USB虚拟示波器设计LabVIEW实现.doc

USB虚拟示波器设计-LabVIEW实现内容提要：随着计算机技术的快速发展，计算机技术已经渗入到各个领域。由于计算机的快速性、稳定性、高精度等特点，基于计算机技术的现代仪器也快速的发展起来，虚拟仪器应运而生，在对精度、稳定性等方面要求高的场合，虚拟仪器将逐渐取代传统仪器。虚拟示波器，是将计算机强大的计算处理能力和一般硬件仪器的信号采集，控制能力结合在一起，从而实现一般示波器所不能实现的功能和友好的界面。随着计算机技术的发展，使得虚拟仪器的实现成为可能，传统仪器的一些专用处理器和设备，被计算机的通用设备所代替，常用的虚拟仪器，多采用PCI或ISA插槽，将各种硬件连接到一起，然而采集卡的数量一般有限，因此组织系统的时候，只能指定特定的计算机，或打开计算机盖装入专门的采集卡，在使用笔记本电脑或工业一体化电脑的场合，根本就不支持PCI或ISA总线的设备。本文围绕“虚拟示波器”这一热点课题，阐述了基于USB的无线虚拟示波器的设计方案、开发方法、开发过程。在设计中使用了TI公司的单片机MSP430 F1611、ATMEL公司的AVR系列单片机ATMEGA16L、Philips公司的USB器件芯片以及Nordic Semiconductor ASA公司的增强型无线通信芯片nRF24L01。利用MSP430F1611芯片内置的A/D采样实现数据采集，并通过无线模块将数据传输到主机；ATGMEGAL16L实现数据的接收并与USB通信。关键词：A/D采样 无线传输 USB 虚拟仪器 ATMEGA16L nRF24L01 PDIUSBD12USB virtual oscilloscope design- LabVIEW to achieveAbstract：With the rapid development of computer technology, computer technology has infiltrated into every field. As the computers fast, stable, high-precision, and other features of modern computer-based technology equipment is also rapidly developed, virtual instrument came into being in on the accuracy, high stability, and so on the occasion, the virtual machines will be gradually replaced by Traditional instruments. Therefore, we need a more convenient and more effective and flexible communication bus to achieve virtual machines, modern computer with a USB interface in general, the USB interface and the use of flexible, convenient, so first of all consider the USB bus. USB bus is Intel, IBM, NEC, Microsoft, and so on 7 well-known bus companys next-generation technology, following the adoption of a new generation of USB bus, PC configuration of the new machines hardware devices do not have to flip open, and hot swap support Technology, to the great convenience to users through the USB hub, to expand up to 127 devices, and through the 3-5m of cable to connect to the computer, by collecting cards close to the test object, thus greatly improving the electromagnetic Compatibility standards in the agreement USB1.1 in, UMB bus transfer rate up to 1.5-12Mb / s, and in the USB2.0 specification, the rate of up to 360Mb / s. Such a rate sufficient to meet the vast majority of occasions. In