《毕业设计（论文）网络故障检修技术研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）网络故障检修技术研究.doc（44页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、毕业设计（论文）题 目 网络故障检修技术研究 专业学员姓名 班号 指导教员 海 军 工 程 大 学二一一年四月毕业设计任务书（应由学员本人按教员下达的任务认真填写）任务来源：电子技术实验中心根据理论性研究对应届本科毕业学员所下达的毕业设计课题。任务要求：1、研究虚拟仪器技术在测量以及教学中的使用方法2、学习LABVIEW的使用方法3、在LABVIEW环境下设计出正弦、方波、锯齿波、三角波的信号源目的：传统的信号发生器种类繁多，函数信号发生器是使用最为频繁的一种信号发生器。一个传统实验室必须拥有函数信号发生器，而基于虚拟仪器技术的实验室就能轻松的设计出简单的、符合要求的函数信号发生器，对实验室节
2、约经费有着重要的意义。内容：1、对虚拟仪器技术试验室与传统试验室进行分析比对2、设计出基于LABVIEW的正弦、方波、锯齿波、三角波的信号源任务起止日期:2010年4月5至 2010年6月25日目 录摘 要IIABSTRACTIII第一章 绪论11.1虚拟仪器技术的概述11.1.1 虚拟仪器的定义21.1.2 虚拟仪器技术的组成21.1.3 虚拟仪器的特点41.2虚拟仪器与传统仪器的比较51.3 虚拟仪器的分类61.4 虚拟仪器的发展方向81.5 本课题研究的意义91.6 本课题的主要工作和本文的主要内容9第二章 虚拟仪器开发软件选择102.1虚拟仪器软件开发平台应有的功能102.2 虚拟仪器
3、开发环境112.3 LABVIEW 介绍11第三章 虚拟信号发生器的设计163.1 虚拟信号发生器简介163.2 虚拟信号发生器的实现163.3虚拟信号发生器的系统构成173.3.1虚拟信号发生器的功能模块173.3.2虚拟信号发生器的输入模块193.3.3虚拟信号发生器的显示模块203.4虚拟信号发生器的构建213.5正弦虚拟信号发生器的设计243.5.1功能描述243.5.2虚拟正弦波发生器流程图的设计243.5.3正弦波发生器前面板的设计253.6方波虚拟信号发生器的设计263.6.1功能描述263.6.2虚拟方波发生器流程图的设计263.6.3方波发生器前面板的设计273.7锯齿波虚拟
4、信号发生器的设计283.7.1功能描述283.7.2虚拟锯齿波发生器流程图的设计283.7.3锯齿波发生器前面板的设计293.8三角波虚拟信号发生器的设计303.8.1功能描述303.8.2虚拟三角波发生器流程图的设计303.8.3三角波发生器前面板的设计313.9虚拟信号发生器的应用32第四章 总结33致 谢34摘 要本文实现了基于LABVIEW8.5的虚拟正弦、余弦、方波、锯齿波以及三角波信号发生器。可以根据需要，改变波形的频率和幅值。本论文首先简介了虚拟函数信号发生器的开发平台，及虚拟信号发生器的设计思路，并且给出了基于LABVIEW 的虚拟信号发生器的前面板和程序设计流程图，讲述了功能
5、模块的设计步骤，提供了虚拟发生器的面板。在设计信号发生器的过程中经过深入的思考，结合LABVIEW的具体功能作了一定创新。本仪器系统操作简便，设计灵活，具有很强的适应性。关键词：虚拟实验仪器 LABVIEW 信号发生器ABSTRACTThis article based on the realization Labview8.5 virtual sine, square wave, sawtooth, triangle wave signal generator. Can be required to change the waveform of the frequency and ampli
6、tude. This paper first introduces the virtual function signal generator of development platform, and virtual signal generator of design ideas, and gives a virtual signal generator based on LABVIEW front panel and the programming flow chart describes the function module design steps , provides a virt
