凈的不間斷的波形形狀。DUT不會把這些點“看

47、作”離散的點，而是看作連續(xù)的模擬波形。</p><p>　　第三節(jié) 虛擬信號發(fā)生器的工作原理</p><p>　　虛擬任意波形發(fā)生器包括硬件和軟件兩部分。硬件通常包括通用計算機和外圍硬件設備。通用計算機可以是筆記本電腦、臺式計算機或工作站等。外圍設備可以選擇GPIB系統、VXI系統、PXI系統、數據采集系統或其他系統，也可以選擇有兩種或兩種以上系統構成的混合系統;軟件包括操作系統、任意波

48、形發(fā)生器驅動器和應用軟件三個層次。操作系統可以選擇WindowsgX/NT/2000XP、SUNOS、Linux等。虛擬任意波形發(fā)生器驅動程序是處理與特定儀器進行控制通信的一種軟件。波形發(fā)生器驅動與通信接口及開發(fā)環(huán)境相聯系，是虛擬波形發(fā)生器的核心，可幫助用戶完成對波形發(fā)生器硬件的控制。目前流行的虛擬儀器開發(fā)軟件不但提供世界各地主要廠家生產的多種儀器驅動程序，而且提供重要的模塊化代碼，可以很方便地進行波形發(fā)生器驅動程序的開發(fā)設計。應用軟件

49、通過波形發(fā)生器驅動器實現與外圍硬件模塊的通信連接。應用軟件指實現波形發(fā)生器功能和軟面板的軟件程序。利用計算機強大的計算能力和虛擬波形發(fā)生器開發(fā)軟件功能強大的函數庫極大地提高了虛擬儀器的數據分析處理能力。軟面板是用戶與波形發(fā)生器之間交流信息的紐帶。虛擬波形發(fā)生器在工作時利用前面板去控制</p><p>　　第三章 數據采集硬件平臺的設計</p><p>　　第一節(jié) 數據采集理論基礎<

50、/p><p><b>　　一、什么是數據采集</b></p><p>　　數據采集，又稱數據獲取，是利用一種裝置，從系統外部采集數據并輸入到系統內部的一個接口。從傳感器和其它待測設備等模擬和數字被測單元中自動采集信息的過程。數據采集系統是結合基于計算機的測量軟硬件產品來實現靈活的、用戶自定義的測量系統。數據采集技術廣泛引用在各個領域。</p><p&g

51、t;　　比如攝像頭、麥克風都是數據采集工具。本論文利用NI公司USB-6008作為數據采集器，將所需的信號采集到計算機中，利用LabVIEW軟件對數據進行運算和處理。被采集數據是已被轉換為電訊號的各種物理量，如溫度、水位、風速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數字量。采集一般是采樣方式，即隔一定時間（稱采樣周期）對同一點數據重復采集。采集的數據大多是瞬時值，也可是某段時間內的一個特征值。準確數據量測是數據采集的基礎。數據量測方法有接觸式和

52、非接觸式，檢測元件多種多樣。不論哪種方法和元件，均以不影響被測對象狀態(tài)和測量環(huán)境為前提，以保證數據的正確性。數據采集含義很廣，包抱對面狀連續(xù)物理量的采集。在計算機輔助制圖、測圖、設計中，對圖形或圖像數字化過程也可稱為數據采集，此時被采集的是幾何量（或包括物理量，如灰度）數據。</p><p><b>　　二、數據采集的目的</b></p><p>　　數據采集的目的是

53、為了測量電壓、電流、溫度、壓力或聲音等物理現象?；赑C的數據采集，通過模塊化硬件、應用軟件和計算機的結合，進行測量。盡管數據采集系統根據不同的應用需求有不同的定義，但各個系統采集、分析和顯示信息的目的卻都相同。數據采集系統整合了信號、傳感器、激勵器、信號調理、數據采集設備和應用軟件。在計算機廣泛應用的今天，數據采集的重要性是十分顯著的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號采集的難易程度差別很大。實際采集時，噪聲也可能帶來一