this paper, around a virtual oscilloscope hot topics on the USB-based wireless virtual oscilloscope design, development methods, the development process. In the design used in TIs single-chip MSP430 F1611, ATMELs AVR family of single-chip ATMEGA16L, Philipss chip USB devices as well as the Nordic Semiconductor ASAs enhanced wireless communications chips nRF24L01. MSP430F1611 use the built-in chip A / D sampling data collection and wireless data transmission module to the host; ATGMEGAL16L data reception and communication with the USB. Key words: A/Dsampling wireless transmission USB virtual instrument ATMEGA16L nRF24L01 PDIUSBD12目 录一、引言1（一）虚拟仪器的概念1（二）虚拟仪器的组成2（三）虚拟仪器的性能特点3（四）虚拟仪器的发展及应用5（五）虚拟仪器在中国的应用5（六）LabView简介6（七）LabVIEW的特点8（八）通用串行总线（USB）简介9二、方案分析13（一）采样控制器的选取13（二）无线传输模块的选取13（三）USB芯片的选取14（四）USB设备控制器选取16（五）系统整体设计17三、系统硬件设计18（一）A/D采样衰减电路18（二）A/D采样电压抬升电路19（三）A/D采样控制电路19（四）无线模块nRF24L01工作电路19（五）USB模块工作电路21（六）USB及nRF24L01主控板电路22（七）串口调试电路23四、软件设计23（一）数据流图23（二）下位机软件流程图24（三）应用程序设计30五、结论及展望32致 谢33附 录34附录一：A/D采样程序34附录二：nRF24L01无线传输模块数据收发程序36附录三：nRF24L01接收程序（AVR）40附录四：LabVIEW界面VI程序45参考文献46一、引言（一）虚拟仪器的概念美国国家仪器公司（NI）在20世纪80年代最早提出虚拟仪器（VirtualInstrument，简称VI）的概念。其核心的思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件，即“软件就是仪器”。虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。用户可以通过友好的图形界面（这里称作虚拟前面板）操作计算机，如同操作功能相同的单台传统仪器一样。在以PC计算机为核心组成的硬件平台支持下，虚拟仪器通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。虚拟仪器采用的开发平台LabVIEW现在已经成为行业标准的测试测量软件平台。LabVIEW软件为不同领域的工程师简化了各种技术融合的复杂性，帮助工程师通过同一个软件平台，在第一时间内运用最先进的主流商业技术，加快工作效率。例如一个没有学习过FPGA编程的工程师使用LabVIEWFPGA模块，可以借助LabVIEW这一已经掌握的工具开发FPGA应用，使用其自动生成的VHDL代码，而无需花时间了解FPGA的技术细节。LabVIEW的优势在于其图形化的编程方式，直观、便于用户自定义；LabVIEW可集成多种I/O和硬件平台；并且可以连接到多种第三方算法和不同的测试仪器。虚拟仪器系统概念是对传统仪器概念的重大突破，是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。它利用计算机系统的强大功能，结合相应的硬件，大大突破传统仪器在数据处理、显示、传送、处理等方面的限制，使用户可以方便地对其进行维护、扩展、升级等。 虚拟仪器系统可以广泛地应用在通讯、自动化、半导体、航空、电子、电力、生化制药、和工业生产等各种领域。 现有的虚拟仪器系统按硬件工作平台主要可分为基于PC总线的虚拟仪器、基于VXI的虚拟仪器、基于PXI的虚拟仪器，所应用场合不同各有其特点。 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。（二）虚拟仪器的组成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。使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。