7、ual generator panel. Signal generator in the design process, after careful thought, combined with the specific function of LABVIEW made some innovations. The instrument system is simple, flexible design, has a strong adaptability.KEYWORDS: Virtual Instrument，LABVIEW， Virtual Function Generator第一章 绪论
8、1.1虚拟仪器技术的概述虚拟仪器的概念是美国NI公司(National In-strument)在20世纪80年代中期提出来的。最有代表性的是其推出的LABVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)实验室虚拟仪器工程平台。它是世界上第一个采用图形化编程技术的面向仪器的编译型程序开发系统，它的目标就是简化程序的开发工作，提高编程效率。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
9、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。虚拟仪器与传统仪器相比具有许多优点：对测试量的处理和计算可更复杂目处理速度更快，测试结果的表达方式更加丰富多样，可以方便地存储和交换测试数据，价格低，技术更新快。它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过修改虚拟仪器的软
10、件来改变它的功能和规模，这充分体现了“软件即是仪器”的设计思想。1.1.1 虚拟仪器的定义虚拟仪器（Virtual Instrument, VI）是基于计算机的仪器，是指以通用计算机作为核心的硬件平台，配以相应的测试功能的硬件作为信号的输入和输出接口，利用仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板和相应的功能，然后通过鼠标或键盘操作的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。通常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
11、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。借助一块通用的数据采集板，用户就可以通过软件构造几乎任意功能的仪器，可以是电压表、示波器、频谱分析仪或者其他的仪器，软件成了构建仪器的核心。因此，美国国家仪器公司提出了“软件即使仪器”的概念。最初，虚拟仪器的概念是为了适应PC卡式仪器提出的，PC卡式仪器由于自身不带仪器面板，有的甚至不带微处理器，必须借助PC作为数据分析与显示的工具。利用PC强大的图形环境，建立图形化的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示。这种包含实际仪器使用、操作信息的软件与PC结合构成的仪器，就被称之为虚拟仪器。 1.1.2 虚拟仪器技术的组
12、成数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试是实验室研究和自动测试领域广泛存在的实际任务。为完成这些任务，一台仪器就必须由三大功能块组成：信号的采集、数据的处理、结果的输出。虚拟仪器也不例外，它是按照“信号的调理与采集数据的分析与处理结果的输出及显示”的结构模式来建立的。在这个通用仪器平台上，调用不同的测试软件就构成了不同功能的虚拟仪器。完整的虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行数据传输，最后以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示出来，其显示的控件与真实仪器面板操作元素对应，所以用户鼠标或键盘操作虚拟仪器就和操作真实的仪器设备一
13、样真实。虚拟仪器技术的三大组成部分：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。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，还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Signal Express、用于传统C语言的LabWindows/CVI、针对微软Visual Studio的Measurement Stud
