毕业设计-基于LabVIEW的电子测量系统的设计

基于LabVIEW的电子测量系统的设计摘要：随着科技的开展，虚拟仪器在数据处理中的作用越来越重要。虚拟仪器的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统。在电子测量中，运用虚拟仪器不仅可以实现对数据模拟仿真，而且可进行采集分析。本设计主要通过软件LabVIEW编程,实现一个电子测量系统。其主要功能包括虚拟信号发生器、信号调幅解调器、数据采集与分析。虚拟信号发生器实现对正弦波、三角波、方波、锯齿波的产生。信号调幅解调器，是对信号的调制与复原。数据采集与分析，通过硬件产生信号，应用数据采集卡采集信号到系统中，并进行读取与处理。通过LabVIEW的编程，完成了电子测量系统的设计，在一定程度上节约了对仪器经费的投入，提高了教学科研的质量和效率。关键词：LabVIEW；虚拟信号；调幅解调；采集；处理DesignofElectronicMeasurementSystemBasedonLabVIEWAbstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology,virtualinstrumentindataprocessingisbecomingmoreanmoreimportant.Theappearanceofvirtualinstrumenthasbrokentheworkingstylethatthetraditinoalinstrumentwasdefinedbythefactoryandtheuserscan’tchange.Thevirtualinstrumentcanmakeusersdesigntheirowninstrumentsystemaccordingtotheirowndemands.Inelectronicmeasurement,thevirtualinstrumentcanbeusedtorealizethedatasimulation,dataacquisitionandanalysis.ThroughthesoftwareLabVIEW,thedesignrealizesaelectronicmeasurementsystem.Itsmainfunctionsincludevirtualsignalgenerator,signalamplitudemodulationdemodulator,dataacquisitionandanalysis.Thevirtualsignalgeneratorcanproducesinewave,trianglewave,squarewaveandsawtoothwave.Thesignalamplitudemodulationdemodulatorcanrealizesignalmodulationandsignalrecovery.Inthedataacquisitionandanalysis,adataacquisitioncardcanbeusedtocollectsignalsproducedbyhardware,andbegintoreadandprocess.ThedesignofelectronicmeasurementsystembasedonLabVIEWcansavetheequipmentinvestmentandimprovethequalityandefficiencyofteachingandscientificresearch.Keywords:LabVIEW;virtualsignals;amplitudemodulationanddemodution;collection;processing目录序言 1第1章虚拟仪器系统的概论 21.1虚拟仪器简介 21.2LabVIEW的定义 21.3LabVIEW的运行机制 3第2章总体设计介绍 62.1总体设计 62.2主程序前面板的设计 72.3主程序的程序框图设计 82.3．1子VI的翻开 92.3.2VI的链接 12第3章虚拟信号发生器的实现 143．1信号发生器的介绍 143.2虚拟信号发生器的设计 143.2．1虚拟信号发生器前面板的设计 143.2．