NI公司提供的行业标准图形化编程软件LabVIEW，不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的后续数据处理能力，设置数据处理、转换、存储的方式，并将结果显示给用户。此外，NI提供了更多交互式的测量工具和更高层的系统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、用于传统C语言的LabWindows/CVI、针对微软VisualStudio的MeasurementStudio等等，均可满足客户对高性能应用的需求。有了功能强大的软件，您就可以在仪器中创建智能性和决策功能，从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。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。无论您是使用PCI,PXI,PCMCIA,USB或者是1394总线，NI都能提供相应的模块化的硬件产品，产品种类从数据采集、信号条理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯，应有尽有。NI高性能的硬件产品结合灵活的开发软件，可以为负责测试和设计工作的工程师们创建完全自定义的测量系统，满足各种独特的应用要求。目前，NI已经达到了每2个工作日推出一款硬件产品的速度，大大拓宽了用户的选择面：例如NI新近推出的新一代数据采集设备先期推出的20款M系列DAQ卡，就为数据采集领域设定了全新的标准。最后是用于集成的软硬件平台。NI首先提出的专为测试任务设计的PXI硬件平台，已经成为当今测试、测量和自动化应用的标准平台，它的开放式构架、灵活性和PC技术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆地的改革。由NI发起的PXI系统联盟现已吸引了68家厂商，联盟属下的产品数量也已激增至近千种。PXI作为一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，内建有高端的定时和触发总线，再配以各类模块化的I/O硬件和相应的测试测量开发软件，您就可以建立完全自定义的测试测量解决方案。无论是面对简单的数据采集应用，还是高端的混合信号同步采集，借助PXI高性能的硬件平台，您都能应付自如。这就是虚拟仪器技术带给您的无可比拟的优势。虚拟仪器是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。虚拟仪器的本质是利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件形成既有普通仪器的基本功能又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。它是利用计算机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器面板，以代替传统仪器完成对仪器的控制、数据分析和显示功能。虚拟仪器的输入输出由数据采集卡、GPIB卡等硬件模块完成，仪器的功能主要由软件构成。虚拟仪器系统框图如图1所示。 图1 虚拟仪器系统框图一套完整的虚拟仪器系统的结构一般来说分为四层： 1测试管理层 用户使用虚拟仪器生产厂商开发的应用程序，组成自己的一套测试仪器。这是虚拟仪器的优点之一，它可以方便地使用户根据自己的需要，自己的风格建立自己的测试仪器。 2应用（程序）开发层 由生产商提供的软件开发工具，如NI（NATIONAL INSTRUMENTS）公司的LabVIEW软件，LabWindows/CVI软件。用户可以用这类软件进行深层开发，以扩展仪器原有的功能。 3仪器驱动层 由生产商开发，针对不同类型的仪器有不同的驱动程序接口。为给用户提供方便、易用的仪器驱动程序，泰克公司、惠普公司和美商国家仪器公司等35家国际上最大的仪器公司成立了VXI plug & play系统联盟，并于推出VISA（Virtu-al Instrument Software Architecture）标准。 4I/O总线驱动层 由生产商开发，用于将不同类型的实际仪器通过相同标准的总线连接起来形成一套完整的测试系统，如得到广泛应用的VXI（开放式测量系统）总线系统。（三）虚拟仪器的性能特点虚拟仪器彻底改变了传统仪器由生产厂家定义功能的模式，而是在少量附加硬件的基础上，由用户定义仪器功能。因为它的运行主要依赖软件，所以修改或增加功能、改善性能都非常灵活，也便于利用PC的软硬件资源和直接使用PC的外设和网络功能。虚拟仪器不但造价低，而且通过修改软件可增加它的适应性，进而延长它的生命周期，是一种具有很好发展前景的仪器。与传统仪器相比，虚拟仪器具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点，具体表现为： 1智能化程度高，处理能力强 虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。 