14、io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。模块化的I/O硬件：面对如今日益复杂的测试测量应用，已经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，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。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。用于集成的软硬件平台：专为测
15、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。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 ，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，都能应付自如。这就是虚拟仪器技术带来的无可比拟的优势。 1.1.3 虚拟仪器的特点虚拟仪器是一种新的实验室概念，它具有以下特点：功能完全由用户自己定义的，可以自己
16、对硬件进行编程进行二次开发，并可以方便地与网络外设连接；由于虚拟仪器是基于软件系统的开发，所以开发和维护的费用低、技术更新周期短，并拥有完整的实验时间记录和自动化的测试过程，大大节约了实验室成本和实验室经费。尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。虚拟仪器可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器，用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统，虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言就是美国NI公司的LABVIEW。1.2虚拟仪器与传统仪器的
17、比较虚拟仪器技术是在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。扩展性强：这些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。得益于软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，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，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。开发时间少：在驱动和应用两个层面上，NI高
18、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。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。无缝集成：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。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。传统的电子测量仪器如示波器、电压表、频率计、信号源等，是由专业厂家生产的具有特定
19、功能和仪器外观的测试设备，其共同特点就是仪器由厂商制造，具有固定不变的操作面板，采用固化了的系统软件，采用固定不变的硬件电子线路和专用的接口器件，而且功能固定，其系统封闭，扩展性能差，用户只能用单台仪器完成单一的或固定的测试工作。虚拟仪器是一个全新的仪器概念，它通过选取基本的测试硬件模块，利用软件构造出不针对具体测试对象的仪器。例如：它可以是示波器，也可以是信号发生器，或者同时是具有两种功能的仪器。人们可以通过鼠标或者键盘操作虚拟仪器面板上的各种旋钮、开关和按键选用仪器上的功能，设置参数，启动停止仪器的工作。虚拟仪器完全是由用户自定义的，通过不同的软件就可以实现使用不同功能的仪器。1.3 虚拟
20、仪器的分类虚拟仪器随着计算机的发展和采用总线方式的不同，一般可分为五种类型。1、PC总线插卡型虚拟仪器这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LABVIEW相结合。美国NI公司的LABVIEW是图形化编程工具，它可以通过各种控件自己组建各种仪器。LABVIEW/cvi是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言Visual C+, Visual Basic, LABVIEW/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，
