第8章綜合項目實例8.1函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計與制作8.2溫度報警系統(tǒng)設(shè)計與制作8.3PXI可編程電阻板卡控制實現(xiàn)

8.1函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計與制作

8.1.1項目目標(biāo)

應(yīng)用LabVIEW平臺設(shè)計虛擬信號發(fā)生器。

1)功能要求

(1)可產(chǎn)生10Hz～100MHz之間任意頻率的正弦波(SinWave)、方波(SquareWave)、三角波(TriangularWave)、鋸齒波(SawtoothWave)以及多頻波(MultipleFrequencyWave)。

(2)任意波形的發(fā)生(任意波形可實現(xiàn)公式輸入)。

(3)信號頻率、幅度、相位、偏移量可調(diào)節(jié)。

(4)方波占空比可調(diào)節(jié)。

2)設(shè)計要求

(1)設(shè)計前面板界面，建立友好的人機操作界面。

(2)畫出各功能模塊的程序框圖(ProgramChart)及流程圖(Flowchart)。

8.1.2項目分析

設(shè)計一個虛擬信號發(fā)生器，首先要進行前面板的設(shè)計。前面板的設(shè)計主要需要考慮信號發(fā)生器實現(xiàn)的功能。根據(jù)項目要求，除了產(chǎn)生基本函數(shù)信號、多波形外，還要對這些波形進行頻譜分析和微積分變換。所以根據(jù)這些功能，在空間選板中選擇相應(yīng)的控件(ActiveX)放在前面板中相應(yīng)的位置。擺放也得有一定的要求，要簡潔、美觀、實用。其次就是后臺程序的設(shè)計。這要用到函數(shù)模塊，根據(jù)本項目的要求選擇相應(yīng)的函數(shù)模塊，這里會用到波形生成模塊、微積分模塊、頻譜分析模塊以及相關(guān)其他函數(shù)模塊。由于程序一直在運行，因此還會用到循環(huán)結(jié)構(gòu)。

8.1.3項目實現(xiàn)

1.設(shè)計框圖

根據(jù)對項目功能的分析，生成一個整體流程圖，如圖8-1所示。圖8-1整體流程圖

2.模塊設(shè)計

設(shè)計主要分為以下5個模塊：波形產(chǎn)生模塊(基本波形、多頻信號等)、自相關(guān)函數(shù)演示模塊、頻譜分析模塊(虛擬正弦波頻譜分析模塊)、積分微分模塊(虛擬積分器與微分器)以及虛擬函數(shù)發(fā)生器的總體設(shè)計。

1)波形產(chǎn)生模塊

波形產(chǎn)生模塊包含基本波形產(chǎn)生、多頻信號產(chǎn)生、任意公式波形產(chǎn)生、噪聲信號產(chǎn)生四個小模塊。把這幾個小模塊放在一個Case結(jié)構(gòu)中就組成了本設(shè)計中波形產(chǎn)生模塊。

基本波形子模塊應(yīng)用基本函數(shù)發(fā)生器節(jié)點來產(chǎn)生正弦波、三角波、方波和鋸齒波四種信號，其程序框圖和前面板分別如圖8-2～圖8-6所示。

圖8-2四種基本波形產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-3正弦波波形產(chǎn)生模塊前面板

圖8-4三角波波形產(chǎn)生模塊前面板

圖8-5方波波形產(chǎn)生模塊前面板

圖8-6鋸齒波波形產(chǎn)生模塊前面板

多頻信號產(chǎn)生模塊的后臺程序框圖和前面板分別如圖8-7和圖8-8所示。圖8-7多頻信號產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-8多頻信號產(chǎn)生模塊前面板

任意公式波形產(chǎn)生模塊的后臺程序框圖和前面板分別如圖8-9和圖8-10所示。圖8-9任意公式波形產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-10任意公式波形產(chǎn)生模塊前面板

噪聲信號產(chǎn)生模塊后臺程序框圖和前面板分別如圖8-11～圖8-14所示。

圖8-11高斯白噪聲信號產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-12均勻白噪聲信號產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-13高斯白噪聲信號產(chǎn)生模塊前面板圖8-14均勻白噪聲信號產(chǎn)生模塊前面板

