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1、基于LabVIEW的虚拟信号发生摘 要 信号发生器是各种科研实践中最重要的仪器之一。传统的大多是由硬件组成的，但是其结构比较复杂，维护性和操作性也不好。随着现代科技的发展，信号发生器的设计种类也有很多，价格差异很大，性能也越来越完善。虚拟仪器的主要平台应该是LabVIEW，为了给那些用C用习惯的人使得。LabVIEW的最大特点是傻瓜似的编程，为了把工程师从繁琐的编程中解脱出来，LabVIEW实现了测试仪器模块化，使测试配置更加灵活，本设计采用美国国家仪器公司研制的基于虚拟仪器技术的虚拟信号发生器，和传统的仪器相比，其价格相比便宜、结构简单、实用范围广、设计简单等等。用户可以根据实际需求用lab
2、VIEW（一种图形化编辑语言）设计制作各种功能的虚拟仪器。还可以通过网络发布，然后客户端可以远程查看和控制虚拟信号发生器。论文的主要工作是结合虚拟仪器技术，进行任意波形信号发生器的研究与设计。首先，论文介绍了虚拟仪器技术的基本理论，包括虚拟仪器的概念、构成、分类，以及虚拟仪器与传统仪器的比较。在此基础之上，介绍了虚拟仪器系统的软件结构，简单阐述了仪器驱动程序、VISA等相关技术。其次，论文进行了任意波形发生器的软件设计。制定了系统整体方案，本文利用功能强大的图形化虚拟仪器开发平台LabVIEW，主要完成对软件系统的设计，采用模块化的设计思想，每个功能的实现由一个模块完成。其中主要包括模拟信号的
3、生成何数字信号的生成，模拟信号、数字信号的调制，实际加噪信号以及手绘任意波形。最后对虚拟任意波形发生器进行了系统测试和性能分析，实验结果达到了预先的设计要求。 关键词：数据采集；虚拟信号发生器；信号发生器；虚拟仪器；LABVIEW；正弦波；三角波AbstractSignal generator is a variety of research practice one of the most important instrument.Mostly by the traditional hardware, but its structure is complicated, maintenance
4、and operational is not good.With modern 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 tedious programming freed, LabVIEW implements
5、 modular test instruments, making the test more flexible configuration, the design developed by National Instruments virtual instrumentation based on virtual signal generator, and traditional instruments compared to the price compared to cheap, simple, practical wide range of simple design and so on
6、. The actual needs of the user can use the LabVIEW (a graphical editing language) design features of the virtual instrument. Can also be released through the network, then the client can remotely view and control a virtual signal generator. The main work is to combine the virtual instrument technolo