54、些麻煩。數據采集時，有一些基本原理要注意，還有更多的實際的問題要解決。</p><p>　　在互聯網行業(yè)快速發(fā)展的今天，數據采集已經被廣泛互聯網及分布式領域，數據采集領域已經發(fā)生了重要的變化。首先，分布式控制應用場合中的智能數據采集系統在國內外已經取得了長足的發(fā)展。其次，總線兼容型數據采集插件的數量不斷增大，與個人計算機兼容的數據采集系統的數量也在增加。國內外各種數據采集機先后問世，將數據采集帶入了一個全新的時代

55、。</p><p>　　在NI公司的產品中，大多數采集卡都可以運用LabVIEW中的數據采集助手（DAQ）進行數據的采集，數據采集助手是采集卡和計算機軟件LabVIEW之間的驅動，利用數據采集助手可以方便的使采集卡和計算機之間進行通信，全部運用圖形操作，無需編程，相比于其它數據采集卡，為課題的研究節(jié)省了大量的時間。</p><p>　　本論文采用NI公司的USB-6008數據采集卡，此采集

56、卡也自帶了數據采集驅動程。</p><p>　　第二節(jié) 數據采集卡結構</p><p><b>　　一、采集卡外觀 </b></p><p>　　NI USB-6008 可提供8個模擬輸入(AI) 通道、2個模擬輸出(AO) 通道、12個數字輸入/ 輸出(DIO) 通道以及一個帶全速USB 接口的32 位計數器。NI USB-6008外觀如圖

57、3.1所示</p><p>　　圖3.1數據采集卡外觀</p><p><b>　　二、采集卡功能</b></p><p>　　NI USB-6008數據采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數字1/0、計數器/計時器。這些功能分別由相應的電路來實現。</p><p><b>　　(一)模擬輸入</b>

58、</p><p>　　模擬輸入是采集最基本的功能。它一般由多路開關(MUX)、放大器、采樣保持電路以及A/D來實現，通過這些部分，一個模擬信號就可以轉化為數字信號。A/D的性能和參數直接影響著模擬輸入的質量，要根據實際需要的精度來選擇合適的A/D。</p><p><b>　　(二)模擬輸出</b></p><p>　　模擬輸出通常是為采集系統

59、提供激勵。輸出信號受數模轉換器(D/A)的建立時間、轉換率、分辨率等因素影響。建立時間和轉換率決定了輸出信號幅值改變的快慢。建立時間短、轉換率高的D/A可以提供一個較高頻率的信號。如果用D/A的輸出信號去驅動一個加熱器，就不需要使用速度很快的D/A，因為加熱器本身就不能很快地跟蹤電壓變化。應該根據實際需要選擇D/A的參數指標。</p><p><b>　　(三)數字1/0</b></p

60、><p>　　數字1/0通常用來控制過程、產生測試信號、與外設通信等。它的重要參數包括:數字口路數(line)、接收(發(fā)送)率、驅動能力等。如果輸出去驅動電機、燈、開關型加熱器等用電器，就不必用較高的數據轉換率。路數要能同控制對象配合，而且需要的電流要小于采集卡所能提供的驅動電流。但加上合適的數字信號調理設備，仍可以用采集卡輸出的低電流的TTL電平信號去監(jiān)控高電壓、大電流的工業(yè)設備。數字1/0常見的應用是在計算機和外

61、設如打印機、數據記錄儀等之間傳送數據。另外一些數字口為了同步通信的需要還有“握手”線。路數、數據轉換速率、“握手”能力都是應理解的重要參數，應依據具體的應用場合而選擇有合適參數的數字I/O。</p><p><b>　　(四)計數器</b></p><p>　　計數器許多場合都要用到計數器，如定時、產生方波等。計數器包括三個重要信號:門限信號、計數信號、輸出。門限信號