2应用性强，系统费用低 应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统费用更低。通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再圈囿于当前的技术中。得益于NI软件的灵活性，只需更新您的计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进您的整个系统。在利用最新科技的时候，您可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。 3操作性强，易用灵活 虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线。这些都使得仪器的可操作性大大提高而且易用、灵活。虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。4开发时间少 在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使您轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。（四）虚拟仪器的发展及应用虚拟仪器技术不断地扩展其功能及应用范围。现在LabVIEW不仅能在PC上开发测试程序，而且可以在嵌入式处理器和FPGA上设计硬件。这一技术也将最终提供这样的一个独立环境，使用户可以从设计测试系统到定义硬件的功能，如图3所示。测试工程师将能使用合适的功能来进行系统级的设计。当他们需要定义专门的测量功能时，他们也将可以用同样的软件工具来“细化”到合适的级别以定义测量的功能。例如，工程师可以开发LabVIEW程序来使用模块化仪器进行某些测量，如DC电压和上升时间。当工程师需要开发专门的测量时，他们也可以使用LabVIEW对原始的测量数据进行分析，从而开发出专门的测量，比如峰值检测。如果在某些情况下他们需要使用一些新的硬件功能来实现测量，如定制的触发，那么他们可以用LabVIEW定义一个触发和滤波方案，并嵌入到仪器卡上的FPGA中。 虚拟仪器技术已成为测试、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。虚拟仪器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，并且在测量和控制方面都有无以伦比的强大功能和灵活性。可广泛应用于电子测量、振动分析、声学分析、故障诊断、航天航空、军事工程、电力工程、机械工程、建筑工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。 虚拟仪器的各种优点让用户可以放心地舍弃旧的传统测量设备，接受更新型、以计算机为基础的虚拟仪器系统。由于计算机的性能价格比不断改进，使虚拟仪器的价格更为大众化，用户不必再受限于传统仪器的使用限制和昂贵的价格，进一步降低了使用成本，减少了系统的开发费用和系统的维护费用。此外，新型笔记本电脑又把虚拟仪器的便携性和强大功能推向一个新的水平。所有这些必将加快虚拟仪器的发展，使它的功能和应用领域不断增强和扩大。（五）虚拟仪器在中国的应用尽管虚拟仪器近几年在中国发展得较快，但也遇到了一些问题。首先虚拟仪器的维护成本较高。据哈尔滨工业大学深圳研究生院博士后和军平介绍，传统的仪器出现故障后，常常由公司内部的仪器部门通过更换相应的故障模块，得到较快的解决，维护成本较低。而虚拟仪器采用的插卡式硬件密度很高，维修难度较大，维护费用较为昂贵。同时中国用户的使用习惯也会影响虚拟仪器的发展。据赛宝计量检测中心高级工程师王勇解释，中国的测试工程师习惯于直接使用测量设备。而使用虚拟仪器还要根据特定需要做二次开发，设计针对自身应用的自定义测试系统。因此需要富有经验的工程师，较长的学习和培训时间与一定的开发周期。同时他认为现在虚拟仪器的实现成本相比传统仪器并没有明显的优势，因此对中国厂商的吸引力还不够强。而且虚拟仪器单个插卡模块的性能固然可能做得很高，但是其整体性能会受到PC/PXI系统的总线带宽的限制。而总线速度的提升相对于计算机性能的提升周期要慢得多。对于某些需要很高带宽的测量应用，虚拟仪器的使用常常受到限制。（六）LabView简介现代科技的发展日新月异。计算机技术则尤为如此。计算机强大的处理能力，使得它成为一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。在工业自动化和测试及测量领域，传统的方法有许多重复建设，显然已经不能适应时代发展的需要了。如何利用先进的计算机技术提高效率则成为该领域迫切需要解决的问题。1986年，美国NI公司（Nation Instrument）提出了虚拟仪器的概念，提出了软件即仪器的口号，彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起仪器和自动化工业的一场革命。