7、gy, arbitrary waveform signal generator of research and design.First, the paper introduces the basic theory of virtual instrument technology, including virtual instrument concept, composition, classification, and virtual instruments compared with traditional instruments .On this basis, virtual instr
8、ument system software architecture, describes a simple instrument drivers, VISA and other related technologies. Secondly, the paper was arbitrary waveform generator software design. Which mainly include the formation of any analog signal digital signal generation, analog, digital signal modulation,
9、the actual signal plus noise, and hand-painted arbitrary. Finally, a virtual arbitrary waveform generator system testing and performance analysis results to the pre-design requirements.Keywords:Data acquisition card NI8006; Virtual Signal Generator; Signal Generator; Virtual Instrument; LabVIEW; Sin
10、e Wave; Triangle Wave 目录前 言2第一章 绪论3第一节 选题的目的和意义3第二节 虚拟仪器概述4一、虚拟仪器与传统仪器的比较4二、虚拟仪器系统的构成5第三节 课题研究目标6第二章 虚拟信号发生器的基本原理8第一节 信号发生器的基本原理8第二节 虚拟信号发生器的基本组成8第三节 虚拟信号发生器的工作原理8第三章 数据采集硬件平台的设计10第一节 数据采集理论基础10第二节 数据采集卡结构10一、采集卡外观10一、采集卡内部结构11三、采集卡功能12第三节 数据采集卡的驱动13一、CIN方式驱动13二、CLF方式驱动13三、基于CLF方式的采集卡软件设计14第四章 数据采集的
11、软件实15第一节 虚拟仪器创建过程16一、软、硬件的选择16二、设计用户界面16三、程序设计16四、程序测试16第二节 系统设计基本要求与工作流程17一、系统设计基本要求17二、系统设计思想17三、系统工作流程17第三节 系统软件程序设计19一、程序主要结构介绍19二、软件总体构成21设计总结及心得23致谢24参考文献25附录25 前 言作为工业产品特别是电力、电子产品的研制和生产领域中最重要的测试设备之一，信号发生器的发展历史可以追溯到上世纪40年代。1943年惠普为海军研究实验室开发了第一台波形发生器，从而使得人们在测试设备时可以利用可控的信号源进行比较完善和安全的测试和测量。在随后的二十
12、年间，波形发生器一直随着电子技术、计算机技术的发展而发展几乎成为这些技术发展的一个缩影。从技术上看，波形发生器经历了由模拟式波形发生器、数字式波形发生器到虚拟波形发生器的发展过程。第一章 绪论第一节 选题的目的和意义以往工业现场的各种数据都是采用人工读数和记录，一直停留在手工和数字仪表的水平，无法做到对大量的实验数据的实时采集和分析。随着计算机技术的发展，结合高精度、高性能的数据采集仪器的应用，是的多路数据采集实现了自动化，大量的数据采集和分析由计算机自动完成，提高了测量精度。而计算机已经与仪器结合得非常紧密，已成为整个系统的核心，许多传统仪器正在逐渐被计算机部分、甚至全部取代。把各种传感器与