21、ISA总线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂贵。2、并行口式虚拟仪器最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国LINK公司的DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。3、GPIB总线方式的虚
22、拟仪器GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。4、VXI总线方式虚拟仪器VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在
23、VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。5、PXI总线方式虚拟仪器PXI总线方式是PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。
24、PXI的高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3-4个扩展槽，通过使用PCIPCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。1.4 虚拟仪器的发展方向虚拟仪器是基于计算机的测试仪器，因此计算机及相关技术发展必然会促进虚拟仪器的发展。按计算机总线形式，虚拟仪器的发展主要有两个方向：一是遵循GPIB-VSI-PXI总线方式，适合大型高精度集成系统；二是遵循PC插卡-并口卡-串口USB方式，适合普及型的廉价系统。建立虚拟的仪器系统可以根据不同的需要选择不同的方式，这将使虚拟仪器具有较大的发展空间，并且廉
25、价的串口USB方式将成为今后各大院校建立虚拟实验室的选择。各大院校在今后都需要建立虚拟实验室，这样可以更好、更快捷、更方便的完成各种教学任务，并且还可以在网络上应用，学生可以通过网络登录虚拟实验室，在网络上完成相关的实验。虚拟实验室将成为今后各大院校教学实验室的主流。1.5 本课题研究的意义本文利用LABVIEW软件技术平台对实验仪器进行虚拟的构建，在计算机上仿真仪器的功能，用计算机来完成相关的实验，对于经费紧张的实验室和教学任务重的实验室在以后构建虚拟实验室有着重要意义。1.6 本课题的主要工作和本文的主要内容本课题的主要工作是了解虚拟仪器的特点、现状和实现方法，探索虚拟仪器的发展方向，在L
26、ABVIEW平台中设计出常用的函数信号发生器：正弦波信号发生器，锯齿波信号发生器，三角波信号发生器，方波信号发生器。第二章 虚拟仪器开发软件选择2.1虚拟仪器软件开发平台应有的功能软件是虚拟仪器技术的关键，但是，一方面众多的测试工作者并非人人都是汇编、VB、VC等语言的熟练程序员，也不可能都很了解软件所控制的那些软件的细节。另一方面，又应让微机尽可能多的去取代原由传统仪器硬件去完成的工作，以最优的方式去控制硬件。因此，与一般的软件平台相比，虚拟仪器软件开发平台应具有以下的功能：1、便于编程包括“写”程序，查错和调试程序。2、内置丰富的函数库，且方便开发者调用函数库应覆盖时域、频域、幅值域所有成
27、熟的数字处理方法，及与测试分析相关的各种工程运算方法。3、强有力的人机界面应提供各类仪器面板的各种功能元件，如表头旋纽、按钮、图表、图形框以至装饰物等，以供开发者快捷组成图、文、声、色并茂，方便操作、控制、观察的仪器“软”面板。4、方便快捷的通信 包括对ADC插卡及标准接口总线（RS232、GPIB等）的通讯编程，调用各类可程控仪器驱动程序的编程。5、提供尽可能多的常规测试虚拟仪器范例如示波器、信号发生器、谱分析仪等，供用户直接或稍加修改后使用。此外，作为基于PC的软件开发平台，它应尽可能多的利用PC的各种技术，并能随PC的发展而同步发展，例如。支持PC的多种操作系统，能调用其它开发平台（VB
28、、VC等）开发的应用软件，生成的数据能被通用的字处理软件、电子表格及图形处理软件、通用数据库调用等等。2.2 虚拟仪器开发环境进行虚拟仪器的开发，通常可以采用两种编程方法进行软件编程。一种是传统的方法，才有高级语言如VC+，VB，DELPHI等编写仪器软件；另一种是采用面向仪器的测控过程的图形化编程方法，如NI公司的LABVIEW或HP公司的VEE编程或者是LABWINDOWS/CVI等。本设计采用NI公司的LABVIEW进行开发。2.3 LABVIEW 介绍LABVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (实验室虚拟仪器