2虚拟信号发生器程序框图的设计 15第4章信号调幅解调器的设计 174.1调制解调原理 17解调原理 174.1.2乘积型同步检波器原理 184.2信号调幅解调器功能 194.3虚拟调幅波解调器设计过程 194.3.1选用同步解调的理由 194.3.2低通滤波环节 194.3.3虚拟调幅波解调器前面板设计 194.3.4调幅波解调器程序框图的设计 20第五章数据采集分析系统的设计 225.1数据采集系统结构 22基于LabVIEW的数据采集卡 225.2数据采集系统的设计 23数据采集功能模块的实现 23数据存储模块的实现 245.3数据的读取与分析系统的设计 255.4函数信号发生器 265.4.1电路原理 275.4.2函数发生器的设计 275.5数据采集分析调试 28结束语 30参考文献 31致谢 32附录 33附录一实物图 33附录二元器件清单 34附录三中英文翻译 35序言电子测量仪器是电子行业的根底，它在电子行业中长期占据着十分重要的地位，是一个时代的电子行业开展水平的标志，并随着科学技术的开展而不断地更新变化着。传统的测量仪器由于功能固定，研制生产周期长等缺点，越来越不能满足信息时代的要求。这就给一种新型的测量仪器——虚拟仪器提供了极大的开展空间，由于其硬件结构简单，以软件为主实现各种功能，且随计算机的开展不断提高其性能，具有很强的适应性，所以越来越引起世人的高度关注。虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能[1]，建立虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示，代替传统仪器，改变传统仪器的使用方式，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器价格，使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能。虚拟仪器广泛应用于电子测量、化学工业、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等诸多领域。本设计运用LabVIEW编程，实现一个电子测量系统，功能主要包括虚拟信号发生器、信号调幅解调、数据采集分析三大内容。虚拟信号发生器由根本函数发生器构成，可以实现正弦波、三角波、方波、锯齿波四种信号的产生，并且参数可调。信号调幅解调包括信号解幅与解调，将高频载波信号与低频信号相乘，实现信号的调幅功能。利用乘积型同步检波器原理，将调幅信号与同步信号经过乘法器和滤波器就可以得到原调制信号。数据采集分析包括数据的采集与分析，通过数据采集卡，使硬件和电脑相连接，把外部硬件产生信号采集到编程系统中进行显示与存储，从而进行读取与处理分析。本文共分五章，第一章简要介绍了虚拟仪器及LabVIEW的编程环境，第二章阐述了设计的总体思路及具体功能，第三章说明了虚拟信号发生器的设计，第四章讨论了信号调幅解调的内容，第五章那么介绍了数据采集与分析的设计。第1章虚拟仪器系统的概论1.1虚拟仪器简介虚拟仪器〔VirtualInstrument,简称VI〕是基于计算机的仪器,是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术[2]。所谓虚拟仪器，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，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器。虚拟仪器的出现使测量仪器与个人计算机的界线模糊了。计算机和仪器的密切结合是目前仪器开展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。图1-1常见的虚拟仪器方案图1.2LabVIEW的定义LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench,实验室虚拟仪器集成环境)是一种图形化的编程语言，具有数据采集、数据分析、信号发生、信号处理、输入输出控制等功能[3]。它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的编程语言，又称为“G〞语言。使用这种语言编程时，根本上不写程序代码，取而代之的是流程图或程序框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。利用LabVIEW可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。1.3LabVIEW的运行机制使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为Ⅵ[4]。VI包括三个局部：前面板、程序框图、图标和连线板．1．