13、计算机连接起来，首先需要有一个硬件接口电路把仪表输出的信号变成能够被计算机识别的数字信号，其次是要有软件来管理。通过软件、计算机、采集卡、接口硬件和传感器组成的系统叫仪器系统（也是数据采集系统）。LabVIEW就是计算机处理分析系统软件之一。在PC机为基础测量和工控软件中，LabVIEW的市场普及率仅次于C+语音。LabVIEW开发环境具有一系列优点，从流程式的编程、不需预先编译就存在语法检查、调试过程使用的数据探针，到其丰富的函数功能、数值分析、信号处理和设备驱动等功能，都比其他工具强大。LabVIEW是一种图形化的编程语言，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
14、和仪器控制软件。 数据采集（Data Acquisition）是所有测试测量的首要工作，实验测试产生的物理信号通过传感器转换为电压或者电流一类的电信号，然后通过数据采集卡将电信号采集传入PC机，借助软件控制数据采集卡进行数据分析、处理。LabVIEW以其简便的程序编写、不同数据采集卡的支持、强大的数据处理、有好的人机界面使其成为控制、开发数据采集卡的最佳软件。 随着时代的发展，利用LabVIEW进行数据采集面临着越来越新的任务和要求，讲虚拟仪器引入到数据采集领域成为当今书记数据采集的重要方法和手段。与传统数据采集相比，利用LabVIEW进行数据采集的意义在于：（1） 打破了传统数据采集“线缆密
15、布”的形象，大大简化了测试系统的复杂程度，简化了现场的布置，节省了物力、人力。（2） 强调“软件就是仪器”。通过基于虚拟仪器的数据采集环境，同样能够“身临其境”地观察数据采集过程和进行“实际”操作。（3） LabVIEW图形化编程方式简明快捷，易学易用，可节省大量的学习程序设计及进行程序开发的时间，尤其适合从事科研、开发的科学工作者、工程技术人员。第二节 国外的研究现状 虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那计算机测控系统在国防、航天的领域已经有了相当的发展。PC出现以后,仪器的计算机化成为可能，甚至在微软公司的Windows诞生之前，美国国家仪器公司已经在Macintosh计算机上推出
16、了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。 自20世纪90年代以来，在计算机技术的推动下，以虚拟仪器为标志的通用化、智能化和网络化测量仪器及测试系统得到了迅猛发展，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，在许多方面已经突破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用已经发生了质的变化。虚拟仪器利用现有的计算机，加上特殊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。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表作仪器发展的最新方向和潮流，对科学技术的发展和
17、工业生产的进步产生了不可估量的影响。现代化生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高，而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。与传统仪器相比，虚拟仪器则可以在脚底的成本下较好的实现这些要求，这正是虚拟仪器相对于传统仪器巨大的优势所在。依靠其自身的优势虚拟仪器在仪器市场的竞争力不断增强。许多大型仪器公司均在虚拟仪器市场上占有一席之地。1988年国际上开始有虚拟仪器产品面市，当时只有五家制造商推出的30中产品。此后，虚拟仪器产品每年成倍增加，到1994年底，虚拟仪器制造厂已达95家，共生产100多种虚拟仪器产品，销售额达2.93亿美元，占整个仪器销售额73亿的4%。 目前，我国
18、正处于科学技术蓬勃发展的新时期，对仪器设备的需求讲更加强劲。虚拟仪器赖以生存的PC计算机近几年正以迅猛的势头席卷全国，这为虚拟仪器的发展奠定了基础，虚拟仪器作为串通仪器的替代品，市场容量巨大。虚拟仪器在仪器中所占地位越来越高也是与虚拟仪器性能的飞速提高分不开的。虚拟仪器经历了由模拟仪器、袋IEEE488接口的智能仪器到全部编程的发展历程，其中每一次飞跃无不以高性能计算机的发展为动力。近年来，计算机的处理能力提高很快，发展的速度已经远远的把传统仪器抛在了后面，高分辨率的图形显示与几百千兆的硬盘也已经成为了标准配置。同时，计算机生产厂商之间的激烈竞争保证了计算机在显示、存储能力与处理性能等方面仍将
