基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究

基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 大学 毕业设计（论文）报告

课题名称 基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 学 生 姓 名 所在院、系（队） 专 业 通信工程 学 号 申请学位级别 工学学士 指导教师单位 指导教师姓名 技 术 职 务

二○一一 年 五 月 基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 目 录

摘要 第一章 绪论 1.1 问题的提出 1.2 虚拟仪器的介绍 1.3虚拟仪器的现状和发展方向 第二章 LabVIEW介绍及设计方案 2.1 LabVIEW介绍 2.2 LabVIEW设计虚拟仪器的方法 第三章 仪器硬件平台与LabVIEW信息采集 3.1五种类型的虚拟仪器总线 3.2 LabVIEW数据采集卡 第四章 虚拟数字存储示波器的软件设计 4．1虚拟实验仪器的软件设计方案 4.2 数据采集模块 4.3虚拟示波器前面板的设计 4.4 电压测量 4.5 频率测量 4.6 数据存储和回放模块 第五章 系统调试与试验结果分析 5.1 虚拟仪器的调试 5.2 试验结果分析 结论 致谢 参考文献 基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 摘要

虚拟仪器是指在通用计算机上添加一层软件和一些硬件模块，使用户操作这台通用计算机就像操作一台自己专门设计的仪器一样。虚拟仪器系统与传统仪器相比，具有性价比高、开放性、智能化程度高、界面友好等特点。LabVIEW是目前应用最广泛的虚拟仪器开发平台软件之一。LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编辑语言，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，而且内置了便于应用TCP/IP、Active等软件标准的库函数，可以方便地建立自己的虚拟仪器，已广泛的被工业界、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。 本文介绍了虚拟仪器的概念，并以虚拟存储示波器为例介绍了虚拟仪器开发平台LabVIEW的特点及应用，并讲述了虚拟数字存储示波器各个功能模块的软件设计，并对系统进行了调试和实验，验证了虚拟实验仪器的实用性和优越性。

关键词：虚拟仪器 LabVIEW 虚拟数字存储示波器 基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 ABSTRACT On the virtual instrument is a general-purpose computer adds a layer of software and hardware modules, enables users to operate the universal computer is like operating a proprietary design of the instrument. Compared with the traditional instruments， Virtual instrument system have these features with cost-effective, high degree of open, intelligent, friendly interface and others. LabVIEW virtual instruments development platform is the most widely used one of all the virtual instrument. LabVIEW,using icon instead of text line ,create application of graphics of edit language, integrated and satisfy GPIB, VXI, RS-232 and RS-485 agreement of hardware and the data acquisition card communications of all function, and built-in software standard of library function for TCP/IP, and Active,It can convenient to established it’s own virtual instrument,and has widely accept by industry, academia and research laboratory .It has considered a standard of data acquisition and instrument control software. This article introduces the concept of virtual instruments, and use virtual storage oscilloscope for an example to introduce the development platform of virtual instrument LabVIEW’s features and applications, and describes each functional module of the software design of virtual digital storage oscilloscope, progress system debugging and experiments, verify the usefulness and superiority of the virtual experiment instrument.

KEY WORDS: Virtual laboratory instrument system LabVIEW Virtual digital storage oscilloscope 基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 第一章 绪论

1.1 问题的提出 由于电子技术、计算机技术和网络技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现。电子测量仪器的功能和作用已发生质的变化，其中计算机处于核心地位，计算机软件技术和测试系统更紧密的结合成一个有机整体，导致仪器的结构、概念和设计观点等也发生突破性的变化。在上述的背景下，出现了新的仪器概念——虚拟仪器。 在通用计算机平台上，根据测试任务的需要来定义和设计仪器的测试功能，充分利用计算机来实现和扩展传统仪器功能，开发结构简单、操作方便、费用低的虚拟实验仪器，包括数字示波器、频谱分析仪、函数发生器等，既可以减少实验设备资金的投入，又为学员做创新性实验、掌握现代仪器技术提供了条件。

1.2 虚拟仪器介绍 1.2.1 虚拟仪器的概念 虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI)，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用I／O接口设备完成信号的采集测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机测试系统。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一样。因此，虚拟仪器的出现，使测量仪器与计算机的界限模糊了。 虚拟仪器的“虚拟”两字主要包含以下两方面的含义。 (1)虚拟仪器的面板是虚拟的 虚拟仪器面板上的各种“图标”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的：由各种开关、按钮、显示器等图标实现仪器电源的“通”、“断”，实现被测信号的“输入通道”、“放大倍数”等参数的设置，以及实现测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。 基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 传统仪器面板上的器件都是“实物”，而且是由“手动”和“触摸”进行操作的：虚拟仪器前面板是外形与实物相像的“图标”，每个图标的“通’、“断”、“放大”等动作通过用户操作计算机鼠标或键盘来完成。因此，设计虚拟仪器前面板就是在前面板设计窗口中摆放所需的图标，然后对图标的属性进行设置。 (2)虚拟仪器测量功能是通过对图形化软件流程图的编程来实现的 虚拟仪器是在以PC为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器的功能。因为可以通过不同测试功能软件模块的组合来实现多种测试功能，所以，在硬件平台确定后，就有“软件就是仪器”的说法。这也体现了测试技术与计算机深层次的结合。虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。软件是虚拟仪器的关键，当硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。用户可以根据自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用要求。利用计算机丰富的软、硬件资源，可以大大突破传统仪器在数据的分析、处理、表达、传递、储存等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领域，而且还可以用于进行设备的监控以及工业过程自动化。虚拟仪器还可以广泛应用于电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面。 1.2.2虚拟仪器的构成 虚拟仪器通常由通用仪器硬件平台和应用软件平台两大部分构成。 1、虚拟仪器的硬件平台 构成虚拟仪器的硬件平台有两部分。 ①计算机。它一般为一台PC机或工作站，是硬件平台的核心。 ②I／O接口设备。I／O接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模／数转换。不同的总线有其相应的Uo接口硬件设备，如利用PC机总线的数据采集卡(DAQ)、GPIB总线仪器、VXl总线仪器模块、串口总线仪器等。虚拟仪器的构成方式主要有5种类型，如图1-1所示。