基于虚拟仪器的模拟电路参数测量
基于虚拟仪器的模拟电路参数测量[20200406105944]
摘 要
NI公司的Labview软件具有的十分强大的数据库和图形化编辑语言给使用者带来了便捷、灵活、轻松的设计环境。发展到至今，它是最广泛的虚拟仪器设计平台之一。
本课题通过Labview图形编辑化语言和计算机强大的运算能力，设计了一种方便，灵活的模拟电路参数测量系统，并在实际应用中取得较好的效果。它主要测量模拟信号波形最大值、有效值、波形T、波形F等参数。充分发挥计算机强大功能和灵活设计软件的能力使得虚拟测量系统比传统仪器测量来得更加方便、精确，最后对设计中出现的问题进行了归纳总结，并且对虚拟仪器进行了展望。
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关键字:虚拟仪器；LabVIEW；模拟电路参数测量；图形显示
目 录
第一章 绪论 1
1.1虚拟仪器概述 1
1.1.1虚拟仪器基本概念 1
1.1.2虚拟仪器的构成 2
1.1.3虚拟仪器的特点 2
1.2虚拟仪器的现状和发展方向 2
1.2.1虚拟仪器的现状 2
1.2.2虚拟仪器的展望 3
1.3虚拟仪器的应用意义 3
1.3.1全新的编程环境 3
1.3.2提高工作效率 3
1.3.3结合应用 4
1.3.4节约资金 4
1.4本课题的主要工作 4
第二章 理论基础和设计思想 5
2.1软件基础 5
2.1.1 LabVIEW的操作模板 6
2.1.2创建一个VI 6
2.1.3程序的调试技术 7
2.1.4图形显示 8
2.1.5数据采集 8
2.2硬件基础 9
2.2.1数据采集卡 9
2.2.2 NI Elvis实验平台 10
2.3设计思想 12
2.3.1传统测量与虚拟测量的对比 12
2.3.2虚拟测量系统的设计 12
第三章 程序设计 13
3.1创建前面板 13
3.1.1创建DAQmx物理通道 13
3.1.2创建波形图显示控件 13
3.1.3数据采集范围数值输入控件 14
3.1.4采样率数值输入控件 14
3.1.5停止开关控件 14
3.2建程序框图 15
3.2.1创建输入通道 15
3.2.2设置采样率模块 16
3.2.3数据采集模块 16
3.2.4数据的读取与波形显示模块 17
3.2.5任务清除模块 17
3.2.6显示错误模块 18
第四章 实验结果分析 19
4.1正弦波信号的测量 19
4.2方波信号的测量 20
4.3三角波信号的测量 21
第五章 结论 22
参考文献 23
致谢 24
第一章 绪论
1.1虚拟仪器概述
虚拟仪器（VI）是二十世纪九十年代由美国国家仪器公司（National Instruments Corp，简称NI）提出的一个概念[1]。它核心思想：软件即是仪器。
1.1.1虚拟仪器基本概念
虚拟仪器是由用户确定修改设计的一个能实时测量、具有虚拟面板的系统。“虚拟”主要包含以下两方面的含义[3]：
（1）虚拟的面板
虚拟仪器上的控件图形是为了保证和传统仪器的功能一致而设计的。可以通过同样手法的操作来完成一个动作。因此，设计时只需要设置图标属性即可。
（2）测量是通过流程图来实现
虚拟仪器实质上是通过软件编程来实现它的功能，图形编辑模块的不同组合就可以实现不一样的测试。因此，用户可以利用虚拟仪器的优点设计自己的测量系统，以满足不同的需求。传统仪器的测量会出现数据分析处理、保存传递之类的问题。但是在虚拟仪器中，具备巨大内存的计算机就可以解决这些问题。它涉及的领域十分广泛，在不断推进工业控制自动化的发展的同时也促进了与生活息息相关领域的前进。
图1-1 虚拟仪器构成方式[5][6]
1.1.2虚拟仪器的构成
虚拟仪器从构成要素上是由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构成方式上是由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统 [7-8]。见图1-1所示。
1.1.3虚拟仪器的特点
虚拟仪器有以下六个优点：
（1）虚拟仪器是通过图形编程来实现其功能，用户便可以依照自己的需求来设计面板可以实现的功能。传统仪器因为要求测量精度高，其面板布置的原件过多，容易在测量时出现操作不正确而影响数据的精度等问题。
（2）软件既是硬件。
（3）仪器功能的自由选择和设定。
（4）只需要更新软件就可以提高仪器的性能。
（5）传统测量仪器的设计研发周期较长，虚拟仪器可以有效地缩短研发时间。
（6）虚拟仪器与计算机一起发展，可以通过网络实现互联。
1.2虚拟仪器的现状和发展方向
1.2.1虚拟仪器的现状