19、高速发展。由于计算机技术、特别是计算机总线标准的发展导致VI在PXI和VXI两个领域中得到了快速的发展，它们将成为未来仪器行业的两大主流产品。具有上GHz采样率，高达24bits精度的DAQ版已经面世。A/D转换技术、仪器放大器、抗混叠滤波器与信号调理技术的进一步发展是DAQ版成为最具有吸引力的VI选件之一。模块化的Delta-sigma A/D转换器的仪器放大器可在3us内完成12bits精度下的参数设置，抗混叠滤波器可按1/6倍频程衰减90dB，多通道、完全可编程的信号调理等性能与功能指标仅仅是DAQ版先进技术性能中的几个例子。虚拟仪器技术经过十余年的发展，正沿着总线与驱动程序的标准化、软
20、件的模块化、编程平台的图形化和硬件模块的即插即用等方向发展。 虚拟仪器系统作为本世纪内电子测量仪器发展过程中出现的最新高峰，有着极其广阔的发展前景。它的出现为国家各个行业科研的发展提供了更新式的测试手段，它所具有的得天独厚的优势，是目前任何仪器都不能替代的。我们有理由相信，随着我过科技水平的不断提高，虚拟仪器必将仪器卓越的性能在我国测试行业及高等工科院校实验室教学及科研中得到更为广泛的应用。第三节 虚拟仪器概述一、虚拟仪器与传统仪器的比较与传统仪器相比，虚拟仪器有以下一些特点:(1)软件是核心 仪器驱动软件的功能是实现与仪器硬件的接口和通信，应用软件则完成用户定义的测试和仪器功能，并提供人机交
21、互界面。Nl公司提出的“软件即仪器”是这一特点的形象概括。(2)灵活性和可扩展性 仪器用户可以根据自己不断变化的需求，方便灵活的重组系统，系统的扩展、升级随时进行，而且系统更新的周期短、见效快，能充分满足用户在不同场合的应用需求。(3)性价比高 虚拟仪器可以将在传统仪器中由硬件完成的功能转为软件实现，减少了自动测试系统的硬件环节，降低了系统的开发成本和维护成本。虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量，信号传输大部分采用数字信号的形式，数据处理也主要依赖软件来实现，大大降低了环境干扰和系统误差的影响。用户可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，实现一机多用。因此，使用虚拟仪器比传统仪器更经济。(
22、4)良好的人机界面 虚拟仪器的操控界面是采用图形化编程技术实现的一种虚拟面板或称为软面板。可以模拟传统仪器面板的设计风格来设计，也可以由用户根据实际需要定制设计。测量结果可以通过计算机屏幕以曲线、图形、数据表格等形式显示。二、虚拟仪器系统的构成 虚拟仪器由硬件和软件两大部分构成。虚拟仪器硬件通常包括通用计算机和外围硬件设备。通用计算机可以是笔记本电脑、台式PC机或工作站等。外围硬件设备可以选择GPIB系统、VXI系统、USB系统、数据采集系统或其他系统，也可以选择两种以上系统构成的混合系统。其中，最简单、最廉价的形式是采用基于ISA或PCI总线的数据采集卡，或是基于RS-232或USB总线的便
23、携式数据采集模块。虚拟仪器的软件包括操作系统、仪器驱动程序和应用软件三个层次。操作系统可以选择Windowsgx/NT/2000/XP、Linux等。虚拟仪器驱动程序软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，应用软件通过仪器驱动器实现与外围硬件模块的通信连接。应用软件包括实现仪器功能的软件程序和实现虚拟面板的软件程序。用户通过虚拟面板与虚拟仪器进行交互。第三节 课题研究目标 本课题研究的是虚拟任意波形发生器，它在硬件平台支持下，在通用计算机平台通过软件实现仪器数据分析处理、人机交互和显示等几部分功能模块，既具有虚拟仪器成本低，功能多，灵活性强，人机界面好等特点。在功能上，虚拟波形发生器能够产生各种
