哈尔滨工业大学（威海）课程设计用纸 课 程 设 计基本信息学生姓名： 魏德宝 学号： 050220219 院系名称： 信息科学与工程学院 课程设计名称： 虚拟仪器课程设计 课程设计地点： 主楼 308创新设计实验室 课程设计时间：08 年 12 月 29 日至 09 年 1 月 4 日 同组人姓名：曾超 王熙 课程设计内容目录 页码1、课程设计题目与任务书.22、课程设计用仪器设备名称.23、课程设计过程.24、课程设计心得.75、参考文献.8教师评语及课程设计成绩评语：成绩： 教师签字：年 月 日（威海）哈尔滨工业大学（威海）课程设计用纸 一课程设计题目与任务书1. 设计题目：基于 PCI6024_E 的虚拟示波器2. 课程设计任务及要求1）波形来自外来的信号发生器；2）通过 PCI6024 采集此信号（波形采集） ；3）主界面要求为一个典型的示波器界面，各个调节按钮的功能应该均具备；4）要求显示波形的特征量；5）存储并回放波形。二课程设计用仪器设备名称1. 实验用 PC 机一台；2. 函数信号发生器一台；3. NI 公司生产的 PCI6024-E 数据采集卡及配套设备。三课程设计过程1. 前言20 多年前，美国国家仪器公司 NI (National Instruments)提出“软件即是仪器”的虚拟仪器(VI)概念，引发了传统仪器领域的一场重大革命，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。LabVIEW 是 NI 推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷的构筑自己的实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。虚拟仪器由计算机、模块化功能硬件和应用软件三大部分组成，一般而言，虚拟仪器所用的计算机是通用的计算机，虚拟仪器根据其模块化功能硬件不同，而有多种构成方式。其中 PC-DAQ 测试系统是构成虚拟仪器 VI 得最常用的最基本的方式，因为一般而言，这种类型的虚拟仪器成本比较低，它能充分利用计算机的设计能力，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。该设计内容基于 LabVIEW 开发平台，应用美国 NI 公司的 PCI-6024 采集卡哈尔滨工业大学（威海）课程设计用纸 设计书通道数字存储虚拟示波器。PCI-6024 数据采集卡主要性能指标参数为 :它集 12 位 A/D 转换器、12 位 D/A 转换器、16 路中端接地的模拟输入通道、8 位并行 TTL 输入输出线及两路 24 位定时器与计数器为一体，支持 DMA 方式和双缓冲区模式，保证了实时信号不间断采集与存储。在双极性时，输入电汪范围选择有 1 0 0 m V 、 1V、10V、20V 四种， ，它的最高采样率为 200kbit/s，主要完成数据采集功能。使用采集卡 PCI-6024 基于 PC 机实现的虚拟示波器，能够实现对外部低频信号的测量，而内置的虚拟信号发生器可产生正弦波、三角波、锯齿波、方波及 4 种信号。本设计共分以下几大模块：外部数据采集模块，内部简单的函数发生器，简单的数据分析模块，数据的存储与回放及显示模块，以下就各个模块展开论述.使用模式选择显示模块回放系统采 集 / 回 放 模 块内 部 信 号发 生 器外 部采 集A 通道B 通道A B 通道波 形选 择显示方式数据处理2. 外部数据采集模块利用 LabVIEW 强大的数据采集功能，通过 DAQ 卡的模拟输入来达到数据采集的目的。设计中使用初级模拟输入模块，它们是位于 Date Acquisition 子模板中 Analog Input 的初级 AI 模块 AI Acquire Waveform.vi。 。其中 AI Acquire Waveform.vi 中包含较多的内容，尤其是涉及到采样率。根据 Nyquist 定理，要得到准确地频率信息，采样率必须大于信号最大频率成分的两倍，但这对于描述信号的波形是远远不够的，工程实际中一般使用信号最高频率成分 4-10 倍的采样率。在该模块设计过程中选用 A、B、AB 三种通道模式，这三种模式的切换时通过 case 结构来实现的，这三种该模块程序框图如下所示：哈尔滨工业大学（威海）课程设计用纸 3. 内部简单的函数发生器这里直接调用 labview 内部提供的函数信号发生子模块 Basic Function Generator，其框图如下所示：相应的设置信号类型选择，就可以产生不同的信号类型，并且把频率，幅度和相位及直流偏置引出至前面板，就可以调整自身产生信号的相关参数；并且将得到的波形转化成数组，如下图所示：4. 简单的数据处理分析模块本模块同样是直接调用了 Labview 中提供的信号子 VI，直接对采集到的信号进行相关分析即可，在这个小模块中输出了被测信号的交流和直流分量，以及均方差，平均值，标准方差，超调量.