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智能仪表与虚拟仪器课程设计班级：测控0941班姓名：梁松梅学号：26号指导教师：张立新冯璐撰写日期：2012年6月28日摘要随着计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大的变化，NI公司于八十年代中期首先提出软件就是仪器的概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。本文首先概述了虚拟仪器技术在国内外的发展及趋势，然后介绍了虚拟仪器设计的相关理论，给出了虚拟仪器设计的基本原理框图，并探讨了虚拟仪器的总线及其标准、框架结构、LABVIEW开发平台。在分析本系统功能需求的基础上，介绍了数据采集卡、LABVIEW的编程模式等设计中所涉及到的硬件和技术。本次课程设计是基于NI公司的LabVIEW软件与研华公司的PCL系列数据采集板卡进行智能仪表与虚拟仪器的设计，通过设计完成实验室信号发生器与信号采集器的开发，逐步形成一套实验室虚拟设备。【关键词】虚拟仪器、数据采集、LabVIEW目录第一章概述..................................................11.1虚拟仪器的发展........................................11.2课程设计要求分析......................................2第二章系统设计软件............................................32.1LabVIEW的基本概述.....................................32.2LabVIEW的模板.........................................52.3基于LabVIEW的虚拟仪器设计............................8第三章系统硬件设计...........................................103.1硬件系统分析.........................................103.2数据采集卡概述.......................................133.3数据采集系统设计.....................................15第四章系统软件设计...........................................164.1系统软件总体构成.....................................164.2信号发生器器.........................................174.3信号采集模块.........................................17第五章系统调试...............................................195.1软件与硬件的连接.....................................195.2系统的运行...........................................19设计总结......................................................20参考文献......................................................21附录..........................................................22第一章概述1第一章概述1.1虚拟仪器的发展现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。在此背景下，1986年美国国家仪器公司(NationalInstruments，NI)提出了虚拟仪器(VirtualInstrument，VI)的概念。尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义，但是一般认为：虚拟仪器是在PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟仪器具有功能强、测试精度高、测试速度快、自动化程度高、人机界面优异、灵活性强等优点，通常被认为是第三代自动测试系统的同义语。使用虚拟仪器系统可以避免仪器编程过程中的大量重复性劳动，从而大大缩短复杂程序的开发时间，并且客户可以用不同的模块来构造自己的虚拟仪器系统，选择统一的测试策略。由于虚拟仪器的功能和性能已被不断提高，如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。而虚拟仪器的各种优点让用户可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。在测量、检测、电信、监控、教育等方面的应用已广泛开展。第一章概述21.2课程设计要求分析1.2.1设计目的本设计要求完成虚拟实验室中虚拟信号发生器和虚拟信号采集器的设计，并完成与数据采集板卡的通讯。本次设计的目的如下：1、加深对LabVIEW课程内容的理解和应用。2、掌握虚拟仪器的设计方法和设计理念。3、提高计算机应用设计的实际技能技巧。4、掌握虚拟仪器的硬件接口的设计方法。5、熟悉虚拟仪器的设计和调试工艺流程。1.2.2设计要求本次设计中信号发生器的波形有正弦波、方波、三角波、锯齿波等不同种类。信号的频率、幅值和占空比等波形参数可按需要进行调节。本设计以数据采集卡的物理通道进行设计，从LABVIEW设计的程序中产生的模拟（数字）输入，经过信号调节后，由数据采集卡采集并输出信号。