前面板前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入控制和输出显示两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形、指示灯以及其他控制和显示对象。图1-2所示是一个随机信号发生器的前面板，上面有一个显示对象，以曲线的方式显示了所产生的一系列随机数。还有一个控制对象—开关，可以结束while循环。显然，并非简单地画两个控件就可以运行，在前面板后还有一个与之配套的程序框图。图1-2随机信号发生器的前面板2．程序框图程序框图是提供VI的图形化源程序。在程序框图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。程序框图由接线端、节点、连线和结构等构成。图1-3所示是随机信号发生器的程序框图，可以看到程序框图中包括了前面板上的开关和随机数显示器的连线端子，还有一个随机数发生器的函数及程序的循环结构。随机数发生器通过连线将产生的随机信号送到显示控件，为了使它持续工作下去，设置了一个WhileLoop循环，由开关控制这一循环的结束。图1-3随机信号发生器程序框图3.图标和连线板创立VI的前面板和程序框图后，请创立图标和连线板，以便将该VI作为子VI调用。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式；连线板那么表示节点数据的输入/输出口，就像函数的输入输出参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。第2章总体设计介绍2.1总体设计基于LabVIEW的电子测量系统，主要包括常用虚拟信号发生器、信号调幅解调、数据采集与分析等常用仪器的设计与实现。程序功能模块框图设计如下列图所示：图2-1程序功能模块框图虚拟信号发生器，主要用到了根本函数发生器，功能包含了正弦波、三角波、方波、锯齿波的产生并且各波形的频率与幅值以及方波的占空比均可调。参数调整结果将在波形图上动态显示出来，可控制信号的采样频率与采样点数。信号调幅解调包括信号的调幅与解调，描述了信号调制、放大、复原的过程。将高频载波信号与低频信号相乘，实现信号的调幅功能。利用乘积型同步检波器原理，将调幅信号与同步信号经过乘法器放大，之后通过滤波器复原信号。滤波器主要运用巴特沃斯滤波器，滤波类型采用低通滤波，滤波阶数为5阶。数据采集分析中，通过硬件函数信号发生器产生正弦波、三角波，利用数据采集卡，把程序和硬件相互连接，采集函数发生器的信号，显示在波形图上并把数据写入到电子表格。然后使用路径节点，读取数据并进行处理分析，再一次显示到波形图上。主要计算出信号数据的均方根、峰峰值、信号频率、周期以及方波占空比。因为需要采集硬件信号，所以制作一个简单的函数信号发生器。函数信号发生器主要通过电子元器件运放、RC积分器产生一定频率和幅值的方波和三角波，给予数据采集模块。2.2主程序前面板的设计当虚拟信号发生器、信号调幅解调器、数据采集与分析均完成时，需要把他们链接成一整套系统，称它为实现系统的主程序。其前面板设计如图2-2所示。图2-2主程序前面板的设计主程序前面板设计包括信号发生器、信号调幅解调、数据采集与分析的开关控件。图中按钮开关控件，可编辑文字，形象显示控件所链接的程序。点击开关控件，就会进入相应的功能程序。点击“停止运行〞，那么跳出运行界面。点击“数据采集与分析〞控件，进入数据采集与分析界面如图2-3所示。图2-3数据采集与分析前面板的设计点击“返回〞那么跳出数据采集与分析界面，返回到电子测量虚拟仪器系统界面。接下来具体讨论主程序程序框图的设计。2.3主程序的程序框图设计程序框图的设计主要是包括一个whlie循环和一个条件结构。While循环中包括翻开信号发生器程序、翻开信号调幅解调程序、翻开数据采集与分析程序和一个停止按钮。条件结构中有“真〞和“假〞两个选择，此设计只用到了“真〞的界面，“假〞的界面不用。在“真〞的界面中主要用到了翻开VI引用、属性节点和关闭引用，如图2-4所示。条件结构的主要作用是在while循环中的停止按钮被按下时，结束while循环同时跳出运行界面。条件结构中的翻开VI引用路径是当前VI路径，而当前路径是关闭，所以，结束while循环的同时就会跳出运行界面。接下来介绍翻开子VI和其链接。图2-4主程序的程序框图设计2.3．1子VI的翻开在进行子VI的翻开时，需要用到函数选板，应用程序控制中一些相应的节点，下面介绍这些需要用到的节点。1.翻开VI引用节点翻开VI引用节点主要是利用翻开VI引用动态的方法，在程序运行时，翻开需要翻开的子VI。具体是把VI路径端口与需要翻开的子VI的名字相连接来进行子VI的翻开。