24、常规信号波形，如:正弦波，三角波，锯齿波，方波等，其中方波的占空比可以调节，也可以产生用户用鼠标绘制的任意波形信号，另外还可以产生噪声信号以及各种模拟、数字调制信号。 本论文研究的主要工作:1研究设计任意波形发生器的上位机操作界面，完成操作界面运行程序和标准波形、手绘任意波形、数字信号以及各种信号的处理调制程序的设计2.设计实现上位机与任意波形发生器硬件模块的数据传输USB接口的驱动程序。分为五章第一章为绪论，简单介绍本文的目的和研究的意义以及虚拟仪器的发展，各种类型等。第二章详细介绍基于LabVIEW的虚拟任意波形发生器软件结构。第三章介绍硬件平台的搭建与实现。第四章设计虚拟任意波形发生器及
25、数据的采集；第五章分析调试结果，结束语部分对本文的研究内容进行了总结，并指出了进一步的研究方向。第二章 虚拟信号发生器的基本原理第一节 信号发生器的基本原理 信号发生可以通过多种方式，使用波形发生器创建波形。选择的方法取决于提供的与DUT有关的信息及其输入要求;是否需要增加失真或错误信号及其它变量。现代高性能波形发生器为开发波形至少提供了三种方式: 创建:全新的电路激励和测试信号； 复制:合成没有提供的实际环境信号(从示波器或逻辑分析仪中捕获)； 发生:理想的或极限测试的参考信号，适用于特定容限的行业标准。 在本文中结合三种标准模拟波形，以及按照用户的意愿绘制的任意波形。第二节 虚拟信号发生器
26、的基本组成 任意波形发生器(AWG)是一种完善的播放系统，它根据存储的数字数据提供波形，这些数字数据描述了AC信号不断变化的电压电平。为理解AWG，首先必需掌握数字采样的概念，顾名思义，数字采样是使用样点或数据点定义一个信号，这些样点或数据点沿着波形的斜率表示一串电压测量。通过使用示波器等仪器实际测量波形，或使用图形或数学技术，可以确定这些样点。在AWG中，采样的值以二进制形式存储在快速随机存取存储器(RAM中。通过使用存储的信息，可以读回存储器位置，通过数模转换器(DAC)输入数据点，在任何时间重建信号。注意AWG的输出电路在样点之间滤波，以连接各个点，创建干净的不间断的波形形状。DUT不会
27、把这些点“看作”离散的点，而是看作连续的模拟波形。第三节 虚拟信号发生器的工作原理虚拟任意波形发生器包括硬件和软件两部分。硬件通常包括通用计算机和外围硬件设备。通用计算机可以是笔记本电脑、台式计算机或工作站等。外围设备可以选择GPIB系统、VXI系统、PXI系统、数据采集系统或其他系统，也可以选择有两种或两种以上系统构成的混合系统;软件包括操作系统、任意波形发生器驱动器和应用软件三个层次。操作系统可以选择WindowsgX/NT/2000XP、SUNOS、Linux等。虚拟任意波形发生器驱动程序是处理与特定仪器进行控制通信的一种软件。波形发生器驱动与通信接口及开发环境相联系，是虚拟波形发生器的
28、核心，可帮助用户完成对波形发生器硬件的控制。目前流行的虚拟仪器开发软件不但提供世界各地主要厂家生产的多种仪器驱动程序，而且提供重要的模块化代码，可以很方便地进行波形发生器驱动程序的开发设计。应用软件通过波形发生器驱动器实现与外围硬件模块的通信连接。应用软件指实现波形发生器功能和软面板的软件程序。利用计算机强大的计算能力和虚拟波形发生器开发软件功能强大的函数库极大地提高了虚拟仪器的数据分析处理能力。软面板是用户与波形发生器之间交流信息的纽带。虚拟波形发生器在工作时利用前面板去控制系统。与传统任意波形发生器物理面板相比，虚拟波形发生器软面板最大的特点就是用户可自定义软面板，用户可根据自己的需要来组
29、成不同的虚拟波形发生器控制面板。第三章 数据采集硬件平台的设计第一节 数据采集理论基础一、什么是数据采集数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头、麦克风都是数据采集工具。本论文利用NI公司USB-6008作为数据采集器，将所需的信号采集到计算机中，利用LabVIEW软件对数据进行运算和处理。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是
30、模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包抱对面状连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）数据。二、数据采集的目的数据采集的目的是为了测量电压、电流、温度、压力或声音等物理现象。基于PC的数据采集，通过模块化硬件、应用软件