2)積分微分模塊

積分微分模塊的功能是觀察正弦波、方波或三角波在微分、積分前后的波形。這里給出的是對正弦波波形進行積分、微分轉(zhuǎn)換的例子，其中積分和微分分別放在第二個Case結(jié)構(gòu)的兩個分支中。虛擬正弦波積分器程序框圖和虛擬正弦波微分器程序框圖分別如圖8-15和圖8-16所示，虛擬正弦波積分器前面板和虛擬正弦波微分器前面板分別如圖8-17和圖8-18所示。

圖8-15虛擬正弦波積分器程序框圖

圖8-16虛擬正弦波微分器程序框圖

圖8-17虛擬正弦波積分器前面板

圖8-18虛擬正弦波微分器前面板

3)自相關(guān)函數(shù)演示模塊

通過該自相關(guān)函數(shù)演示模塊可觀察正弦波仿真信號的自相關(guān)函數(shù)。這里需注意：將圖標(biāo)函數(shù)直接輸出的相關(guān)函數(shù)值除以采樣點數(shù)才能得到正確的結(jié)果。自相關(guān)函數(shù)演示模塊程序框圖和前面板分別如圖8-19和圖8-20所示。

圖8-19自相關(guān)函數(shù)演示模塊程序框圖

圖8-20自相關(guān)函數(shù)演示模塊前面板

4)頻譜分析模塊

這里通過該模塊對正弦波進行頻譜分析，其功能是將正弦波經(jīng)過FFT后得到幅值譜。虛擬正弦波頻譜分析模塊后臺程序框圖和前面板分別如圖8-21和圖8-22所示。

圖8-21虛擬正弦波頻譜分析模塊程序框圖

圖8-22虛擬正弦波頻譜分析模塊前面板

3.總體設(shè)計

下面介紹虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的總體設(shè)計流程圖。此設(shè)計是在綜合了前面所設(shè)計的各個模塊的基礎(chǔ)上進行的。在第一個Case結(jié)構(gòu)當(dāng)中放置了正弦波、方波、三角波、鋸齒波、高斯白噪聲、均勻白噪聲、多頻波以及任意公式輸入波形作為該Case結(jié)構(gòu)的各個分支，來實現(xiàn)波形的產(chǎn)生。第二個Case結(jié)構(gòu)則是應(yīng)用了積分微分模塊的結(jié)構(gòu)。將兩個Case結(jié)構(gòu)置于While循環(huán)中，便組成了虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的總體設(shè)計流程圖。其總體設(shè)計框圖及前面板分別如圖8-23和圖8-24所示。

圖8-23總體設(shè)計框圖

圖8-24總體設(shè)計前面板

4.系統(tǒng)測試

總體設(shè)計結(jié)束后，接下來就要對所設(shè)計的程序進行調(diào)試，驗證程序設(shè)計的正確性。調(diào)試程序時，在前面板可以通過調(diào)節(jié)波形類型按鈕以及積分/微分按鈕看到設(shè)置好的各個波形的波形圖、積分/微分后的波形圖、自相關(guān)函數(shù)波形圖以及頻譜分析器波形圖。

