基于LABVIEW的课程设计.docx
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基于LABVIEW的课程设计
基于LABVIEW的课程设计
目录
第一章虚拟信号发生器设计4
1.1设计目的及要求4
1.2设计过程4
1.2.1初始化5
1.2.2主体程序6
1.2.3“波形生成”子vi的程序设计8
第二章虚拟数字频率计设计9
2.1设计要求9
2.2设计原理9
2.3设计过程10
2.3.1前面板设计10
2.3.2程序框图设计11
2.4测试结果与分析12
2.4.1正弦波测试结果12
2.4.2三角波测试结果13
2.4.3方波测试结果14
第三章虚拟双踪示波器设计16
3.1设计要求16
3.2设计思路与预期功能16
3.3设计过程16
3.3.1总体设计16
3.3.2通道A、B的选择及波形发生17
3.3.3波形控制和调节部分18
3.3.4A、B两通道波形显示的程序框图设计18
3.4测试与结果19
3.4.1A通道（B通道）单独显示波形19
3.4.2A、B两通道同时显示波形19
3.4.3A、B两通道交替显示波形20
3.5性能分析20
摘要:
虚拟仪器是由一些必要的硬件获取调理信号，并以通用计算机为平台，实现不同测量软件对采集获得信号进行分析处理及显示。
它改变了传统电子测量仪器的概念和模式，用户完全可以自己定义仪器的功能和参数，即“软件既是仪器”。
计算机技术与网络技术的飞速发展，使得虚拟仪器已经成为现代电子测量仪器发展的趋势。
本文介绍了一种以LabVIEW为开发平台，能够产生正弦波、三角波、方波、锯齿波和任意波测试信号发生器，其平率、幅值、相位、电压偏置等参数可以设置，不但输出波形参数可调、而且可同步显示。
本系统通过采用TCP/IP技术来实现远程数据传输功能，当两台计算机设置好端口后，就可以进行数据传输。
与传统仪器相比，本系统具有高效、开放、使用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点，可用于医疗，工程等精密仪器的测试，具有较强的实用性和开发价值。
关键词:
虚拟仪器，Labview，函数信号发生器，网络通信。
第一章虚拟信号发生器设计
1.1设计目的及要求
目的：
综合使用Labview编程技术，结合实际应用设计一款虚拟信号发生器。
要求：
能产生常用信号；可设置波形的频率、幅值、直流偏移量、占空比。
1.2设计过程
虚拟信号发生器就是利用采集卡的模拟输出功能来连续产生一些设定好的信号，相对于传统信号发生器，它具有更加丰富的功能。
图1-1即为一个虚拟信号发生器的实例。
前面板中间的几个控件用于设置信号的频率、幅值等基本参数以及设置信号的类型。
最左边的控件用于物理通道以及输出的电压最大值和最小值、采样频率、采样点数等。
图1-1虚拟信号发生器前面板
在Labview中要实现这样的一虚拟信号发生器，看是困难，其实并不复杂，其程序代码分为“初始化”和“主体程序”2个模块，使用一个顺序结构将它们组合在一起就能完成整个软件的构架，下面是具体设计过程。
1.2.1初始化
初始化就是为一些控件或变量赋初值，以便程序具有合理的初始参数和严格的逻辑性，减少程序出错的几率。
虚拟信号发生器的“初始化”程序框图如图1-2所示，它们位于层叠式顺序结构的第0帧，这里主要进行了两项设置：
通过属性节点来设置波形图显示控件的显示区域背景色以及清空显示波形。
图1-2虚拟信号发生器的“初始化”程序框图
1.2.2主体程序
初始化完成后，进入层叠式顺序结构的第一帧，这里是虚拟信号发生器的主体程序，实际上就是一个连续模拟信号输出。
这里给出一种虚拟信号发生器的信号生成机制，如图1-3所示。
创建任务并配置通道后，首先将函数节点生成的信号模板写入到输出缓存中，然后，启动任务开始模拟输出，接下来进入循环，在循环中继续生成信号模板并写入输出缓存。
这样在硬件设备将缓存中的数据连续输出到数模转换器的同时，程序定时将一段新的信号模板写入缓存，只要设置合适的缓存大小，就能使写入和输出互不干扰，此时，只要保持前后输入的信号模板连续，输出信号也就连续。
采用该机制不需要信号模板是整周期的，并且信号参数的改变也不会影响任务的执行，只是占用了稍多的CPU和内存资源，但从使用的角度也不失为一种较好的丰富。
图1-3虚拟信号发生器的信号生成机制
虚拟信号发生器的主体程序如图1-4所示，这里首先使用执行能效较高的DAQmx驱动完成模拟输出代码的编制。
当程序运行时，在While循环体内面调用“波形生成”子VI生成信号模板，由于采用DAQmx驱动时，输出缓存大小是由第一次写入缓存的数据长度决定的，因此，设置第一次进入循环是生成的信号模板的长度是以后长度的2倍，这样，缓存的一半空间可用于接收输入的信号模板，同时另一半空间中的数据不断地模拟输出。
将DAQmxStartTask.vi置于一个条件结构中，用于第一次进入循环时启动模拟输出任务。
当单击“停止”按钮后，当前的模拟输出任务结束，信号输出停止。
图1-4虚拟信号发生器的主体程序（DAQmx）
1.2.3“波形生成”子vi的程序设计
图1-5波形生成”子vi的前面板
图1-6波形生成”子vi的程序框图
第二章虚拟数字频率计设计
2.1设计要求
（1）编写LABVIEW虚拟数字频率计实验程序，要求可以对方波、正弦波、三角波、锯齿波等多种周期信号进行频率的测量。
频率调节范围可调。
（2）界面要求：
参数控制、控制按钮、测量频率显示。
（3）观察仿真结果并进行分析。
（4）对该虚拟数字频率计进行性能评价。
2.2设计原理
通过测量多个采样周期的的周期，于是我们可以得到各个周期内信号的频率，然后用多周期求平均值的方法得出所求信号的频率。