图2-5为翻开VI引用函数各端点示意图。图2-5翻开VI引用节点的各端点示意图2.属性节点把通用“属性节点〞从函数选板拖放到VI程序框图上时[5]，默认设置为应用程序类。这时可以从中选取版本号、程序名称等属性，通过属性节点的右键菜单可以让它显示其他类别对象属性，如图2-6所示。图2-6属性节点的选择类型设置VI的属性时把属性节点关联的类型选为VI。之后，可以对其属性进行设计，如图2-7所示。因为需要翻开子VI，所以在选择属性的时候选择前面板窗口的翻开。图2-7属性节点的属性选择3.调用节点把通用“调用节点〞从函数选板拖放到VI程序框图上时，默认设置为应用程序类。这时可以从中选取版本号、程序名称等属性，与属性节点相同，也需要选择它的对象属性，如图2-8所示。同样选择类也应用为VI。图2-8通用节点的选择类型在属性节点的设置中，属性类是前面板的翻开，那么之后的通用节点需要运行翻开的子VI,所以，在通用节点选择方法时选择运行VI，如图2-9所示。图2-9调用节点的方法属性选择4.关闭引用节点在运行子VI之后，就是将VI进行关闭。图2-10是它端点的示意图。图2-10关闭引用节点端点示意图2.3.2VI的链接介绍完需要用到的节点之后，利用这些节点组成翻开子VI的程序，在翻开VI引用节点前的路径常量中输入要翻开的文件名，注意输入文件名与想要翻开文件名保持一致，一个字符亦不能错。否那么，系统将找不到正确的进入与返回路径，而使翻开子VI无法顺利进行。程序框图左边的“OK〞按钮控件对应于所调用的文件，也就是说在前面板中按下程序框图中“OK〞所对应的按钮，当前程序将进入所要翻开的程序。在主程序前面板所对应的程序框图的“OK〞按钮上编辑文字，显示所要进入的程序，使整个程序系统的运行清晰明了。下面是翻开信号发生器、翻开信号调幅解调、翻开数据采集与分析模块的链接程序框图，如图2-11、2-12和2-13所示。图2-11翻开信号发生器程序框图的设计图2-12翻开信号调幅解调程序框图的设计图2-13翻开数据采集与分析程序框图的设计第3章虚拟信号发生器的实现3．1信号发生器的介绍信号发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波等电压波形的电路或仪器。传统信号发生器大多由模拟电路构成，存在连线复杂、调试烦琐且可靠性差的缺点[6]。而使用LabVIEW编程产生的虚拟信号发生器可以稳定的产生虚拟波形，图形化显示在波形图上，并且相应的参数可以调节。接下来介绍虚拟信号发生器的设计。3.2虚拟信号发生器的设计3.2．1虚拟信号发生器前面板的设计虚拟信号发生器主要运用根本函数发生器和下拉列表相结合，实现对信号正弦波、方波、三角波、锯齿波的产生与选择，并在波形显示器输出。数字控件可以改变信号频率、幅值及方波占空比的大小。如在下拉菜单“常用信号选择1”中选择的是正弦波，通过旋钮滑动杆来调节正弦幅值，在波形显示器中也会得到相应的表达；频率也可以类似地调节，其数据变化对输出信号波形的影响都会在前面板上的波形图中显示出来。“常用信号选择2”中也可实现相同功能。如图3-1所示是虚拟信号发生器前面板的图3-1虚拟信号发生器前面板设计图3.2．2虚拟信号发生器程序框图的设计在虚拟信号发生器程序框图的设计中，主要使用“信号处理〞→“波形生成〞→“根本函数发生器〞和文本下拉列表，这样信号发生器的四种信号选择之间不产生冲突，选择一种信号后，调节相应的模块上面的旋纽,可以改变所选信号的幅值和频率。根本函数发生器各接线端如图3-2所示，分别有信号类型、频率、幅值、相位、采样信息、信号输出等端口，在连接程序框图是，接线端对应连接。图3-2根本函数发生器各接线端示意图虚拟信号发生器的程序框图设计如图3-3所示。利用while循环中添加移位存放器功能，使波形得到动态显示。具体是通过移位存放器加1之后乘上一个相应的数值连接到根本函数发生器的相位接线端，实现相位的偏移。为增加系统功能，在虚拟信号发生器的程序中，同一个While循环内参加两个根本函数发生器，所以也就有了前面板上所标识的“常用信号选择1”与“常用信号选择2图3-3信号发生器的程序框图设计第4章信号调幅解调器的设计4.1调制解调原理工程中被测物理量,如力、位移、温度等，经过传感器变换后，常常是一些缓变的微小电信号。从放大处理来看,直流放大有零漂和级间耦合等问题。为此,往往把缓变信号先变为频率适当的交流信号,然后利用交流放大器放大,最后再恢复为原缓变信号[7]。这样的变换过程称为调制与解调,已被广泛用于传感器的调理电路中。调制是指利用被测缓变信号来控制或改变高频振荡波的某个参数(幅值、频率或相位),使其按被测信号的规律变化,以利于信号的放大与传输。