1)正弦波仿真圖

正弦波積分圖如圖8-25所示。圖8-25正弦波積分圖

正弦波微分圖如圖8-26所示。圖8-26正弦波微分圖

2)方波仿真圖

方波積分圖如圖8-27所示。圖8-27方波積分圖

方波微分圖如圖8-28所示。圖8-28方波微分圖

3)三角波仿真圖

三角波積分圖如圖8-29所示。圖8-29三角波積分圖

三角波微分圖如圖8-30所示。圖8-30三角波微分圖

4)鋸齒波仿真圖

鋸齒波積分圖如圖8-31所示。圖8-31鋸齒波積分圖

鋸齒波微分圖如圖8-32所示。圖8-32鋸齒波微分圖

5)多頻波仿真圖

多頻波積分圖如圖8-33所示。圖8-33多頻波積分圖

多頻波微分圖如圖8-34所示。圖8-34多頻波微分圖

6)高斯白噪聲仿真圖

高斯白噪聲積分圖如圖8-35所示。圖8-35高斯白噪聲積分圖

高斯白噪聲微分圖如圖8-36所示。圖8-36高斯白噪聲微分圖

7)均勻白噪聲仿真圖

均勻白噪聲積分圖如圖8-37所示。圖8-37均勻白噪聲積分圖

均勻白噪聲微分圖如圖8-38所示。圖8-38均勻白噪聲微分圖

8)任意公式波形仿真圖

任意公式波形積分圖中，輸入公式為sin(10*pi(1)*t)*sin(2*pi(1)*t)，如圖8-39所示。

圖8-39任意公式波形積分圖

任意公式波形微分圖中，輸入公式為sin(10*pi(1)*t)*sin(2*pi(1)*t)，如圖8-40所示。圖8-40任意公式波形微分圖

8.2溫度報警系統(tǒng)設(shè)計與制作

8.2.1項目目標(biāo)

本設(shè)計要實現(xiàn)一個溫度超限報警系統(tǒng)，當(dāng)溫度超過報警上限且開啟報警時，報警燈亮，同時顯示當(dāng)前溫度及報警信息、當(dāng)前報警上限溫度、當(dāng)前時間以及報警的次數(shù)。

8.2.2項目分析

在VI程序前面板中添加兩個溫度計分別顯示隨機溫度和上限溫度；添加報警裝置，開啟報警燈，當(dāng)溫度超過報警上限時，報警燈發(fā)出紅色報警信號，再添加一些其他控件，顯示報警次數(shù)、當(dāng)前時間等。整個程序要用到定時循環(huán)結(jié)構(gòu)，定時循環(huán)結(jié)構(gòu)中要嵌套平鋪的順序結(jié)構(gòu)，順序結(jié)構(gòu)中又要嵌套條件結(jié)構(gòu)

8.2.3項目實現(xiàn)

1.設(shè)計程序流程圖

根據(jù)對項目功能的分析，

生成了系統(tǒng)設(shè)計的流程圖，

如圖8-41所示。圖8-41系統(tǒng)流程圖

2.詳細(xì)設(shè)計

1)溫度的獲取

創(chuàng)建一個子VI，在程序框圖中添加一個定時循環(huán)結(jié)構(gòu)，再嵌套一個平鋪式數(shù)值結(jié)構(gòu)，再嵌套一個條件結(jié)構(gòu)，在前面板中打開“新式”空間中的“數(shù)值”空間，添加兩個溫度計用作速記溫度和報警上限溫度的輸出。溫度顯示圖如圖8-42所示。

圖8-42溫度顯示圖

2)溫度的顯示

在程序框圖順序結(jié)構(gòu)中打開“編程”控件中的“數(shù)值”控件，添加一個“隨機數(shù)”控件顯示隨機溫度即當(dāng)前溫度。溫度計控件圖如圖8-43所示。圖8-43溫度計控件圖

給溫度計創(chuàng)建一個局部變量，在程序框圖結(jié)構(gòu)中放入一個數(shù)值至小數(shù)字符串轉(zhuǎn)換函數(shù)，精度設(shè)置為1位，再用一個“連接字符串”控件將溫度計與字符串常量“當(dāng)前溫度”和“攝氏度”連接起來，創(chuàng)建顯示控件，輸出當(dāng)前溫度。當(dāng)前溫度顯示控件圖如圖8-44所示。

圖8-44當(dāng)前溫度顯示控件圖

給報警上限溫度創(chuàng)建一個局部變量，再用一個“連接字符串”控件將報警上限與字符串常量“報警上限溫度”和“攝氏度”連接起來，創(chuàng)建顯示控件，輸出報警上限溫度。溫度報警控件圖如圖8-45所示。圖8-45溫度報警控件圖

3)報警燈的設(shè)置

在前面板的“新式”控件中打開“布爾”控件，添加圓形指示燈用作報警輸出，當(dāng)隨機溫度大于等于報警上限溫度時，報警燈亮。報警燈顯示圖如圖8-46所示。圖8-46報警燈顯示圖

4)開啟報警設(shè)置

在前面板的“系統(tǒng)”控件中，選擇“按鈕”用作報警開關(guān)顯示。開啟報警按鈕顯示圖如圖8-47所示。圖8-47開啟報警按鈕顯示圖

5)報警信息的顯示

當(dāng)溫度高于報警上限溫度時，將當(dāng)前溫度與字符串常量“溫度超限！當(dāng)前溫度為：”和“攝氏度”用連接字符串連接起來，輸出報警信息。報警信息顯示圖如圖8-48所示。圖8-48報警信息顯示圖