62、實際上是觸發(fā)信號—使計數器工作或不工作;計數信號也即信號源，它提供了計數器操作的時間基準;輸出是在輸出線上產生脈沖或方波。計數器最重要的參數是分辨率和時鐘頻率，高分辨率意味著計數器可以計更多的數，時鐘頻率決定了計數的快慢，頻率越高，計數速度就越快。</p><p><b>　　數據采集卡的驅動</b></p><p><b>　　一、什么是驅動程序</

63、b></p><p>　　驅動程序隱藏了復雜的硬件底層編程細節(jié)，為用戶提供容易理解的接口。驅動程序即添加到操作系統中的一小塊代碼，其中包含有關硬件設備的信息。有了此信息，計算機就可以與設備進行通信。驅動程序是硬件廠商根據操作系統編寫的配置文件，可以說沒有驅動程序，計算機中的硬件就無法工作。操作系統不同，硬件的驅動程序也不同，各個硬件廠商為了保證硬件的兼容性及增強硬件的功能會不斷地升級驅動程序。當你安裝新硬件

64、時，驅動程序是一項不可或缺的重要元件。凡是安裝一個原本不屬于你電腦中的硬件設備時，系統就會要求你安裝驅動程序，將新的硬件與電腦系統連接起來。驅動程序扮演溝通的角色，把硬件的功能告訴電腦系統，并且也將系統的指令傳達給硬件，讓它開始工作。</p><p>　　NI公司為基于NI數據采集設備的數據采集系統提供了相應的接口驅動及VI函數 (VI，Virtual Instrument)。對于一些不常見的硬件設備或用戶研發(fā)的

65、硬件設備，NI沒有提供合適的驅動。但是，LABVIEW還提供了很多其它的通信接口，包括調用庫函數節(jié)點(Call Library Function Node, CLF)、代碼接口節(jié)點(Code Interface Node, CIN)、TCP/IP、Data Socket、OPC、共享變量、DDE和NET等。通過這些通信接口，LABVIEW能夠實現與任何設備的通信。LABVIEW具有調用庫函數節(jié)點和代碼接口節(jié)點兩種方法，可以結合C語言的編

66、程靈活性和LABVIEW的 G語言的直觀便捷特點，大幅提高LABVIEW對用戶數據采集卡的軟件設計支持?？蛇M一步利用LABVIEW豐富的數據分析資源，節(jié)約系統開發(fā)成本。</p><p>　　二、NI USB-6008的驅動的安裝與設置</p><p>　　將數據采集卡裝在計算機主板的USB插口上，安裝好相應的驅動程序，計算機監(jiān)測出這是NI公司的USB-6008數據采集卡，之后可以進行相應的

67、設置?？梢灾苯釉谧烂嫔洗蜷_Measurement & Automation圖標，開始設置過程。USB-6008數據采集卡的DAQ通道配置的步驟如下：</p><p>　　新建一個通道。在MAX窗口中，用鼠標右擊Data Neighborhood，選擇Create New…。如圖</p><p>　　然后在彈出的對話框中選擇Virtual Channel并按Finish按鈕，彈出的對

68、話框，如圖</p><p>　　點擊Finish按鈕，彈出如下對話框，進入第二步：</p><p><b>　　選擇通道類型：</b></p><p>　　如圖?？梢赃x擇通道類型如模擬輸入、模擬輸出、數字I/O等。在此選擇模擬輸入。點擊進入定義聽到名得設置。</p><p><b>　　定義通道名。</b

69、></p><p>　　在對話框中輸入通道名及描述信息。如圖。點擊下一步，進入選擇測量類型的設置。</p><p><b>　　選擇測量類型。</b></p><p>　　如圖?？梢栽趯υ捒虻南吕藛沃羞x擇測量類型，如電壓、電流、電阻、頻率等。點擊下一步，進入定義單位和范圍的設置。</p><p><b>

70、;　　定義單位和范圍。</b></p><p>　　如圖。可以在對話框中定義測量的單位字符和測量的范圍。</p><p><b>　　定義刻度模式。</b></p><p>　　如圖，可以對測量數據定義一個刻度模式，比如按照線性或多項式的比例關系來刻度測量果。若選擇No Scaling，則不進行任何刻度比例的變換。</p>