假设控制量是高频振荡波的幅值,那么称为调幅(AM)；假设控制量是高频振荡波的频率或相位,那么称为调频(FM)或调相(PM)。解调原理在AM调制过程中,如果将载波分量抑制掉,就可以形成抑制载波的双边带信号。双边带信号也可以用载波和调制信号直接相乘得到[8]。当调制信号为单频信号时,假设设:,式中:。那么双边带调幅信号的数学表示式为:(4-1)式中:k为乘积电路的电路常数；为双边带调幅信号的振幅,它与调制信号成正比。一般把控制高频振荡波的缓变信号称为调制波；载送缓变信号的高频振荡波称为载波;经过调制的高频振荡波称为已调波。解调器中的乘法器有2个输入信号:一个是待解调的调幅波,另一个是同步信号。双边带调幅解调器结构如图4-1所示。图4-1双边带调幅解调器结构4.1.2乘积型同步检波器原理已调信号与同步信号经过乘法器和滤波后就可以得到原调制信号。如果同步信号和发送端的频率及相位有一定的偏差,将会使恢复出来的调制信号产生失真。设输入信号为DSB信号:式中:同步信号为:这两个信号相乘,输出为:(4-2)式中:k为乘法器的相乘系数。经低通滤波得到输出信号为:(4-3)乘法器后接的低通滤波器的截止频率远小于和频时,上式中的高频分量项将被低通滤波器大大衰减,而只有差额信号项输出。可见,解调器是由乘法器和低通滤波器组成的。4.2信号调幅解调器功能该仪器的功能是仿真生成两个幅值、相位和频率可调的正弦波，这两个仿真的正弦波一个是高频信号作为载波信号,用来模拟传感器实验主机箱提供的音频振荡信号,另一个是低频信号作为调制信号,它同时也是用来模拟金属箔应变式传感器所测得的振动源的原始振动信号。低频信号经高频载波后形成调幅波,调幅波再经巴特沃斯滤波器滤波后解调,并同时输出调幅波和解调后信号的波形。通过波形分析,使学生掌握调制解调器的根本原理[9]。4.3虚拟调幅波解调器设计过程选用同步解调的理由调幅波解调的方法大致有4种非线性解调、线性解调、包络线解调和同步解调。本文选用同步解调主要因为[10]:(1)非线性解调其解调失真大,难以得到高质量的解调；(2)线性解调虽不产生解调失真,但输出的解调信号比拟小,剩下很多调制波成分,这说明输入的调制波过而不入,只有一局部成为输出信号；(3)包络线解调平直,会产生解调失真,所以必须要减小电路的时间常数,使之具有指数函数的衰减特性,但实现起来过于繁琐；(4)所谓同步解调就是通过求解调波与载波的乘积进行解调的方法,其与调制过程仅仅存在着输入是信号还是调幅波的不同,其余完全相同,特别是本文中用来抑制载波的调幅,除该方法外再无其他解调法,所以采用该方法；4.3.2低通滤波环节信号调理中另外一个重要的调理环节是滤波。巴特沃思滤波器最突出特点是具备最大平坦程度的振幅响应,也就是具备最平直的频率响应曲线,这也是本设计选用巴特沃思低通滤波器的主要原因[11]。4.3.3虚拟调幅波解调器前面板设计调幅解调器的前面板如图4-2所示,用到了5个波形显示器，分别显示调制信号〞、“载波信号〞、“已调信号〞、“已调信号与载波信号乘积〞和复原出来的“相敏检波信号〞。调制信号、载波信号、参考信号的参数可由数字输入控件改变，改变数值，调制出最正确的复原波形。图4-2调幅解调器的前面板4.3.4调幅波解调器程序框图的设计虚拟调制解调器程序框图如图4-3所示,主要用到了3个正弦波信号发生器、巴特沃斯滤波器、捆绑函数等相应节点来完成调幅解调的过程。其中巴特沃斯滤波器的滤波类型设置为低通滤波，滤波阶数为5阶。图4-3调制解调器程序框图一般说来，调制信号的变化要比载波变化慢得多，习惯上称之为窄带信号。幅值调制的频移功能在工程测试中具有重要意义，应用非常广泛。例如，当所测信号的频率很低时，由于常用的电子放大器在低频段工作特性不佳或容易混入低频噪声信号〔如工频干扰〕，故造成被测信号的“污染〞。为防止这种情况发生，就可幅值调制方法，将所测信号频率移至放大器增益保持常值和不易受干扰的频段上，待放大后再设法移回原处，恢复已放大了的原测试信号。第五章数据采集分析系统的设计5.1数据采集系统结构数据采集〔DataAcquisition,DAQ〕,就是将被测对象的各种参量〔物理量、化学量、生物量等〕通过各种传感器件做适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤送到控制器进行数据处理或记录的过程。数据采集系统通常由传感器、信号调理、数据采集卡、计算机及外设等局部组成[12]。5.1.1基于LabVIEW的数据采集卡对于虚拟仪器系统，要实现对外部数据采集的功能，必须配有一块数据采集卡。