31、和计算机的结合，进行测量。尽管数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义，但各个系统采集、分析和显示信息的目的却都相同。数据采集系统整合了信号、传感器、激励器、信号调理、数据采集设备和应用软件。在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。首先，分布式控制应用场合中的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展。其次，总
32、线兼容型数据采集插件的数量不断增大，与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国内外各种数据采集机先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。 在NI公司的产品中，大多数采集卡都可以运用LabVIEW中的数据采集助手（DAQ）进行数据的采集，数据采集助手是采集卡和计算机软件LabVIEW之间的驱动，利用数据采集助手可以方便的使采集卡和计算机之间进行通信，全部运用图形操作，无需编程，相比于其它数据采集卡，为课题的研究节省了大量的时间。本论文采用NI公司的USB-6008数据采集卡，此采集卡也自带了数据采集驱动程。 第二节 数据采集卡结构 一、采集卡外观 NI USB-6008 可提供8个模拟输
33、入(AI) 通道、2个模拟输出(AO) 通道、12个数字输入/ 输出(DIO) 通道以及一个带全速USB 接口的32 位计数器。NI USB-6008外观如图3.1所示图3.1数据采集卡外观二、采集卡功能NI USB-6008数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字1/0、计数器/计时器。这些功能分别由相应的电路来实现。(一)模拟输入模拟输入是采集最基本的功能。它一般由多路开关(MUX)、放大器、采样保持电路以及A/D来实现，通过这些部分，一个模拟信号就可以转化为数字信号。A/D的性能和参数直接影响着模拟输入的质量，要根据实际需要的精度来选择合适的A/D。(二)模拟输出模拟输出通常是为采集系
34、统提供激励。输出信号受数模转换器(D/A)的建立时间、转换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。建立时间短、转换率高的D/A可以提供一个较高频率的信号。如果用D/A的输出信号去驱动一个加热器，就不需要使用速度很快的D/A，因为加热器本身就不能很快地跟踪电压变化。应该根据实际需要选择D/A的参数指标。(三)数字1/0数字1/0通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的重要参数包括:数字口路数(line)、接收(发送)率、驱动能力等。如果输出去驱动电机、灯、开关型加热器等用电器，就不必用较高的数据转换率。路数要能同控制对象配合，而且需要的电流要小于采集卡所能提
35、供的驱动电流。但加上合适的数字信号调理设备，仍可以用采集卡输出的低电流的TTL电平信号去监控高电压、大电流的工业设备。数字1/0常见的应用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等之间传送数据。另外一些数字口为了同步通信的需要还有“握手”线。路数、数据转换速率、“握手”能力都是应理解的重要参数，应依据具体的应用场合而选择有合适参数的数字I/O。(四)计数器计数器许多场合都要用到计数器，如定时、产生方波等。计数器包括三个重要信号:门限信号、计数信号、输出。门限信号实际上是触发信号使计数器工作或不工作;计数信号也即信号源，它提供了计数器操作的时间基准;输出是在输出线上产生脉冲或方波。计数器最重要的参数
36、是分辨率和时钟频率，高分辨率意味着计数器可以计更多的数，时钟频率决定了计数的快慢，频率越高，计数速度就越快。第三节 数据采集卡的驱动一、什么是驱动程序驱动程序隐藏了复杂的硬件底层编程细节，为用户提供容易理解的接口。驱动程序即添加到操作系统中的一小块代码，其中包含有关硬件设备的信息。有了此信息，计算机就可以与设备进行通信。驱动程序是硬件厂商根据操作系统编写的配置文件，可以说没有驱动程序，计算机中的硬件就无法工作。操作系统不同，硬件的驱动程序也不同，各个硬件厂商为了保证硬件的兼容性及增强硬件的功能会不断地升级驱动程序。当你安装新硬件时，驱动程序是一项不可或缺的重要元件。凡是安装一个原本不属于你电脑