至于频率的相对误差，我们可以通过数组的前N个周期内的平均频率减去前N-1个周期内的平均频率，然后除以所求得的频率即可。
信号的频率计算公式我们用的最常见的为Fs=1/T,其中T是指信号的周期。
我们通过波峰检测模块得到各周期波峰所在时刻的数组，然后用循环实现数组内后一项减前一项，得到另外一个数组。
将该数组内各元素进行求倒等处理，得到各个周期内的信号频率。
为了使测量结果更精确，我们利用多周期平均计算方法计算信号频率。
2.3设计过程
2.3.1前面板设计
前面板重要组成部分：
波形器、函数信号发生器模块、原信号输出频率调节、采样频率调节、信号类型选择、测量频率输出、相对误差输出、输入输出的物理通道及输入输出电压的最大值最小值等。
图2-1虚拟数字频率计前面板
2.3.2程序框图设计
程序框图重要组成部分：
基本函数信号发生器模块、波形输出模块、波峰检测模块、数组长度测量及数组索引、条件选择结构、FOR循环结构、FOR循环中移位寄存器等。
本次设计中采用的基本函数发生器模块是采用的上一个实验所设计的信号发生器，因此程序框图就不在此显示。
图2-2虚拟数字频率计程序框图
程序框图原理说明：
本设计采用波峰检测的方法来测量任意波形频率的。
通过波峰检测得到每个波峰所在的时间点，形成一个一维数组a（n）。
对于正弦波、三角波、锯齿波而言，我们可以直接将数组内的时间点相邻递减（均采用后一项减去前一项，即A（n）=a（n+1）-a（n）。
）。
对重组的数组A（n）进行求倒等变换后输出得到另一个数组B（n）,数组B（n）中的元素为每个采样信号的频率。
用FOR循环加移位寄存器对数组B（n）进行求和然后除以数组B（n）的元素个数n，即可得到平均频率，也就是测得频率。
值得注意的是在测量方波信号的时候，这种方式就不适用了。
按照理论分析可知，用波峰检测得到的一组时间点数组即a（n）,其中相邻两项的差值仅为一个完整周期的一部分，故我们应采用间隔递减的方式（即A（n）=a（n+1）-a（n-1））得到数组B（n），其余步骤同上。
2.4测试结果与分析
2.4.1正弦波测试结果
图2-3正弦波测试结果
图2-3中，采样频率为5000Hz，测得频率为40Hz，各周期频率和为80Hz，相对误差为3.55271E-7。
2.4.2三角波测试结果
图2-4三角波测试结果
图2-4中，采样频率为5000Hz，测得频率为40Hz，各周期频率和为80Hz，相对误差为1.77636E-7。
2.4.3方波测试结果
图2-5方波测试结果
图2-5中，采样频率为5000Hz，测得频率为40Hz，各周期频率和为200Hz，相对误差为0。
第三章虚拟双踪示波器设计
3.1设计要求
（1）编写LABVIEW虚拟示波器实验程序，要求可以对两路信号进行观察与测量。
（2）界面要求：
参数控制、控制按钮、波形显示。
（3）观察仿真结果并进行分析。
（4）对该虚拟示波器进行性能评价。
3.2设计思路与预期功能
本设计的想法是尽量与现实中的面板相一致，实现示波器最基本的显示和调节功能。
所以本设计我设计了包含CHA和CHB的双通道示波器，即双踪示波器。
设计时考虑的是以下几个部分:
（1）CHA和CHB通道设计及选择。
设置两个控件控制CHA和CHB选通状况，分别输入正弦波、三角波、方波和锯齿波。
（2）波形产生。
由于没有外界信号输入设备，所以不能用外部数据采集的方法输入信号波形，那么自己设计一个信号发生器，使两个通道都能实现基本模拟信号正弦波、三角波、方波、锯齿波的输入。
（3）波形显示。
采用波形图控件。
（4）波形控制部分。
包括CHA信号幅度调节和幅度偏移、CHB信号幅度调节和幅度偏移、同时开的时候两个信号叠加开关。
（5）停止示波器。
通过while循环的停止按钮设置示波器停止工作。
3.3设计过程
3.3.1总体设计
本设计的VI在创建过程中，首先创建前面板，然后进行程序框图的编写。
在程序的编写中，使用了条件结构，while循环结构以及常用的数据处理函数，同时还用到了信号生成控件VI、旋钮控件VI等多个labVIEW控件。
完整的设计框图如下所示：
图3-1虚拟双踪示波器前面板
图3-2虚拟双踪示波器程序框图
3.3.2通道A、B的选择及波形发生
利用基本函数发生器创建波形发生模块，实现信号源的选择。
具体效果如下：
图3-3波形发生模块
图3-3即为波形发生模块，可以产生基本波形，B通道的实现同理可得。
3.3.3波形控制和调节部分
这部分是为了获得显示波形的详细信息而设计的，其结构如下图：
图3-4单频信息控件
图3-4是提取单频信号控件，可以在前面板上显示信号的幅值和频率。
3.3.4A、B两通道波形显示的程序框图设计
图3-5A通道单独显示波形
图3-5即为A通道单独显示波形的程序框图，利用了一个条件选择结构，此时前面板上显示的只有A通道的波形。
图3-6B通道单独显示波形
图3-6即为B通道单独显示波形的程序框图，前面板输出的只有B通道的波形。
图3-7A、B两通道同时显示波形
图3-7即为A、B两通道同时显示波形的程序框图，此时前面板同时显示两个波形，具体显示的情形在测试结果中会做介绍。
图3-8A、B两通道交替显示波形
图13即为A、B两通道交替显示波形的程序框图，此时前面板将分别交替显示A通道和B通道中的波形。
3.4测试与结果
3.4.1A通道（B通道）单独显示波形
A通道B通道
图3-9单通道波形显示
前面板上，“通道选择”选择A或B，这时，屏幕上显示的即为图15所示的几个波形，都是单独显示的。
3.4.2A、B两通道同时显示波形
图3-10双通道波形显示
前面板上，“通道选择”选择“A+B”，这时，屏幕上显示的即为图3-10所示的波形。
3.4.3A、B两通道交替显示波形
A通道B通道
图3-11正弦波和方波交替显示
图17是正弦波和方波交替显示的情形，先显示完正弦波再显示方波，由于动态无法表示，只能以上图的截图形式来表示。