典型的数据采集卡的功能有模拟输入，模拟输出，数字I/O,计数器/定时器操作等，这些功能分别由相应的单元电路来实现。模拟输入是数据采集卡最根本，最常用的功能。通过采集卡内的A/D转换电路，一个模拟信号就能转化为数字信号。A/D转换器的性能直接影响着模拟输入的质量。模拟输出通常是为系统提供输出或控制信号。数模〔D/A〕转换器的建立时间、转换率、分辨率等因素都会影响模拟输出信号。建立时间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。数字I/O通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的根本参数包括：数字接口路数、收/发数据的速率、驱动能力等。数字接口路数要同控制对象配合，而且需要的电流要小于采集卡所能提供的驱动电流。本设计中用到的数据采集卡型号为USB-6008，如图5-1所示，具有12位分辨率、8路模拟输入通道、2路模拟输出通道、12路数字I/O通道、1个带全速USB接口的32位计数器，其采样率为10kS/s。图5-1USB-6008/6009数据采集卡5.2数据采集系统的设计5.2.1数据采集功能模块的实现系统设计中一些常用的数据操作节点位于“函数〞→“测量I/O〞→DAQmx-DataAcquisition子选板中。数据采集主要用到了DAQmx创立虚拟通道、定时、开始任务、读取任务、去除任务、简易错误处理等节点。在创立虚拟通道节点时选择“模拟输入〞→“电压〞，如图5-2所示。定时节点的采样时钟的采样模式选择有限采样，采样点数可以根据需求自我设定。读取任务节点的采样模式选择为“模拟〞→“单通道〞→“多采样〞→“波形〞，如图5-3所示。在进行相应节点的设置后，把数据采集模块连接成如图5-4所示。图5-2创立虚拟通道节点的设置图5-3读取任务节点的设置图5-4数据采集模块程序框图的设计5.2.2数据存储模块的实现在设计中，数据的存取与读取，用到了写入/读取电子表格文件节点，位于函数选板上的“编程〞→“文件I/O〞函数自选板。“写入电子表格文件〞节点可以直接写入多种类型的一维/二维数组数据而不需要事先经行类型转换，从这个意义上讲，“写入电子表格文件“节点集成“写入文本文件〞节点和“数组至电子表格字符串转换〞节点的功能。如图5-5所示，程序利用获取时间/时间字符串节点，实现功能是将数据写入以年、月、日命名的文件夹，其文件名是年、月、日、时间、名字后缀.xls。图5-5写入电子表格程序框图的设计介绍完数据采集模块和数据存储模块的设计，把这两个模块结合起来构成数据采集系统。数据采集系统的前面板和程序框图见图5-6和5-7所示，采集的是函数发生器的信号信息，通过数据采集卡把函数发生器与电脑连接，进行数据采集功能。图5-6数据采集系统前面板的设计图5-7数据采集系统程序框图的设计5.3数据的读取与分析系统的设计数据读取主要通过文件路径指向所要读取的文件，再通过“读取电子表格文件〞节点读取数据表格。读取到数据后，显示在波形图中并分析处理信号的参数。此程序主要计算出信号的均方根、峰峰值、信号频率、周期以及方波的占空比，如图5-8和5-9所示是其前面板和程序框图。前面板上有均方根、峰峰值、信号频率、周期等的显示控件，对应的程序框图中用到了幅值和电平测量、信号时间与瞬态特性测量节点。图5-8数据读取与分析系统前面板的设计图5-9数据读取与分析系统程序框图的设计5.4函数信号发生器完成了数据采集与分析系统的设计之后，要进行相应的调试。制作一个简单的函数信号发生器进行调试。接下来介绍函数信号发生器的设计。函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波、以及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数信号发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。本设计采用由集成运放和RC元器件组成方波--三角波函数信号发生器[13]。5.4.1电路原理函数信号发生器电路连接如图5-10所示，运算放大器U1与电阻、及、组成电压比拟器。运放U2与、、C1及组成反相积分器，其输入信号为方波，进行RC积分得到三角波。三角波的幅度为〔5-1)方波—三角波的频率为〔5-2〕图5-10函数发生器电路连接图5.4.2函数信号发生器的设计采用图5-10所示电路，其中运算放大器U1和U2用一只双运放358，电源电压取正负12V。比拟器U1和积分器U2元件参数设计，由式〔5-1〕得：(5-3)取=10K，即可得值；取=20K，值为47K电位器。