29、集成开发环境)的简称，是有美国国家仪器公司(National instruments, IN)创立的一个功能强大而又灵活的仪器和分析应用开发工具。LABVIEW是基于数据流的编译型图形编程环境，可以在不同操作系统下保持兼容，为数据的采集、分析、显示提供集成的开发工具，而且还可以通过DDE和TCP/TP实现共享，节约了80%的程序开发时间，而速度几乎不受影响。事实上，LABVIEW已经成为图形化编程语言的工业标准。LABVIEW不同于基于文本的的编程语言（如Fortran和C），他是一种图形编程语言-通常称为G语言，其编程过程就是同过图形符号描述程序的运行。NI LABVIEW使用已获取专利的数
30、据流编程模式，他能是用户从基于文本程序语言的循序结构中解脱出来，他的执行循序是由节点间的数据而不是由文本行的循序决定的。并且，LABVIEW是唯一具有编译器的图形化程序环境，所生成的的优化代码的执行速率可以和C语言媲美。 LABVIEW是一种图形化的编程语言和开发环境，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。它为设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境，利用它设计者可以象搭积木一样，轻松组建一个测量系统或数据采集系统，并任意构造自己的仪器面板，而无需进行任何繁琐的计算机程序代码的编写，从而可以大大简化程序的设计。LABVIEW与VC+, Visual Basic, LabWindows/CVI等编
31、程语言不同，后者采用的是基于文本语言的程序代码，而LABVIEW则是使用图形化程序设计语言G，用对话框代替了传统的程序代码。LABVIEW所运用的设备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似。用LABVIEW设计的虚拟仪器可以脱离LABVIEW开发环境，最终用户看一见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板。LABVIEW包含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的功能库和开发工具库。 LABVIEW的程序设计实质上就是设计一个个的“虚拟仪器”，即“VIs(Virtual Instruments) 。在计算机显示屏幕上利用功能库和开发工具库产生一个前面板(f
32、ront panel )；在后台则利用图形化编程语言编制用于控制前面板的程序。程序的前面板具有与传统仪器类似的界面，可接受用户的鼠标指令。一般来说，每一个VI都可以作为其它VI的调用对象，其功能类似于文本语言的子程序。 LABVIEW是带有可扩展功能库和子程序库的通用程序设计系统。它提供了用于GPIB设备控制、VXI总线控制、串行口设备控制、以及数据分析、显示和存储的应用程序模块。LABVIEW可调用Windows动态链接库和用户自定义的动态链接库中的函数。LABVIEW的CIN节点使用户可以使用由其它语言，如ANSIC编译的程序模块，使LABVIEW成为一个开放的开发平台。LABVIEW还直
33、接支持动态数据交换(DDE)、结构化查询语言(SQL) , TCP和UDP网络协议等。此外，LABVIEW还提供了专门用于程序开发的工具箱，使得用户能够设置断点，动态执行程序来观察数据的传输过程，以及进行方便的调试。LABVIEW的运行机制就宏观上讲已经不再是传统上的冯诺依曼计算机体系结构的执行方式。传统的计算机语言(如C语言)中的顺序执行结构在LABVIEW中被并行机制所代替：从本质上讲，它是一种带有图形控制流结构的数据流模式，这种方式确保程序中的节点只有在获得它的全部数据后才能执行。也就是说，在这种数据流程序的概念中，程序的执行是数据驱动的，它不受操作系统、计算机等因素的影响。LABVIE
34、W程序是数据流驱动的。数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能执行；而目标的输出，只有当它的功能完全时才是有效的。这样，LABVIEW中被连接的对话框之间的数据流控制着程序的执行次序，而不象文本程序受到行顺序执行的约束。从而可以通过相互连接功能对话框快速简洁地开发应用程序，甚至还可以有多个数据通道同步运行。LABVIEW的核心是VI。VI有一个人机对话的用户界面一前面板(front panel)以及类似于源代码功能的对话框(diagram)。前面板接受来自对话框的指令。在VI的前面板中，控制器(controls)模拟了仪器的输入装置并把数据提供给VI的对话框；而指示器(indi
35、cators)则模拟了仪器的输出装置并显示由对话框获得或产生的数据。当把一个控件或指示器放置到前面板上时，LABVIEW在对话框中相应地放置了一个端口(terminals)，这个从属于控件或指示器的端口不能随意删除，只有删除它对应的控件或指示器时它才随之一起被删除。用LABVIEW编制对话框程序时，不必受常规程序设计语法细节的限制。首先，从功能菜单中选择需要的功能方框，将之置于面板上适当的位置；然后用导线(wires)连接各功能方框在对话框中的端口，用来在功能方框之间传输数据。这些方框包括了简单的算术功能，高级的采集和分析VI以及用来存储和检索数据的文件输入输出功能和网络功能。 用LABVIE