71、;<p>　　(七)制定DAQ設備和通道號。</p><p>　　DAQ Channel Wizard的最后一步是指定將要使用的數據采集設備，尤其是計算機上安裝的多個DAQ硬件時必須明確指明使用哪一個來進行數據采集。另外還可以指定該通道所對應的通道編號，按“完成”就完成該通道的建立。</p><p>　　這樣就完成通道建立后，可在VI程序中的數據采集函數中使用該通道來采集數據

72、。</p><p><b>　　數據采集的軟件設計</b></p><p>　　第一節(jié) 虛擬儀器創(chuàng)建</p><p>　　虛擬儀器系統以軟件為核心，依靠軟件及硬件(采集卡)實現儀器功能，并利用計算機強大的運算、顯示與擴展功能，使系統具有傳統儀器無法比擬的優(yōu)越性。采集到數據并通過計算機總線傳遞至計算機，數據采集程序的起點。數據通過設備驅動程序到

73、達計算機內部，在計算機內通過LabVIEW軟件平臺構成的應用程序對數據進行處理，其中應用程序是由多個LabVIEW子程序構成。</p><p>　　一、虛擬儀器創(chuàng)建步驟</p><p>　?。ㄒ唬┰O計虛擬儀器的前面板。虛擬儀器的交互式用戶接口被稱為前面板，它是模仿實際儀器的面板。前面板包含旋鈕、按鈕，圖形和其他控制與顯示對象，通過鼠標和鍵盤為控制對象輸入數據，在計算機屏幕上觀看結果。<

74、;/p><p>　　（二）編寫虛擬儀器流程圖。流程圖是一個編程問題的圖形化解決方案（也是虛擬儀器的源代碼）。虛擬儀器從流程圖中接受命令。</p><p>　　（三）確定虛擬儀器的圖標和連接（表示某一虛擬子儀器）的參數列表，圖標和連接允許將此儀器作為最高級的程序，也可以作為其他程序或子程序中的程序（子儀器）。</p><p>　　采用模塊化的軟件設計思想編寫，每個功能的實

75、現由一個模塊完成，系統軟件總體包括數據采集、參數測量、頻譜分析、濾波及數據存儲和回放等模塊，最終實現數據采集、處理、記錄、顯示等功能。</p><p><b>　　二、設計用戶界面</b></p><p>　　用戶界面也稱GUI，即graphical user interface。前面板必須簡潔、易懂，設計時應該滿足復雜工作要求。前面板上使用的顏色方案，要兼顧一致和鮮

76、明。一致性包括：一個VI程序的GUI之間要保持一致；VI的GUI要與平時大家用的應用程序的色調一致。就是說：需要強調的部分一定要用顏色加以突出，體現測控系統程序的特點，減少用戶操作過程中犯錯誤的機會。</p><p><b>　　三、程序設計</b></p><p>　　首先要分解任務，把待設計任務分割成幾個大的模塊，然后把大的模塊再分解為一系列的功能，甚至可以分解到

77、要用哪些函數的程度；然后是尋找例程，參考例程可以避免重復前人做過的工作；接下來就是根據項目特點選擇程序設計方法，自上而下或是自下而上。</p><p><b>　　四、程序測試</b></p><p>　　測試過程是項目開發(fā)的重要組成部分。測試應該從底層的VI開始然后再測試較大的模塊，最后進行整體測試。測試中還要特別關注全局變量對程序的影響。此外，局部變量和屬性節(jié)點也

78、要引起注意。對于高級程序員來說，還要考慮程序的性能如何，能否滿足速度與響應的要求以及內存的使用情況。</p><p>　　第二節(jié) 系統設計基本要求與工作流程</p><p>　　一、系統設計基本要求</p><p>　　(一)實現數據采集器和LabVIEW軟件的接口連接,完成二者之間的驅動程序設計；</p><p>　　(二)達到可分析單路