虚拟仪器的概念自从提出后NI公司没有间断过对虚拟仪器技术的研究与完善，在不断推出新技术的同时也成为了虚拟技术领域的“领头羊”。惠普、Tektronix公司等也随着NI公司的脚步相继走进这个领域，随着越来越多的技术人员的努力，技术越发成熟。目前虚拟仪器的研究在国外发展很快，很多厂商都已经在市场上推广自己研发的新产品。In America，虚拟仪器理论和编程已经是理工科的学生必须学习的课程。“世界仪表及自动化”杂志预测虚拟市场占有率将达到50%左右在21世纪初[9]。
近年来，不少虚拟仪器开发平台的出现，使得越来越多的人通过这些平台来建立自己的测试系统。自从LabVIEW、LabWindows/CVI两个软件出现后，虚拟仪器借助成熟的图形编辑语言成为了人们最喜欢使用的开发工具。C语言的使用人员会使用LabWindows/CVI开发软件，因为它有标准的ANSIC环境。其他公司也设计了一些很不错的开发平台软件，比如：HP-VEE和HPTIG（ HP）、Ez-Test和Tek-TNS、Snap-Marter。
虚拟仪器技术在我国的开发才刚刚开始。从1995年以来，国内的多所高等院校、公司和研究所，在研究和开发方面做了大量工作，其成果已在汽车、自动化等方面得到应用。其中重庆大学测试中心所设计的诸多虚拟仪器都得到了用户的认可，中国计量科学研究院后也发现它的产品完全符合国际技术指标。清华大学的检测系统就用到了虚拟仪器技术，用来检查发动机的各项数据，并可以在检测结束的时候给出完整的检测报告。国内很多企业在测试的各方面做了许多工作：发布软件、建立数据处理库和研发工具库等，为虚拟仪器能够为复杂的系统测量而进行设计和不断地完善。
1.2.2虚拟仪器的展望
虚拟仪器随着社会的进步也在不断地发展。当代技术的迅速发展，科学研究的不断深入，导致测量要求也在以更高更新的趋势演变。由于虚拟仪器在设计功能上的灵活和经济性，经过十几年发展，它将慢慢取代传统仪器在测量领域的地位。同样，虚拟技术在研究教育领域也是很重要的方法和手段[11]。虚拟仪器在科学技术和工业生产的领域也得到了广泛的应用，对科学技术的发展将产生巨大的影响[12][13]。虚拟仪器研究的另一个发展方向就是会通过迅速发展的网络技术来实现仪器之间的联系，目前使用较多的是IEEE 488或GPIB协议。
1.3虚拟仪器的应用意义
1.3.1全新的编程环境
LabVIEW是一种图形化的编程系统中的一个里程碑，它提供了直观的图形化开发环境，一种新的编程方法。前面板可以测试图形系统的控制和显示，框图可以指定不同的特征组合。
1.3.2提高工作效率
摘 要
NI公司的Labview软件具有的十分强大的数据库和图形化编辑语言给使用者带来了便捷、灵活、轻松的设计环境。发展到至今，它是最广泛的虚拟仪器设计平台之一。
本课题通过Labview图形编辑化语言和计算机强大的运算能力，设计了一种方便，灵活的模拟电路参数测量系统，并在实际应用中取得较好的效果。它主要测量模拟信号波形最大值、有效值、波形T、波形F等参数。充分发挥计算机强大功能和灵活设计软件的能力使得虚拟测量系统比传统仪器测量来得更加方便、精确，最后对设计中出现的问题进行了归纳总结，并且对虚拟仪器进行了展望。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:虚拟仪器；LabVIEW；模拟电路参数测量；图形显示
目 录
第一章 绪论 1
1.1虚拟仪器概述 1
1.1.1虚拟仪器基本概念 1
1.1.2虚拟仪器的构成 2
1.1.3虚拟仪器的特点 2
1.2虚拟仪器的现状和发展方向 2
1.2.1虚拟仪器的现状 2
1.2.2虚拟仪器的展望 3
1.3虚拟仪器的应用意义 3
1.3.1全新的编程环境 3
1.3.2提高工作效率 3
1.3.3结合应用 4
1.3.4节约资金 4
1.4本课题的主要工作 4
第二章 理论基础和设计思想 5
2.1软件基础 5
2.1.1 LabVIEW的操作模板 6
2.1.2创建一个VI 6
2.1.3程序的调试技术 7
2.1.4图形显示 8
2.1.5数据采集 8
2.2硬件基础 9
2.2.1数据采集卡 9
2.2.2 NI Elvis实验平台 10
2.3设计思想 12
2.3.1传统测量与虚拟测量的对比 12
2.3.2虚拟测量系统的设计 12
第三章 程序设计 13
3.1创建前面板 13
3.1.1创建DAQmx物理通道 13
3.1.2创建波形图显示控件 13
3.1.3数据采集范围数值输入控件 14
3.1.4采样率数值输入控件 14
3.1.5停止开关控件 14
3.2建程序框图 15
3.2.1创建输入通道 15
3.2.2设置采样率模块 16
3.2.3数据采集模块 16
3.2.4数据的读取与波形显示模块 17
3.2.5任务清除模块 17
3.2.6显示错误模块 18
第四章 实验结果分析 19
4.1正弦波信号的测量 19
4.2方波信号的测量 20
4.3三角波信号的测量 21
第五章 结论 22