36、W编制出的图形化VI是分层次和模块化的。可以将之用于顶层(top level)程序，也可用作其它程序或子程序的子程序。一个VI用在其它V工中，称之为sub VI 。 sub VI在调用它的程序中同样是以一个图标的形式出现的。LABVIEW依附并发展了模块化程序设计的概念。用户可以把一个应用题目分解为一系列的子任务，每个子任务还可以进一步分解成许多更低一级的子任务，直到把一个复杂的题目分解为许多子任务的组合。首先设计sub VI完成每个子任务，然后将之逐步组合成能够解决最终问题的VI 。归纳起来LABVIEW软件开发平台具有以下优点: 1、图形化的编程方式，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正
37、的工程师的语言。2、提供了丰富的数据采集、分析及存储的库函数。3、既提供了传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有独到的高亮执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。4、32bit的编译器编译生成32bit的编译程序，保证用户数据采集、测试和测量方案的高速执行。5、囊括了DAQ, GPIB, PXI, VXI, RS-232/485在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器。6、提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如DLL(动态连接库)、DDE(共享库)、ActiveX等。
38、7、强大的Internet功能，支持常用网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发。 图形化程序设计编程简单、直观、开发效率高。随着虚拟仪器技术的不断发展，图形化的编程语言必将成为测试和控制领域内最流行的发展趋势。第三章 虚拟信号发生器的设计当无法获得真实信号或者需要产生于系统相适应的测试信号时，需要利用软件产生仿真信号，仿真信号可以是数字信号也可以是模拟信号。一个虚拟的信号发生器，可产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等模拟信号，该信号发生器可应用于虚拟电压表、虚拟示波器，作为仿真信号的输出，与实际输入信号进行比较。3.1 虚拟信号发生器简介信号发生器在现代测试系统中的应用十分广泛，主要是用来做对实
39、时信号的模拟和仿真。传统的信号发生器，工艺复杂，价格昂贵，虚拟信号发生器很好的解决了这方面的问题，其性能稳定，价格低廉，维护方便，集成度高。在未来的教学实验室里，虚拟仪器将很快的代替传统仪器。虚拟信号发生器也是未来组建虚拟实验室所必须的虚拟仪器，它是测量信号的激励源也是各种测量信号的参考。3.2 虚拟信号发生器的实现在软件上实现信号发生器的模拟有两种方法：一是先生成波形储存成文档备用，随后在信号发生器工作是将波形文档读入并送给输出，具有编程容易但不能实时改变输出的特点；另一种是实时生成由由用户指定的数字信号送给声卡转换为模拟信号输出，它能实时改变信号的输出而不需要重新启动系统，但编程相对复杂；
40、第三种是利用LABVIEW的VI模块进行重新编辑，直接进行虚拟信号的输出。3.3虚拟信号发生器的系统构成虚拟信号发生器以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示，虚拟信号发生器可产生正弦波、方波和三角波等信号，根据需要，可调节其中面板上的控键，改变信号的频率、幅度与相位，所有信号发生的结果都可以通过软件设计的虚拟面板显示。虚拟信号发生器的实现主要有以下三个模块构成：首先是功能模块，由功能模块来产生所需要的信号模型本体；其次是输入模块，由输入模块来对功能模块的内置参数进行调节以得到需要的信号；最后是显示模块，由显示模块来显示虚拟信号发生器产生的波形。3.3.1虚拟信号发生器的功能模块制作一个虚拟信号
41、发生器需要用到主要的模块就是功能模块，有功能模块来提供所需要的信号本体，在构建功能模块的基础上来调节具体参数以得到需要的信号特征。在论文中用到的是LABVIEW下的仿真信号功能模块。一级界面是模块图标，如图3.1所示；二级图标是配置界面，如图3.2所示。 图3.1 仿真信号功能模块 图3.2 仿真信号配置界面 3.3.2虚拟信号发生器的输入模块要在面板上实时控制或改变信号的特征，就需要在面板上加入输入模块。输入模块在流程图中的功能图标，如图3.3所示，它表示数值的类型；在前面板中可以是转盘型、旋钮型、滑动杆型或数值输入型等（如图3.4），根据用户和仿真的不同需要来自定义。本虚拟信号发生器为了使