取平衡电阻：(5-4)由式〔5-2〕得：(5-5)取C1=1uf,那么可计算得的取值范围，取=3.3K,值为100K电位器。取平衡电阻=10K。5.5数据采集分析调试当数据采集分析模块和函数信号发生器完成之后，接下来的工作就是调试工作。首先，是硬件电路的检查，利用万用表检查点点之间是否有虚焊漏焊的情况，检查通过后，上电测试，其输出端接到示波器的输入端口，产生波形如图5-11所示，分别显示方波和三角波，CH1是三角波，其偏转因子是1V，峰峰值为4.8v左右。CH2是方波，其偏转因子是5V，峰峰值为22V左右。周期是3.240ms。之后，把函数信号发生器通过数据采集卡与电脑相连，把信号发生器的信号读到软件程序中，显示在波形图上，如图5-12和5-13所示。其方波、三角波的峰峰值、周期、频率与示波器显示根本相等。调试根本完成，到达预期效果。图5-11函数信号发生器产生波形在示波器上的显示图5-12方波采集分析图5-13三角波采集分析图结束语此次毕业设计的任务是基于Labview的电子测量虚拟仪器系统的设计。它包括对Labview软件的学习，对专业课特别是信号系统与低频电路的回忆。这次设计让我最深的感受到专业知识与理论相结合的重要性。在实践中，遇到了挺多问题，因为理论往往和实践不统一，所以，我们一方面要结合理论，但更重要的是通过思考观察，分析到独立的每一个点、面，这样才能发现遗漏的地方，才能把所学的知识系统的结合起来。在虚拟信号发生器中，实现了对正弦波、三角波、方波、锯齿波的显示及参数调制，并完成了两个函数发生器模板的结合，使得虚拟信号发生器可以同时显示两种波形。在调幅解调器中实现了波形的调幅，之后经过乘法器和低通滤波，成功复原了波形。数据采集和分析中，在函数信号发生器成功完成的前提下，通过数据采集卡，成功的采集了硬件产生的信号，并成功的进行了存取、读取与分析。当然，系统中也有遗憾之处。在数据采集与分析系统的设计中，因为函数信号发生器是可以同时产生两个或三个波形，如何使用数据采集卡同时采集两个信号，在波形图上同时显示，并存储，是一个问题。初步的解决方案是，首先利用数据采集卡的两个通道进行采集，然后利用创立数组，之后连到波形图同时显示。存储问题方面，还是以获取日期时间的方法，把数据存入同一文件夹，命名不同。读取分析数据的时候，可以利用两个路径读取数据，方案与采集数据根本相似。参考文献[1]陈小林.基于LabVIEW的虚拟仪器的设计[J].温州师范学院学报，2004，25〔2〕：73-76.[2]杨乐平，李海涛，杨磊.Labview程序设计与应用[M].北京：清华大学出版社，2003.[3]陡起涌，李向华，张忠海．基于计算机的虚拟仪器测试平台设计[J].仪器仪表学报，2003，24〔8〕：546-548.[4]邹翔，孙肖子.基于图形化编程语言LabVIEW虚拟仪器的方法[J].现代电子技术，2003〔1〕：36-38.[5]阮奇贞.我和Labview[M].北京：北京航空航天大学出社,2021.[6]DULiang.DigitalOscilloscopeMeasurementCalibratingandDiscussionaboutSomeProblemsinPractice[J].MesurementTechnology,2005〔6〕:13-16.[7]迟军.应用于机械振动测试的局部虚拟仪器技术[J].机械工程与自动化，2007〔1〕：12-14[8]张肃文，高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2004[9]侯跃谦，李慧，石玉强.虚拟仪器在检测技术教学中的应用[J].长春大学学报，2006〔4〕：29-31.[10]赫建勋.基于网络的高频虚拟实验室的设计与开发[D].大庆：大庆石油学院，2006.[11]谢三毛.基于Labview虚拟数字滤波器的设计[J].华东交通大学学报，2005〔1〕：83-85[12]龙华伟，顾永刚.Labview与DAQ数据采集[M].北京：清华大学出版社.[13]杨拴科.模拟电子技术根底[M].北京：高等教育出版社，2003.致谢本次毕业设计我的课题设计任务是基于LabVIEW的电子测量系统设计，其主要功能是实现对信号的发生，信号调幅解调，数据的采集分析。利用Labview平台编程实现相应功能。在毕业设计的这一段时间，首先要感谢我的毕业设计指导老师，刘素芬老师一直耐心的指导，培养了我独立学习思考的能力，建议我在原有程序上改良与创新。在刘老师的指导下，我了解到了Labview的另一平台，数据采集卡的作用，使我更明确了课题的现实应用意义，这使我有了完成课题设计任务的巨大信心。通过编程和数据采集卡，采集外部的信号，这使我产生了很大的兴趣。