参考文献 23
致谢 24
第一章 绪论
1.1虚拟仪器概述
虚拟仪器（VI）是二十世纪九十年代由美国国家仪器公司（National Instruments Corp，简称NI）提出的一个概念[1]。它核心思想：软件即是仪器。
1.1.1虚拟仪器基本概念
虚拟仪器是由用户确定修改设计的一个能实时测量、具有虚拟面板的系统。“虚拟”主要包含以下两方面的含义[3]：
（1）虚拟的面板
虚拟仪器上的控件图形是为了保证和传统仪器的功能一致而设计的。可以通过同样手法的操作来完成一个动作。因此，设计时只需要设置图标属性即可。
（2）测量是通过流程图来实现
虚拟仪器实质上是通过软件编程来实现它的功能，图形编辑模块的不同组合就可以实现不一样的测试。因此，用户可以利用虚拟仪器的优点设计自己的测量系统，以满足不同的需求。传统仪器的测量会出现数据分析处理、保存传递之类的问题。但是在虚拟仪器中，具备巨大内存的计算机就可以解决这些问题。它涉及的领域十分广泛，在不断推进工业控制自动化的发展的同时也促进了与生活息息相关领域的前进。
图1-1 虚拟仪器构成方式[5][6]
1.1.2虚拟仪器的构成
虚拟仪器从构成要素上是由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构成方式上是由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统 [7-8]。见图1-1所示。
1.1.3虚拟仪器的特点
虚拟仪器有以下六个优点：
（1）虚拟仪器是通过图形编程来实现其功能，用户便可以依照自己的需求来设计面板可以实现的功能。传统仪器因为要求测量精度高，其面板布置的原件过多，容易在测量时出现操作不正确而影响数据的精度等问题。
（2）软件既是硬件。
（3）仪器功能的自由选择和设定。
（4）只需要更新软件就可以提高仪器的性能。
（5）传统测量仪器的设计研发周期较长，虚拟仪器可以有效地缩短研发时间。
（6）虚拟仪器与计算机一起发展，可以通过网络实现互联。
1.2虚拟仪器的现状和发展方向
1.2.1虚拟仪器的现状
虚拟仪器的概念自从提出后NI公司没有间断过对虚拟仪器技术的研究与完善，在不断推出新技术的同时也成为了虚拟技术领域的“领头羊”。惠普、Tektronix公司等也随着NI公司的脚步相继走进这个领域，随着越来越多的技术人员的努力，技术越发成熟。目前虚拟仪器的研究在国外发展很快，很多厂商都已经在市场上推广自己研发的新产品。In America，虚拟仪器理论和编程已经是理工科的学生必须学习的课程。“世界仪表及自动化”杂志预测虚拟市场占有率将达到50%左右在21世纪初[9]。
近年来，不少虚拟仪器开发平台的出现，使得越来越多的人通过这些平台来建立自己的测试系统。自从LabVIEW、LabWindows/CVI两个软件出现后，虚拟仪器借助成熟的图形编辑语言成为了人们最喜欢使用的开发工具。C语言的使用人员会使用LabWindows/CVI开发软件，因为它有标准的ANSIC环境。其他公司也设计了一些很不错的开发平台软件，比如：HP-VEE和HPTIG（ HP）、Ez-Test和Tek-TNS、Snap-Marter。
虚拟仪器技术在我国的开发才刚刚开始。从1995年以来，国内的多所高等院校、公司和研究所，在研究和开发方面做了大量工作，其成果已在汽车、自动化等方面得到应用。其中重庆大学测试中心所设计的诸多虚拟仪器都得到了用户的认可，中国计量科学研究院后也发现它的产品完全符合国际技术指标。清华大学的检测系统就用到了虚拟仪器技术，用来检查发动机的各项数据，并可以在检测结束的时候给出完整的检测报告。国内很多企业在测试的各方面做了许多工作：发布软件、建立数据处理库和研发工具库等，为虚拟仪器能够为复杂的系统测量而进行设计和不断地完善。
1.2.2虚拟仪器的展望
虚拟仪器随着社会的进步也在不断地发展。当代技术的迅速发展，科学研究的不断深入，导致测量要求也在以更高更新的趋势演变。由于虚拟仪器在设计功能上的灵活和经济性，经过十几年发展，它将慢慢取代传统仪器在测量领域的地位。同样，虚拟技术在研究教育领域也是很重要的方法和手段[11]。虚拟仪器在科学技术和工业生产的领域也得到了广泛的应用，对科学技术的发展将产生巨大的影响[12][13]。虚拟仪器研究的另一个发展方向就是会通过迅速发展的网络技术来实现仪器之间的联系，目前使用较多的是IEEE 488或GPIB协议。
1.3虚拟仪器的应用意义
1.3.1全新的编程环境
LabVIEW是一种图形化的编程系统中的一个里程碑，它提供了直观的图形化开发环境，一种新的编程方法。前面板可以测试图形系统的控制和显示，框图可以指定不同的特征组合。
1.3.2提高工作效率
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