79、或兩路電壓電流信號的頻譜、有效值、諧波頻率、諧波含量、諧波含有率、總諧波畸變率等參數，并能顯示輸入信號波形和必要參數的圖表，測量數據以一定文檔格式保存；</p><p>　　(三)構成一個完整的可執(zhí)行.exe系統，具有友好的用戶使用環(huán)境；</p><p>　　(四)對程序進行實驗分析。</p><p><b>　　二、系統設計思想</b><

80、;/p><p>　　利用LabVIEW的特點，采用模塊化設計方法：</p><p>　　(一)根據系統要求做出詳盡的系統需求列表，列出所需面板的所有控制及指示的數目、類型、實時分析和數據表達。本系統分為電壓或電流信號的幅值譜、頻率、有效值諧波含量、諧波含有率、總諧波畸變率等電力參數以及采集時間、圖形保存、文件讀寫等控制按鈕。</p><p>　　(二)將要完成的測試項目

81、劃分為多個可管理的模塊與多層結構，本系統大模塊劃分為頻譜測量、諧波分析、數據存儲、數據回放和分析等模塊，各模塊內有數據采集、數據處理、數據存儲、波形處理等模塊，需保證各模塊既可單獨運行又可被系統當作子程序調用，實現多層結構。這種方式既便于模塊的單獨調試，節(jié)省系統開發(fā)周期，又便于系統功能的改變，使系統具有更強的移植與升級功能。</p><p>　　(三)在確定模塊功能及流程圖的基礎上創(chuàng)建與調試程序，創(chuàng)建程序的任務包

82、括創(chuàng)建顯示面板及其圖形化框圖程序。創(chuàng)建程序一次性通過的可能性較小，這就必然牽涉到程序調試的問題。LabVIEW編譯環(huán)境提供了單步運行、設置斷點、設置探針和顯示數據流動畫等多種調試手段，如何靈活熟練地運用它們是提高效率、縮短程序調試周期的關鍵。</p><p><b>　　三、系統工作流程</b></p><p>　　被測虛擬信號發(fā)生器產生的信號通過信號轉換調理電路變換

83、成符合要求的模擬信號送到USB-6008數據采集卡，數據采集卡將模擬信號濾波與信號處理后變換成計算機能識別的數字信號通過USB總線送至計算機，計算機中的VI開發(fā)系統完成測控、顯示、數據存儲任務。系統的工作流程如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 系統工作流程圖</p><p><b>　　系統軟件程序設計</b></p><p>　　

84、本系統軟件環(huán)境:采用WINXP中文操作系統和LabVIEW2010開發(fā)平臺，使用結構化和</p><p>　　模塊化的編程思想進行應用軟件設計。在LabVIEW開發(fā)平臺下，模塊化編程是實現軟件</p><p>　　結構化的重要手段。系統應用程序分為五個模塊：數據采集模塊、數據存儲模塊、數據</p><p>　　回放模塊、諧波分析模塊和頻譜分析模塊。在具體編程時按層次

85、結構將每一個細節(jié)任務</p><p>　　編制成結構完整，功能相對獨立的子程序塊。軟件部分總體構成如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 軟件總體構成圖</p><p>　　數據采集模塊：數據采集模塊完成測量信號參量的采集，即從實驗電路獲得的電壓電流信號，然后通過LabVIEW與USB4065采集卡之間的驅動程序完成數據采集過程。</p>&

86、lt;p>　　數據存儲模塊：數據存儲模塊完成對測量信號的存儲，以便于信號之后的回放和分析。</p><p>　　數據回放模塊：數據回放模塊完成對存儲好的測量信號進行回放。</p><p>　　諧波分析模塊：諧波分析模塊完成對測量信號的諧波分析，包括波形基頻的檢測、諧波電平的檢測、諧波總失真檢測。</p><p>　　頻譜分析模塊：頻譜分析模塊完成對測量信號的頻