37、中的硬件设备时，系统就会要求你安装驱动程序，将新的硬件与电脑系统连接起来。驱动程序扮演沟通的角色，把硬件的功能告诉电脑系统，并且也将系统的指令传达给硬件，让它开始工作。NI公司为基于NI数据采集设备的数据采集系统提供了相应的接口驱动及VI函数 (VI，Virtual Instrument)。对于一些不常见的硬件设备或用户研发的硬件设备，NI没有提供合适的驱动。但是，LABVIEW还提供了很多其它的通信接口，包括调用库函数节点(Call Library Function Node, CLF)、代码接口节点(Code Interface Node, CIN)、TCP/IP、Data Socket、
38、OPC、共享变量、DDE和NET等。通过这些通信接口，LABVIEW能够实现与任何设备的通信。LABVIEW具有调用库函数节点和代码接口节点两种方法，可以结合C语言的编程灵活性和LABVIEW的 G语言的直观便捷特点，大幅提高LABVIEW对用户数据采集卡的软件设计支持。可进一步利用LABVIEW丰富的数据分析资源，节约系统开发成本。二、NI USB-6008的驱动的安装与设置将数据采集卡装在计算机主板的USB插口上，安装好相应的驱动程序，计算机监测出这是NI公司的USB-6008数据采集卡，之后可以进行相应的设置。可以直接在桌面上打开Measurement & Automation图标，开始
39、设置过程。USB-6008数据采集卡的DAQ通道配置的步骤如下：(一) 新建一个通道。在MAX窗口中，用鼠标右击Data Neighborhood，选择Create New。如图然后在弹出的对话框中选择Virtual Channel并按Finish按钮，弹出的对话框，如图点击Finish按钮，弹出如下对话框，进入第二步：(二) 选择通道类型：如图。可以选择通道类型如模拟输入、模拟输出、数字I/O等。在此选择模拟输入。点击进入定义听到名得设置。(三) 定义通道名。在对话框中输入通道名及描述信息。如图。点击下一步，进入选择测量类型的设置。(四) 选择测量类型。如图。可以在对话框的下拉菜单中选择测量
40、类型，如电压、电流、电阻、频率等。点击下一步，进入定义单位和范围的设置。(五) 定义单位和范围。如图。可以在对话框中定义测量的单位字符和测量的范围。(六) 定义刻度模式。如图，可以对测量数据定义一个刻度模式，比如按照线性或多项式的比例关系来刻度测量果。若选择No Scaling，则不进行任何刻度比例的变换。(七)制定DAQ设备和通道号。.DAQ Channel Wizard的最后一步是指定将要使用的数据采集设备，尤其是计算机上安装的多个DAQ硬件时必须明确指明使用哪一个来进行数据采集。另外还可以指定该通道所对应的通道编号，按“完成”就完成该通道的建立。这样就完成通道建立后，可在VI程序中的数据
41、采集函数中使用该通道来采集数据。第四章 数据采集的软件设计第一节 虚拟仪器创建虚拟仪器系统以软件为核心，依靠软件及硬件(采集卡)实现仪器功能，并利用计算机强大的运算、显示与扩展功能，使系统具有传统仪器无法比拟的优越性。采集到数据并通过计算机总线传递至计算机，数据采集程序的起点。数据通过设备驱动程序到达计算机内部，在计算机内通过LabVIEW软件平台构成的应用程序对数据进行处理，其中应用程序是由多个LabVIEW子程序构成。一、虚拟仪器创建步骤（一）设计虚拟仪器的前面板。虚拟仪器的交互式用户接口被称为前面板，它是模仿实际仪器的面板。前面板包含旋钮、按钮，图形和其他控制与显示对象，通过鼠标和键盘为
42、控制对象输入数据，在计算机屏幕上观看结果。（二）编写虚拟仪器流程图。流程图是一个编程问题的图形化解决方案（也是虚拟仪器的源代码）。虚拟仪器从流程图中接受命令。（三）确定虚拟仪器的图标和连接（表示某一虚拟子仪器）的参数列表，图标和连接允许将此仪器作为最高级的程序，也可以作为其他程序或子程序中的程序（子仪器）。采用模块化的软件设计思想编写，每个功能的实现由一个模块完成，系统软件总体包括数据采集、参数测量、频谱分析、滤波及数据存储和回放等模块，最终实现数据采集、处理、记录、显示等功能。二、设计用户界面 用户界面也称GUI，即graphical user interface。前面板必须简洁、易懂，设计