当我完成每一个功能的设计，刘老师都鼓励我继续思考，完善系统的功能，这使我对软件Labview有了更深的了解并形成了自己的设计思路有人可以仅靠自己的力量独立的完成一项工作，我的设计在大量资料的指导前提下进行，最后要感谢那些在虚拟仪器等领域有着卓越建树的专家学者，他们的开拓性工作为后代提供了高起点，为整个社会的开展做出了巨大奉献！附录附录一实物图附录二元器件清单元器件名型号个数双运放LM3581瓷片电容1uf1可调电阻100K1可调电阻47K1电阻10K3电阻20K1电阻1导线、插针假设干附录三中英文翻译外文原稿TheVirtualInstrumentandItsInstanceElectronicmeasuringinstrumentsisthebasisoftheelectronindustry.Itoccupysaveryimportantpositionintheindustryforalongtime.Itisthesymbolofthedevelopmentalleveloftheelectronindustryinaneraandupdatingconstantlywiththedevelopmentofscientifictechnology.Asafixedfunctionandlongcycleofresearchandproduction,andothershortcomings,thetraditionalmeasuringinstrumentscannotmeetthedemandsofinformationage.Sothelargedevelopmentalspacehasbeensuppliedforthenewtypeofmeasuringinstrumentvirtualinstrument.becauseofthesimpleconstructionofthehardware,softwareachievingavarietyoffunctionsmainly,andimprovingitsproformancecontinuouslywiththedevelopmentofthecomputer.Itisprovidedwithstronglyadaptabilityandcausesgreatconcernintheworld.Virtualmachinescompletelychangedthetraditionaldefinitionofequipmentfromthemanufacturerfunctionofthemodel,butinasmallamountofadditionalhardwareonthebasisdefinedbytheuserequipmentfunctions.Becauseitreliesmainlyontheoperationofthesoftware,modifyoraddfeatures,improveperformanceareveryflexibleanduser-friendlyPChardwareandsoftwareresourcesanddirectuseofPCperipheralsandnetworkingcapabilities.Virtualinstrumentnotonlylowcost,butalsobymodifyingitssoftwaretoincreasetheadaptability,therebyextendingitslifecycle,isaverygooddevelopmentprospectswiththeequipment.Andtraditionalinstruments,virtualinstrumentisanefficient,open,easy-to-useflexible,powerful,cost-effective,operationalandotherobviousadvantagesofgood.Electronicmeasurementsysteminthevirtualinstrumentofteachingandresearchintheapplication.Collegesanduniversitiesinparticular,scienceandengineeringschool,mastermeasuringinstrumentsandequipmentoperatorstouseeachstudentisthebasicprerequisiteforscientificexperiments.Te