87、譜分析。</p><p><b>　　數據采集</b></p><p><b>　　設計總結及心得</b></p><p>　　通過本次畢業(yè)設計，使我在各個方面的能力有了一些提高。確定指導老師和確定選題之后，我便開始查找資料，通過學校圖書館和網上資料的查閱，再拾起我以前的模擬電路課本，基本有了一些設計思路及原理。隨著對課本

88、上關于Lab view和虛擬信號發(fā)生器的內容進一步鞏固，學習的過程中，我還發(fā)現，它是一款非常實用的電路仿真軟件，能實現我動手的愿望。</p><p>　　本次畢業(yè)設計過程中，我還對一些沒有使用過的芯片有了一定的了解，這樣，在設計的過程中就避免了對芯片的實際測試探索，讓我能明確自己所需要的，從而我就有更多的時間改進電路。在電路設計過程中，我更加肯定了理論聯系實踐的說法，只有自己親手做過，才能明白其中的道理，空想是不

89、符合實際的。</p><p>　　通過對這次畢業(yè)設計的仿真結果分析，基本能達到預期成果。但是由于時間有限和自身知識局限的關系，沒能做出實物，并且一些關于參數計算的問題也還沒能解決，但我相信在之后的學習中，我會在這方面多下功夫，彌補這次畢業(yè)設計的不足?？偟膩碚f，這次畢業(yè)設計增強了我的信心，培養(yǎng)了我自學能力和解決問題的能力，我深感受益。</p><p><b>　　致謝</b&

90、gt;</p><p>　　終于到了做畢業(yè)設計，寫畢業(yè)論文的時刻了，同學們都很忙碌。從選指導老師，選題到題目的最后確定，一步一步我們跟隨著老師的步伐進行著?；叵雱倓側雽W的時候，總聽快畢業(yè)的師兄師姐們說忙著寫畢業(yè)論文，那時候我就在想，真的有那么忙嗎？開始想象，到我寫的時候，會是怎樣的一番滋味。</p><p>　　畢業(yè)設計該是我的大學生涯里面最后一次家庭作業(yè)，一次檢驗自己各方面能力的表現形式

91、。當然，我可以說，我真的學到了很多。</p><p>　　真的很感謝我的指導老師，xx老師。她嚴謹、細致、一絲不茍的作風一直是我學習中的榜樣。作為系里面的骨干教師，她除了日常的授課教學外，還處理系上各個方面的事情，當有學術交流學習會是，她還會經常出差，但是她一點也沒忘記她是我的畢業(yè)設計指導老師，反而還是我由于擔心她的工作繁忙，而沒有經常主動聯系她，讓她擔心。再這次設計中，由于題目復選的原因，我的畢業(yè)設計題目需要重

92、新選定，當知道這件事情后，我很慌張，清楚的記得，那個時候xx老師還在外省出差，我們就通過發(fā)郵件的方式進行溝通，xx老師耐心的給我指點迷津，最終，很順利的確定了這次的選題。她也一直不斷提醒我論文的日程，讓我感覺一切都在有條不紊的進行著。每交一次開題報告，她都會在我的報告上批注，糾正我的報告格式、用語和邏輯思維，她的和藹、親切的態(tài)度，不辭辛勞的精神，讓我感同身受。在這次畢業(yè)設計的期間，我還感受到了同學和朋友的力量，當每每遇到問題，心情低落的

93、時候，在和他們聊天，探討之后，突然間感覺光明就在前面，在精神上給了我很大的安慰和支持。頓時，急躁的心恢復了平靜，能夠使我扎扎實實的投入到不斷的學習中來。此外，我還非常感謝此次參加評審本論文的各位專家老師</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW8.20程序設計從入門到精通[M]．北京：清華大學出版社,200

94、7.</p><p>　　[2]龍華偉，顧勇剛.LabVIEW8.2.1與DAQ數據采集[M]．北京：清華大學出版社,2008.</p><p>　　[3]林靜，林振宇，鄭福仁.LabVIEW虛擬儀器程序設計從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社,2010.</p><p>　　[4]馬銀平，宣亮亮. 基于LabVIEW的數據采集系統分析與設計[J].電子元器件應