随着现代软件和硬件技术的飞速发展，仪器的智能化和虚拟化已经成为未来各级实验室以及研究机构发展的方向。虚拟仪器，顾名思义，它应具有传统仪器的功能，又有别于其传统仪器。它的特点体现在其灵活性上，它能够充分利用和发挥现有计算机先进技术，使仪器的测试和测量及自动化工业的系统测试和监控变得异常方便和快捷。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench实验室虚拟仪器工程平台）是一个程序开发环境。类似于C、BASIC。但LabVIEW的特点在于，它使用图形化编程语言G在流程图中创建源程序，而非使用基于文本的语言来产生源程序代码。LabVIEW还整合了与诸如满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485以及数据采集卡等硬件通讯的全部功能。内置了便于TCP/IP、Active X等软件标准的库函数。虽然LabVIEW是一个通用编程系统，但是它也包含为数据采集和仪器控制特别设计的函数库和开发工具。LabVIEW程序被称为虚拟仪器（VIs），是因为它们的外观和操作能模仿实际的仪器。由于LabVIEW所使用的术语、图标和概念都是技术人员、科学家、工程师所熟悉的，故而即使用户没有多少编程经验，同样也能利用LabVIEW来开发自己的应用程序。创建虚拟仪器的过程共分三步：（1）虚拟仪器的交互式用户接口被称为前面板，因为它模仿了实际仪器的面板。前面板包含旋钮、按钮、图形和其它的控制与显示对象。通过鼠标和键盘输入数据、控制按钮，可在计算机屏幕上观看结果。（2）虚拟仪器从流程图中接收命令（用G语言创建）。流程图是一个编程问题的图形化解决方案。流程图也是虚拟仪器的源代码。（3）一个虚拟仪器的图标和连接就象一个图形（表示某一虚拟仪器）的参数列表。这样，其它的虚拟仪器才能将数据传输给一个子仪器。图标和连接允许将此仪器作为最高级的程序，也可以作为其它程序或子程序中的子程序（子仪器）。1.图形化编程环境该环境包含前面板、流程图、图标和连接。在软件启动时，系统会建立一个缺省名为Untitled.1的文件（VI）。该文件包含两个窗口，一个用以编辑前面板，另一个用作编辑流程图。前面板就象是虚拟仪器的用户接口，尤如实际仪器的面板。前面板基本上是控制和显示对象的集合。用以控制模拟仪器输入设备，为虚拟仪器的流程图提供数据。显示模拟仪器的输出设备及流程图中获得或产生的数据 。流程图窗口用以编辑虚拟仪器的图形化源代码。通过连线将输出、接收数据的对象连接起来创建流程图，就能实现特定的功能，控制执行的流程。需特别指明的是：LabVIEW运行是数据流驱动的。简单地说，就是只有当所有的输入数据都准备好的时候，一个节点才能执行其功能，当节点执行完后，它所有的输出端口都会产生一个数据值。数据都是从源端流到目的端。数据流不同于执行一个传统程序的控制流方法（通过执行一系列的指令来实现的）。控制流执行是指令驱动。而数据流执行是数据流驱动或依赖数据的。这里提到的节点是程序执行的元素。它们类似于传统编程语言中的状态、操作、函数和子程式。LabVIEW包含广泛用于数学计算、比较、转换、输入/输出的函数库。另一类节点类型是结构。结构就是传统编程语言的循环、条件描述的图形表示，不断的重复和执行代码。LabVIEW也提供了用于连到外部基于文本的代码和用于计算基于文本的公式的特殊节点。图标和连接-当一个虚拟仪器的图标被放置在另一个虚拟仪器的流程图中时，它就是一个子仪器或说是LabVIEW的一个子程序。子仪器的控制和显示对象从调用它的仪器流程中获得数据，然后将处理后的数据返回给它。连接是对应于子仪器控制和显示对象的一系列连线端子。图标既包含虚拟仪器用途的图形化描述，也包含仪器连线端子的文字说明。连接更象是功能调用的参数列表。连线端子就是类似于参数。每个终端都对应于前面板的一个特别的控制和显示对象。连接从它的输入连线端子接收数据，然后通过子仪器的控制对象将数据传输给子仪器的代码。每个虚拟仪器都有一个缺省的图标，位于两个窗口的右上角。当然，图标可根据用户的需要进行修改。每个虚拟仪器都有一个连接。在前面板的仪器图标上右击鼠标，选择Show Connector，即可看到该仪器的具体连接。第一次显示时，会有缺省的模式。若用户想修改，则可选择Pattern或Use/Remove Terminal来进行新的模式设置。2.编程工具介绍LabVIEW提供了三个模板来编辑虚拟仪器：工具模板（Tools Palettes）、控制模板（Controls Palettes）、功能模板（Functions Palettes）。工具模板提供用于图形操作的各种工具，诸如移动，选取，设置卷标、断点，文字输入等等。控制模板则提供所有用于前面板编辑的控制和显示对象的图标以及一些特殊的图形。功能模板包含一些基本的功能函数，也包含一些已做好的子仪器。这些子仪器能实现一些基本的信号处理功能，具有普遍性。