等测量值，注意的一点就是在引入这些子 VI 之前必须要先前采到的波形数据转化为数组量。该模块程序框图如下所示：哈尔滨工业大学（威海）课程设计用纸 5. 数据的存储与回放及显示模块数据的存储调用子 VI 的路径为：All FactionsFile I/O“Write LabVIEW Measurement File”，选该子 VI 的好处在于调用它时能够自动弹出对话框，并且能够很简单的设置存储路径。在该设计中把采取到的波形数据直接存储到相应的路径文件中，如下图所示：关于回放环节在调用了 All FactionsFile I/ORead LabVIEW Measurement File”，关于如何回放？首先通过存储从外部采集到的数据或从多信号发生器得到信号，然后把用于显示的 Graph 创建一个局部变量，并将该局部变量引入上述子 VI，从而实现回放数据，如下图所示：关于显示环节使用标准的 Graph 输出，在此不再详细介绍。只是在此基础上哈尔滨工业大学（威海）课程设计用纸 添加了适当环节，从而可以实现示波器数据显示时波形的平移等功能，具体实现如下图所示：6. 系统的前面板设计在 Labview 中专门设置了一个用于装饰前而板的子模版，模版中的对象专用于对程序界而进行修饰，对程序的运行没有任何影响。利用修饰子模版中的线条、标签以及各种形状的图框可以构建出生动、关观的程序界而。在前而板上首先调出 Horizontal Smooth Box 控件，然后再调出 R a i s e dFrame 控件，并把它放在 Horizontal Smooth Box 控件上，根据模块的多少添加等量的RaisedFrame 控件，这样每个 Raised Frame 控件就创建了一个模块。当示波器的各控件都调出来时，把这此控件分别放在对应的模块中，并根据面板上控件的人小适当调整 HorizontalSmooth Box 控件和 Raised Frame 控件的大小，使二者较好的匹配。哈尔滨工业大学（威海）课程设计用纸 7. 系统的调试在该小节中主要介绍一下系统的操作流程及各个环节间是如何准确实现切换的。首先为了保证各个环节的连续运行，在本设计的总程序框图的最外层使用了一个 While 循环。在 while 循环内总共有三层 CASE 结构，现在一一介绍。第一层是为了选择是开启采集（包括存储）模式【True】还是选择回放模式【False 】 ；第二层（前提是第一层选【True】 ）是选择从外部采集数据【False 】还是从自身的函数信号发生器得到数据【True 】 ；第三层（前提是第二层选【False 】 ）为从外部采集数据时选择哪个通道的问题？是选择 A 通道?选择 B 通道?还是选择 AB 双通道?整个框图如下所示：故系统调试运行的第一步必须是先选择第一层 CASE 的采集（保存）环节，即只有实现保存之后才能实现回放，否则的话程序就会报错而崩溃。8. 设计的缺点与不足首先由于时间以及知识储备的原因本设计虽然基本实现了数字存储示波器的功能，但是功能还是比较简单，同时由于数据采集卡本身功能受限导致只能采集低频的信号，对采集的高频信号显示效果不好。在调试过程发现还存在的一个不足是在回放环节中，如果系统对之前存储的数据实现回放，这个过程是准确无误的，但是如果把之前存储的数据全都回放完，那么系统会自动报错而终止。这里谈一下改正措施：采用移位寄存器方式存储所采集的数据，并且对每次回放的初始地址和终止位置进行一下设置。哈尔滨工业大学（威海）课程设计用纸 四课程设计心得通过本次课程设计，使我进一步加深了虚拟仪器理论知识的深刻理解与领悟，更重要的是使我学习了 Labview 的基本操作以及在虚拟仪器设计领域的应用，这次课程设计是在不断硬件调试的过程中度过的，虽然刚开始没有什么具体的设计思路，但是在学习众多案例之后最终还是设计出来了虚拟数字示波器，虚拟示波器实现了参数的自动测量、分析处理功能，节省了测量时间，提高了参数测量的精度，实现了波形、数据的存储和显示与回放，具有相位差等的自动计算与显示等基本功能。我想通过这次设计经历对我今后的学习和工作必将起到重要的指导意义。五参考文献1. 杨乐平.Labview 程序设计与应用.北京：电子工业出版社，20012. 邓焱，王磊. Labview7.1 测试技术与仪器应用.北京：机械工业出版社，20043. 陈海滨.基于 PCI-6024E 的虚拟仪器测试系统.电子技术，20034. 刘君华.基于 Labview 的虚拟仪器设计.电子工业出版社，20035. 廖开俊，刘志飞.虚拟仪器技术综述.国外电子测量技术，20026. LabVIEW User Manual.National Instruments Corporation,2000.7. 杨忠仁，饶程，邹建等.基于 LabVIEW 数据采集系统.重庆大学学报,2004