信号采集器可实现直流电压、波形、温度、重量等不同信号的采集。本设计以数据采集卡的物理通道进行设计，从采集板卡的物理通道进行数据采集并进行模数转换，经过信号调节后，由LabVIEW虚拟仪器显示信号。本次设计任务要求如下：1、常用虚拟仪器面板效果图设计。（AutoCAD)2、基于LabVIEW的虚拟仪器设计。（LabVIEW)3、虚拟仪器数据采集卡接口设计。（ADVANTECH-DAQ)4、虚拟仪器的智能仪表接口设计。（XMTA808)5、LabVIEW的虚拟仪器应用设计。（LabVIEW)第二章系统设计软件3第二章系统设计软件2.1LabVIEW的基本概述2.1.1LabVIEW的发展Labview是美国国家仪器公司开发的，基于G语言（GraphicsLanguage）的虚拟仪器开发工具。其特点是用图形化的符号来代替传统的文本语言，从而达到直观，简洁，易懂的目的。1992年8月LabVIEW2.5实现了从MaCintosh平台到Windows又砰台的移植，从LabVIEW3.0版本开始，LabVIEW作为一个完整优异的图形化软件开发环境得到了工业界和学术界的认可，并开始迅速占领市场，赢得了广大用户的青睐。它的基本特点是1、具有良好的用户接口其用户接口类似于传统仪器的面板，包括按钮、旋钮、图形显示组件、控制组件等。通过鼠标和键盘向程序输入数据，操作结果由软件在计算机屏幕上生成。2、编程方式简单、直观采用图形语一言(G语言)、图标和联机代替文本形式编写程序，是对具体编程问题的图形化解决方案。3、具有层次结构和模块化的特点每一个VI可以作为顶层程序，也可以作为其它程序的子程序。4、提供程序调试功能程序调试工具包括在源代码中可以设置断点，可以单步执行，也可以启动。2.1.2LabVIEW创建虚拟仪器过程创建虚拟仪器的过程分为四步:1、创建前面板。前面板是图形化用户界面，用于设置输入数值和观察输出量。它模仿了实际仪器的面板。前面板包含了旋钮、按钮、图形和其他控制与显示对象。通过鼠标和键盘输入数据、控制按钮，也可在计算机第二章系统设计软件4显示器上直接观看结果。若想要在数字控制中输入或修改数值，只需要用操作工具(见工具模板)点击控制部件和增减按钮，或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。2、创建框图程序。在前面板窗口的主菜单windows中选择ShowDiagram将前面板窗口切换到框图程序窗口，此时会看到与前面板对象对应的端口。根据需要在功能模板中找到所需的节点，并将节点图标放置到框图程序窗口。用数据连线将这些端口和节点的图标连接起来，形成一个完整的框图程序。3、创建图标。一个虚拟仪器的图标/连接端口就像一个图形(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的子程序。4、运行和调试程序。运行和调试程序是任何一门编程语言编程的最重要的一步。在LabVIEW中，用户可以通过两种方式来运行程序:运行和连续运行。如果一个VI程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头，表示程序不能被执行。这时这个按钮被称作错误列表。点击它，则LabVIEW弹出错误清单窗口，点击其中任何一个所列出的错误，选用Find功能，则出错的对象或端口就会变成高亮。调试程序时可以利用单步执行、设置断点、设置探针来显示数据流动方向。图2-1Labview前面板第二章系统设计软件52.2LabVIEW的模板LabVIEW是一种图形化设计语言，在一个虚拟仪器VI的开发过程中，主要利用模板创建和运行程序。这些操作模板可以随意在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的任意位置。操纵模板共有三类:工具(Too1s)选板、控制(Controls)选板和功能(Functions)选板或称函数选板。图2-2工具选版2.2.1工具模板工具选板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具(如2-2图所示)。该模板可以在windows菜单下选择ShowToolsPalette命令以显示该模板。当从模板内选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状，它包括了以下工具包。操作工具:使用该工具来操作前面板的控制和显示。使用它向数字或字符串控制中键入值时，工具会变成标签工具的形状。选择工具，用于选择、移动或改变对象的大小当它用于改变对象的连框大小时，会变成相应形状。标签工具:用于输入标签文本或者创建自由标签。当创建自由标签时它会变成相应形状。连线工具:用于在框图程序上连接对象。如果联机帮助的窗口被打开时，把该工具放在任一条连线上，就会显示相应的数据类型。对象弹出菜单工具:用左鼠标键可以弹出对象的弹出式菜单。漫游工具:使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游第二章系统设计软件6断点工具:使用该工具在VI的框图对象上设置断点。探针工具:可以在框图程序内的数据流线上设置探针。程序调试员可以通过控针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。颜色提取工具:使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象。颜色工具:用来给对象定义颜色。它也显示出对象的前景色和背景色。2.2.2控件选板图2-3控件选版控件选板拟仪器的面板是通过软件实现的。就是LabVIEW将传统仪器上的各种旋纽、开关.、显示屏等所有可能涉及到的操作部件，都做成外形相似的“控件”分类存于控制模板上。设计仪器模板时，只需根据需要选择合适的“控件”放在面板相应的位置上即可。每个图标代表一个子模板(如2-3图所示)。控制模板可以用用户控件菜单的ShowCont