42、用者方便和直观选数值输入模块，使用者可以直接输入需要的数值来得到需要的信号特征。图3.3（输入类型） 图3.4 前面板数值模块3.3.3虚拟信号发生器的显示模块虚拟信号发生器的终端是显示模块，在完成信号的仿真和输出以后，需要有直观的界面来显示信号的本体特征。显示模块有量表型、仪表型以及波形显示器，用户也可以根据设计的不用需要来选择不用的显示模块，以直观的显示信号的特征。本设计要直观的体现信号的综合信息，所以选用波形显示器来做设计的显示模块，使用者能在波形显示模块上直观、精确的读取信号的特征。 图3.5 仪表式及量表显示模块图3.6 波形显示器3.4虚拟信号发生器的构建选取好各种所需要的模块后就
43、可在LABVIEW下构建虚拟信号发生器。在流程图中创建好各种模块后，完成各模块之间的连线，以使整个系统能完整、顺利的运行；然后在前面板中将各个模块的面板位置布置好，使使用者能清楚、准确、方便的使用各个功能的控制以达到本设计的最初目的。虚拟仪器系统的软件构成：测试软件是虚拟仪器的主心骨。NI公司在提出虚拟仪器概念并推出第一批实用成果时，就用软件就是仪器来表达虚拟仪器的特征，强调软件在虚拟仪器中的重要位置。NI公司从一开始就推出丰富而又简洁的虚拟仪器开发软件。使用者可以根据不同的测试任务，在虚拟仪器开发软件的提示下编制不同的测试软件，来实现当代科学技术复杂的测试任务。在虚拟仪器系统中用灵活强大的计
44、算机软件代替传统仪器的某些硬件，特别是系统中应用计算机直接参与测试信号的产生和测量特性的分析，使仪器中的一些硬件甚至整个仪器从系统中消失，而由计算机的软硬件资源来完成它们的功能。虚拟仪器测试系统的软件主要分为以下四部分。1、仪器面板控制软件：仪器面板控制软件即测试管理层，是用户与仪器之间交流信息的纽带。利用计算机强大的图形化编程环境，使用可视化的技术，从控制模块上选择你所需要的对象，放在虚拟仪器的前面板上。2、数据分析处理软件：利用计算机强大的计算能力和虚拟仪器开发软件功能强大的函数库可以极大提高虚拟仪器系统的数据分析处理能力，节省开发时间。3、仪器驱动软件：虚拟仪器驱动程序是处理与特定仪器进
45、行控制通信的一种软件。仪器驱动器与通信接口及使用开发环境相联系，它提供一种高级的、抽象的仪器映像，它还能提供特定的使用开发环境信息。仪器驱动器是虚拟仪器的核心，是用户完成对仪器硬件控制的纽带和桥梁。虚拟仪器驱动程序的核心是驱动程序函数/VI集，函数/VI是指组成驱动的模块化子程序。驱动程序一般分为两层，底层是仪器的基本操作，如初始化仪器配置仪器输入参数、收发数据、查看仪器状态等。高层是应用函数/VI层，它根据具体测量要求调用底层的函数/VI。 4、通用I/O接口软件：在虚拟仪器系统中，I/O接口软件作为虚拟仪器系统软件结构中承上启下的一层，其模块化与标准化越来越重要。VXI总线即插即用联盟，为
46、其制定了标准，提出了自底向上的I/O接口软件模型即VISA。作为通用I/O标准，VISA具有与仪器硬件接口无关性的特点， 即这种软件结构是面向器件功能而不是面向接口总线的。应用工程师为带GPIB接口仪器所写的软件，也可以于VXI系统或具有RS232接口的设备上，这样不但大大缩短了应用程序的开发周期，而且彻底改变了测试软件开发的方式和手段。虚拟仪器系统软面板的设计标准：虚拟仪器软面板是用户用来操作仪器，与仪器进行通信，输入参数设置，输出结果显示的用户接口。其设计准则是：1、按照VPP规范设计软面板，使面板具有标准化、开放性、可移植性。2、根据测试要求确定仪器功能。根据测试任务确定仪器软面板具体测
47、试、测量功能，开关、控制等设置要求。3、用面向对象的设计方法设计软面板。按照面向对象的设计思想，一个虚拟仪器集成系统由多个虚拟仪器组成，每个虚拟仪器均由软面板控制。软面板由大量的虚拟控件组成。3.5正弦虚拟信号发生器的设计3.5.1功能描述该虚拟正弦信号发生器可产生正弦信号。指标为：频率范围:1Hz500 Hz ，可调；初始相位:0180，可调；幅值:0V1V，可调；偏移量：-10V10V，可调；3.5.2虚拟正弦波发生器流程图的设计图3.7虚拟正弦波设计框图3.5.3正弦波发生器前面板的设计图3.8虚拟正弦波前面板3.6方波虚拟信号发生器的设计3.6.1功能描述该虚拟正弦信号发生器可产生正弦信号。指标为：频率范围：1 Hz500 Hz ，可调；初始相位：0 180，可调；幅值：0V1V, 可调；偏移量：-10V10V，可调；3.6.2虚拟方波发生器流程图的设计图3.9虚拟方波设计框图3.6.3方波发生器前面板的设计图3.10虚拟方波前面板3.7锯齿波虚拟信号发生器的设计3.7