6)報警次數(shù)顯示

開啟報警燈后，在程序框圖條件結(jié)構(gòu)中添加一個加法運算，創(chuàng)建常量“次數(shù)”，報警燈每亮一次，次數(shù)進行加1運算。報警次數(shù)顯示圖如圖8-49所示。圖8-49報警次數(shù)顯示圖

7)時間顯示

在程序框圖中，打開“編程”控件中的“定時”控件，添加一個“獲取日期/時間(秒)”控件用來顯示當(dāng)前時間，當(dāng)前時間與所在的電腦時間同步。時間顯示圖如圖8-50所示。圖8-50時間顯示圖

3.總體設(shè)計

完成了以上各個模塊的設(shè)計后，程序的總體設(shè)計就實現(xiàn)了。

程序前面板如圖8-51所示。

圖8-51程序前面板

程序總體設(shè)計框圖如圖8-52所示。圖8-52程序總體設(shè)計框圖

4.系統(tǒng)測試

總體設(shè)計結(jié)束后，接下來就要對所設(shè)計的程序進行調(diào)試，驗證程序設(shè)計的正確性。程序高溫報警圖如圖8-53所示。

圖8-53程序高溫報警圖

8.3PXI可編程電阻板卡控制實現(xiàn)

8.3.1項目目標(biāo)本設(shè)計要實現(xiàn)一個PXI高精度、可編程電阻模塊Pickering40-297-003控制，編寫LabVIEW程序通過發(fā)送命令實現(xiàn)對PXI可編程板卡控制。

8.3.2項目分析

在VI程序前面板中添加通信的端口號、PXI板卡選擇、數(shù)據(jù)文件保存路徑選擇按鍵，數(shù)據(jù)顯示的波形顯示模塊、當(dāng)前阻值顯示框、溫度報警燈以及停止程序運行按鈕。整個程序要用到定時循環(huán)結(jié)構(gòu)，而定時循環(huán)結(jié)構(gòu)中要嵌套平鋪時順序結(jié)構(gòu)，順序結(jié)構(gòu)中又要嵌套條件結(jié)構(gòu)。

此項目中，需要用到NI的板卡信息：PXI高精度、可編程電阻模塊Pickering40-297-003，如圖8-54所示。

圖8-54PXI板卡圖

在機箱中的信息如圖8-55所示。圖8-55PXI信息描述

8.3.3項目實現(xiàn)

1.設(shè)計程序流程圖

根據(jù)對項目功能的分析，生成了系統(tǒng)設(shè)計的流程圖，如圖8-56所示。

圖8-56系統(tǒng)流程圖

2.模塊設(shè)計

1)板卡初始化

創(chuàng)建一個VI，調(diào)用初始化PXI板卡的子VI。PXI板卡子VI如圖8-57所示。圖8-57PXI板卡子VI

2)資源名稱指定

資源名稱指定如圖8-58所示。圖8-58資源名稱指定

3)設(shè)置電阻值

電阻值指定如圖8-59所示。圖8-59電阻值指定

4)電阻值讀取

電阻值讀取如圖8-60所示。圖8-60電阻值讀取

5)電阻值變化設(shè)置

電阻值變化設(shè)置如圖8-61所示。圖8-61電阻值變化設(shè)置

6)電阻值顯示及阻值過高報警

電阻值顯示及阻值過高報警如圖8-62所示。圖8-62電阻值顯示及阻值過高報警

7)電阻值變化顯示

前面板波形顯示VI用于顯示阻值變化曲線。

電阻值變化顯示如圖8-63所示。圖8-63電阻值變化顯示

8)電阻值數(shù)據(jù)保存文件

程序框圖中選擇保存文件函數(shù)。

電阻值數(shù)據(jù)保存文件如圖8-64所示。圖8-64電阻值數(shù)據(jù)保存文件

9)?While循環(huán)

While循環(huán)控件如圖8-65所示。圖8-65While循環(huán)

10)