3.5性能分析
（1）本程序界面友好，基本与实物图相符，生动形象，对于波形输出具有实时的动态效果。
（2）在两通道交替显示波形时，波形会很快的闪动，此时可以适当的增加延迟时间，以便更好的观察波形的变化。
（3）本设计中，两通道都可以正常的显示波形，交替也可以实现，唯一的缺陷就是X轴不能随着移动变化，设计有待改善提高。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者（本人签名）：
年月日
学位论文出版授权书
本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》（以下简称“章程”），愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入****《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。
论文密级：
□公开□保密（___年__月至__年__月）（保密的学位论文在解密后应遵守此协议）
作者签名：
_______导师签名：
_______
_______年_____月_____日_______年_____月_____日
独创声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
二〇一〇年九月二十日
毕业设计（论文）使用授权声明
本人完全了解**学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。
本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。
（保密论文在解密后遵守此规定）
作者签名:
二〇一〇年九月二十日
致谢
时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。
首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。
本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。
本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。
经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。
这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。
没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。
首先，我要特别感谢我的知道***老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。
***老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。
从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。
再次对周巍老师表示衷心的感谢。
其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。
另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。
最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。
四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。
从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。
回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。
感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。
学友情深，情同兄妹。
四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。
在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。
最后，我要特别感谢我的导师***老师、和研究生助教***老师。
是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。
老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。
他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。
在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。
致谢
这次论文的完成，不止是我自己的努力，同时也有老师的指导，同学的帮助，以及那些无私奉献的前辈，正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少，通过这次论文，我想我成长了很多，不只是磨练了我的知识厚度，也使我更加确定了我今后的目标：
为今后的计算机事业奋斗。
在此我要感谢我的指导老师——***老师，感谢您的指导，才让我有了今天这篇论文，您不仅是我的论文导师，也是我人生的导师，谢谢您！
我还要感谢我的同学，四年的相处，虽然我未必记得住每分
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