43、时应该满足复杂工作要求。前面板上使用的颜色方案，要兼顾一致和鲜明。一致性包括：一个VI程序的GUI之间要保持一致；VI的GUI要与平时大家用的应用程序的色调一致。就是说：需要强调的部分一定要用颜色加以突出，体现测控系统程序的特点，减少用户操作过程中犯错误的机会。三、程序设计 首先要分解任务，把待设计任务分割成几个大的模块，然后把大的模块再分解为一系列的功能，甚至可以分解到要用哪些函数的程度；然后是寻找例程，参考例程可以避免重复前人做过的工作；接下来就是根据项目特点选择程序设计方法，自上而下或是自下而上。四、程序测试 测试过程是项目开发的重要组成部分。测试应该从底层的VI开始然后再测试较大的模块
44、，最后进行整体测试。测试中还要特别关注全局变量对程序的影响。此外，局部变量和属性节点也要引起注意。对于高级程序员来说，还要考虑程序的性能如何，能否满足速度与响应的要求以及内存的使用情况。第二节 系统设计基本要求与工作流程一、系统设计基本要求(一)实现数据采集器和LabVIEW软件的接口连接,完成二者之间的驱动程序设计；(二)达到可分析单路或两路电压电流信号的频谱、有效值、谐波频率、谐波含量、谐波含有率、总谐波畸变率等参数，并能显示输入信号波形和必要参数的图表，测量数据以一定文档格式保存；(三)构成一个完整的可执行.exe系统，具有友好的用户使用环境；(四)对程序进行实验分析。二、系统设计思想利
45、用LabVIEW的特点，采用模块化设计方法：(一)根据系统要求做出详尽的系统需求列表，列出所需面板的所有控制及指示的数目、类型、实时分析和数据表达。本系统分为电压或电流信号的幅值谱、频率、有效值谐波含量、谐波含有率、总谐波畸变率等电力参数以及采集时间、图形保存、文件读写等控制按钮。(二)将要完成的测试项目划分为多个可管理的模块与多层结构，本系统大模块划分为频谱测量、谐波分析、数据存储、数据回放和分析等模块，各模块内有数据采集、数据处理、数据存储、波形处理等模块，需保证各模块既可单独运行又可被系统当作子程序调用，实现多层结构。这种方式既便于模块的单独调试，节省系统开发周期，又便于系统功能的改变，
46、使系统具有更强的移植与升级功能。(三)在确定模块功能及流程图的基础上创建与调试程序，创建程序的任务包括创建显示面板及其图形化框图程序。创建程序一次性通过的可能性较小，这就必然牵涉到程序调试的问题。LabVIEW编译环境提供了单步运行、设置断点、设置探针和显示数据流动画等多种调试手段，如何灵活熟练地运用它们是提高效率、缩短程序调试周期的关键。三、系统工作流程 被测虚拟信号发生器产生的信号通过信号转换调理电路变换成符合要求的模拟信号送到USB-6008数据采集卡，数据采集卡将模拟信号滤波与信号处理后变换成计算机能识别的数字信号通过USB总线送至计算机，计算机中的VI开发系统完成测控、显示、数据存储
47、任务。系统的工作流程如图4.2所示。图4.2 系统工作流程图第三节 系统软件程序设计本系统软件环境:采用WINXP中文操作系统和LabVIEW2010开发平台，使用结构化和模块化的编程思想进行应用软件设计。在LabVIEW开发平台下，模块化编程是实现软件结构化的重要手段。系统应用程序分为五个模块：数据采集模块、数据存储模块、数据回放模块、谐波分析模块和频谱分析模块。在具体编程时按层次结构将每一个细节任务 编制成结构完整，功能相对独立的子程序块。软件部分总体构成如图4.9所示。 图4.9 软件总体构成图数据采集模块：数据采集模块完成测量信号参量的采集，即从实验电路获得的电压电流信号，然后通过LabVIEW与USB4065采集卡之间的驱动程序完成数据采集过程。数据存储模块：数据存储模块完成对测量信号的存储，以便于信号之后的回放和分析。数据回放模块：数据回放模块完成对存储好的测量信号进行回放。谐波分析模块：谐波分析模块完成对测量信号的谐波分析，包括波形基频的检测、谐波电平的检测、谐波总失真检测。频谱分析模块：频谱分析