其中控制、功能模板都有预留端，用户可将自己制做的子仪器图标放入其中，便于日后调用。3.仪器的开发熟悉了环境之后，便可以来开发自己的虚拟仪器了。由于实验条件的限制，本实验只做虚拟仪器的后两部分，实验中所采用的信号不是来自外部采集所得，而是通过软件的方法获得，也就是在流程图中编制一个简单的信号发生器，产生一些周期信号，冲激波及一些虚拟数据（用于拟合）。前面板的设计分为两部分-显示部分和控制部分，并以左右形式排列在前面板编辑窗口中。其中显示部分包含原始信号的显示和信号处理后的结果显示。控制部分包含一些参数的设置，功能的选择，还有系统控制。为了使面板更接近于真实的仪器面板，利用控制模板中DecorationsRecessed box实现凸凹的效果；为了使控制部分和显示部分一一对应起来，防止用户的误操作，对于某些暂不使用的按钮，利用属性Visible、Disable来实现按钮的隐藏、灰显效果。至于流程图，它是和前面板一一对应的。整体上采用一个While Loop结构，由系统控制按钮来控制。其内部大体包含两部分：信号发生器和信号处理部分。这两部分均用Case窗来实现。信号处理部分的功能实现较多，因而对每一个功能采用定制子仪器的方法将其做成一个个子仪器，用特定的图标表示。此法可减少流程图的复杂程度，便于数据流的跟踪和调试。（七）LabVIEW的特点虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优势，但它并不否定传统仪器的作用，它们相互交叉又相互补充，相得益彰。在高速度、高带宽和专业测试领域，独立仪器具有无可替代的优势。在中低档测试领域，虚拟仪器可取代一部分独立仪器的工作，但完成复杂环境下的自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏，是传统的独立仪器难以胜任的，甚至不可思议的工作。专家们指出，在这个计算机和网络时代，利用计算机和网络技术对传统的产业进行改造，已是大势所趋，而虚拟仪器系统正是计算机和网络技术与传统的仪器技术进行融合的产物，因此，在21世纪，虚拟仪器将大行其道，日渐受宠，将会引发传统的仪器产业一场新的革命。 LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。LabVIEW采用图形化编程语言-G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用LabVIEW。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。像C或C+等其它计算机高级语言一样，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。而且LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言-G语言。 LabVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。 总之，由于LabVIEW能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便，深受用户青睐。与传统的编程语言比较，LabVIEW图形编程方式能够节省85以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，体现出了极高的效率。使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。例如，用户可以将原有的带有RS232接口的仪器、VXI总线仪器以及GPIB仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作。可以预见，由于LabVIEW这些其他语言无法比拟的优势，已经成为该领域的一朵奇葩！最终将引发传统的仪器产业一场新的革命。（八）通用串行总线（USB）简介1USB是什么USB是通用串行总线(UniversalSerialBus) ，是一种支持即插即用的新型串行接口。也有人称之为“菊链(daisychaining)”，是因为在一条“线缆”上有链接127 个设备的能力。USB要比标准串行口快得多，其数据传输率可达每秒4Mb12Mb (而老式的串行口最多是每秒115Kb)。除了具有较高的传输率外，它还能给外围设备提供支持。需要注意的是，这不是一种新的总线标准，而是电脑系统连接外围设备(如键盘、鼠标、打印机等)的输入/输出接口标准。到现在为止，电脑系统连接外围设备的接口还无统一的标准， 如键盘的插口是圆的、连接打印机要用9针或25针的并行接口、鼠标则要用9针或25针的串行接口。 USB能把这些不同的接口统一起来，仅用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。USB正在取代当前PC上的串口和并口。2USB的“起源”随着电脑应用的拓展，PC机的外设越来越多，机箱后的插口也形形色色：并行口、串行口、键盘口、鼠标口、游戏手柄接口、音频输入输出口、视频输出口， PC机有限的I/O插槽无法满足日益增加的外设需要；不具备专业知识的普通用户难于选择合适的资源和完成复杂的安装工作。因此，简化外设扩充方法, 使之方便易行便成为各个PC机厂家面临的重大研究课题。 在这个背景下， Microsoft公司于1994年提出了即插即用(Plug&Play)方案，这种技术解决了用户选择资源的困难，由系统自动设置，但新外设的安装仍然相当麻烦，而且外设扩充数量的问题也没有解决。因此, 在1996年召开的面向PC机硬件技术工作者会议上，Compaq、 Intel和Microsoft三家厂商提出了设备插架(DeviceBay)概念。USB就是设备插架的一种规范。3USB的结构及传输方式（1）USB的结构USB规范将USB分为5个部分： 控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB 设备以及针对不同USB设备的驱动程序。控制器：主要负责执行由控制器驱动程序发出的命令；控制器驱动程序：在控制器与USB设备之间建立通信信道；USB芯片驱动程序：提供对USB的支持；USB设备：包括与PC相连的USB外围设备，分为两类：一类设备本身可再接其他USB外围设备， 另一类设备本身不可再连接其他外围设备；前者称为USB集线器（USB HUB），后者称为设备。 或者说，集线器带有连接其他外围设备的USB端口，而设备则是连接在计算机上用来完成特定功能并符合USB规范的设备单元，如鼠标、键盘等；设备驱动程序：就是用来驱动USB设备的程序，通常由操作系统或USB设备制造商提供，如平常所说Modem驱动程序、打印机驱动程序等。（2）USB的传输方式针对设备对系统资源需求的不同，在USB规范中规定了4种不同的数据传输方式：等时传输方式：该方式用来连接需要连续传输，且对数据的正确性要求不高而对时间极为敏感的外部设备，如麦克风、音箱以及电话等。等时传输方式以固定的传输速率，连续不断地在主机与USB设备之间传输数据，在传送数据发生错误时，USB 并不处理这些错误，而是继续传送新的数据；中断传输方式：该方式传送的数据量很小，但这些数据需要及时处理，以达到实时效果，此方式主要用在键盘、鼠标以及游戏手柄等外部设备上；控制传输方式：该方式用来处理主机的USB设备的数据传输。包括设备控制指令、 设备状态查询及确认命令。当USB设备收到这些数据和命令后，将依据先进先出的原则按队列方式处理到达的数据；批传输方式。该方式用来传输要求正确无误的数据。通常打印机、扫描仪和数码相机以这种方式与主机连接。在这4种数据传输方式中，除等时传输方式外，其他3种方式在数据传输发生错误时，都会试图重新发送数据以保证其准确性。 4USB设备的的使用要使用USB设备，首先要求主板具有支持USB设备的功能，其次要求操作系统支持 USB设备。 目前生产的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组， 主板上也安装有 USB接口插座。 Windows98内置了对USB的支持，如果使用Windows95，还需取得USB驱动程序UsbsuppExe (在http: //KB下载)才能使用主板提供的功能。在操作系统拥有了对USB设备的支持后，安装USB设备以及相应的驱动程序， (新增加的外设可以直接与主机上的USB接口相连，一般主板上只提供两个USB接口，如果 USB的设备多于两个，那么就必须用USB的Hub了。目前在中国大陆地区销售的所有型号的PAVILION HOME PC都具有2个USB接口供用户使用。)，设备就可以正常工作了。5.USB的优势在USB方式下， 所有的外设都在机箱外连接，连接外设不必再打开机箱；允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。USB采用“级联”方式，即每个USB设备用一个USB 插头连接到另一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个USB外设连接用。通过这种类似菊花链式的连接，一个USB控制器可以连接多达127个外设，而每个外设间距离(线缆长度)可达5米。USB能智能识别USB链上外围设备的插入或拆卸。它可使多个设备在一个端口上运行，速度也比现在的串行口或并行口快得多，而且其总的连线在理论上说可以无限延长。对PC来说，以上这些都是一些难得的优点，因为不再需要PS/2端口、 MIDI/game端口等各种不同的端口了，还可以随时随地在各种设备上任意插拨。你可以在一个端口上运行鼠标、控制手柄、键盘以及其他输入装置(例如数码相机)，而且，你也不必重新启动系统去做这些工作。现在USB设备正在快速增多，且由于操作系统已内置支持USB的功能，因而用户现在就可以方便的使用。 显然，USB为PC的外设扩充提供了一个很好的解决方案。目前USB技术的发展， 已经允许用户在不使用网卡、HUB的情况下，直接通过USB 技术将几部电脑连接起来组成小型局域网，用户只需要给各部电脑起个名字就可以开始工作。这种网络具备Ethernet网络的各种优点，同时少了Ethernet网络的许多限制。假设一位用户上班时使用移动电脑，回家时使用PC机，为实现数据传输，他可以通过采用USB技术的接口将两部电脑连接起来交换资源， 其数据传输速度可达12Mbps，这是传统串行口无法比拟的。而且用户在组网的时候根本无须考虑DIP、IRQ等等问题。此类技术除支持兼容Ethernet的软硬件外， 也支持标准的网络通讯协议，包括IPX/SPX、NetBEUI和TCP/IP，这为通过USB技术组成的小局域网连接至大型网络或Internet提供了条件。从成本上看， PC机的控制芯片组和操作系统中已经内建了USB功能，因此PC机在硬件和软件的价格上不会增加。而由于减少了接口插卡和供电电源，使得外设的成本可以降低。 此外USB的“热插拔”功能允许用户十分方便地连接和拆卸外设，实现外设的共享。这也就降低了这些外设的使用成本。此外，USB还在以下几个方面加强并简化了用户对PC外设的使用：可双向传输资料，你可以得到从摇杆上传回的强制回馈效果。是一种真正的即插即用设计支持USB的产品只要将连接线接到电脑的USB插槽，电脑内部就会自动分配地址，不需用户参照系统的硬件设定进行设置。它为PC机的即插即用提供了极大的发展空间，所以Windows 95 OSR2.1及Windows 98均支持USB。更高的带宽。USB端口的传输速率高达12Mbps，与一个标准的串行端口相比，大约快出100倍，与一个标准的并行端口相比，也快出近10倍。换句话说，USB端口的传输速率快于当前PC平台上任何其他类型的端口。这意味着用户将会拥有足够的带宽供新的数字外设使用，例如音频系统、数字照相机、虚拟现实眼镜以及数据手套等。内置的电源供给。USB可消除某些外设对体积较大的电源适配器的需求，因为它可识别一个设备所需的电力，并可自动把这一电力提供给这一设备(最高可达500 毫安)。提供了对电话的两路数据支持。远程通信设备需要两路(异步)数据传输能力，而串、 并行或SCSI总线技术不支持这一能力。USB可支持异步以及等时数据传输，因此使用这一技术后，电话已可与PC集成，共享话音邮件及其他特性。高保真音频。传统上，PC的音频信息可按两种方式加以生成：一是CDROM，它可读取一个压缩光盘上的数据，然后产生一个模拟输入；另一个是声卡，它能够对任何数字数据进行译码， 并可将译码后的数据转换为一个模拟输入。USB音频信息的生成位于计算机之外， 从而不需要声卡。USB上的音频数据在到达PC之前依然是数字的， 模拟转换发生于外设自身，而不是计算机之内。USB的这种设计减少了电子噪音干扰声音质量的机会，从而使音频系统具有更高的保真度。更小的系统空间。由于USB端口与其他端口技术共享PC和移动的后面板，因此可减少外设对PC插槽的需求， 并可一次性替换掉标准的串、并行端口与PS2端口，从而可较大程度地减少计算机的系统空间。二、方案分析（一）采样控制器的选取采样控制系统采用TI公司的MSP430F1611，TI公司的MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，其中包括一系列的器件，他们针对不同的应用而由各种不同的模块组成。这些微控制器被设计为可用电池工作，而且可以有很长时间的应用。它们具有16位RISC结构，CPU中饿、的16个寄存器和常数发生器使MSP430微控制器能达到最高的代码效率；灵活的时钟源可以使器件达到最低的功率消耗；数字控制的振荡器（DCO）可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在少于6us的时间内激发到活跃的工作方式。MSP430系列单片机具有以下一些特点： 低电压、超低功耗 强大的处理能力 系统工作稳定 丰富的片内外设 方便高效的开发环境 工业级的产品（二）无线传输模块的选取现在市场上的无线模块非常多，在选取无线模块时，我们要充分考虑应用场合、数率、距离、性价比等各方面的因素。本系统要求数据传输快、接口易用以及性价比高。因此、本设计选用nRF24L01无线模块。nRF24L01无线模块具有传输数率高、接口易用、性价比高等特点，以下为nRF24L01模块的特性：l 真正的 GFSK 单收发芯片 l 内置链路层 l 增强型l 自动应答及自动重发功能 l 地址及 CRC 检验功能 l 数据传输率 1 或 2Mbps l SPI接口数据速率 08Mbps l 125 个可选工作频道 l 很短的频道切换时间 可用于跳频 l 与 nRF 24XX 系列完全兼容 l 可接受 5V电平的输入 l 20 脚 QFN 4 4mm封装 l 极低的晶振要求 60ppm l 低成本电感和双面 PCB 板 l 工作电压 1.93.6V nRF24L01 是一款工作在 2.42.5GHz 世界通用 ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型、模式控制器、功率放大器、晶体