虚拟仪器设计频率计

1、课程名称：虚拟仪器课程设计设计题目：虚拟频率计院 系：电气工程系专 业：电子信息工程年 级：2009姓 名：赵芳指导教师：关海川西南交通大学峨眉校区2012年6月15日一、labVIEW 介绍LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineeringworkbench，实验室虚拟仪器集成环境）是一个基于G （Graphic ）语言的图形编程开发环境，在工业界和学术界中广泛用 作开发数据采集系统、仪器控制软件和分析软件的标准语言，对于科 学研究和工程应用来说是很理想的语言。它含有种类丰富的函数库， 科学家和工程师们利用它可以方便灵活地搭建功能强大的测试系

2、统。 LabVIEW编程语言最主要的两个特点是图形化编程和数据流驱动：（1）图形化编程LabVIEW 与 Visual C+、Visual Basic、LabWindows/CVI 等编 程语言不同，后几种都是基于文本的语言，而LabVIEW则是使用图形 化程序设计语言G语言，用框图代替了传统的程序代码，编程的过程 即是使用图形符号表达程序行为的过程，源代码不是文本而是框图。 一个VI有三个主要部分组成：框图、前面板和图标/连接器。框图 是程序代码的图形表示。LabVIEW的框图中使用了丰富的设备和模块图标，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 的相似。多

3、样化的图标和丰富的色彩也给用户带来不一样的体验和乐 趣。前面板是VI的交互式用户界面，外观和功能都类似于传统仪器 面板，用户的输入数据通过前面板传递给框图，计算和分析结果也在 前面板上以数字、图形、表格等各种不同方式显示出来。图标是VI的图形符号，连接器则用来定义输入和输出，每一个VI都 有图标和连接器。用户要做的工作就是恰当地设置参数，并连接各个 子VI。编程一般步骤就是使用鼠标选取合适的模块、连线和设置参 数的过程，与烦琐枯燥的文本编程相比更为简单、生动和直观。如果将虚拟仪器与传统仪器作一类比，前面板就像是仪器的操作 和显示面板，提供各种参数的设置和数据的显示，框图就像是仪器内 部的印刷电

4、路板，是仪器的核心部分，对用户来讲是透明的，而图标 和连接器可以比作电路板上的电子元器件和集成电路，保证了仪器正 常的逻辑和运算功能。（2）数据流驱动宏观上讲，LabVIEW的运行机制已不再是传统上的冯诺伊曼式 计算机体系结构的执行方式了。传统计算机语言（如C语言）中的顺 序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替。本质上讲它是一种带有 图形控制流结构的数据流模式，程序中的每一个函数节点只有在获得 它的全部输入数据后才能够被执行。既然LabVIEW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 够被执行；而目标的输出只有当它的功能完全时才是有效的。于是 Lab

5、VIEW中被连接的函数节点之间的数据流控制着程序的执行次序， 而不像文本程序那样受到行顺序执行的约束。我们可以通过相互连接 函数节点简洁高效地开发应用程序，还可以有多个数据通道同步运 行，即所谓的多线程。在LabVIEW中单击加亮执行（Highlight Execution）按钮，即可 以动画方式演示框图的执行过程，可以观察到数据流流动的方式，数 据以有色小圆点表示，在各种不同颜色（代表不同数据类型）的连线 上流动。二、虚拟频率计的设计2.1引言虚拟仪器是现代计算机软件技术、通信技术和测量技术高速发展 孕育出的一项革命性的技术，其核心就是用软件来实现硬件的功能。 基于C语言的图形化编程环境LA

6、BVIEW是美国NI公司的穿心软件 产品，它是一种功能强大的虚拟仪器开发平台，同时也是日前应用最 广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。本文所设计的 频率计就是基于LABVIEW的虚拟仪器。该频率计具有操作简单、实 用性强、可维护性强等诸多优点。2.2系统的结构及工作原理系统主要由波形转换电路、限幅电路、整形电路、分频电路、51 单片机系统以及PC机等部分组成，其机构框图如图1所示。图一系统的组成框图该系统的工作原理是：首先被测信号(频率为fx)的波形被送入波形 转换器中，将其转换成方波，然后对该方波进行限幅、整形、分频等 操作，最终将输入信号波形转换成幅度为TTL电平且占空比为1:

7、1 的标准方波。把该标准方波送入单片机中。由单片机对其频率进行测 量。PC机统股份串口 RS232发出测频指令，单片机在收到指令后对 标准方波经行频率测量，并按上位机的要求对低频信号采用测周的方 法来测频；对高频信号采用计数的方法来测频。PC机采用LABVIEW 进行编程。单片机采用定时器0来对被测信号进行测频。其电路如图 二所示(计数器/定时器0的内部结构图)：首先使TR0=1且GATE=1。假定分频比为f 0: f x =1。当用测周法 来测量信号频率时，计数器/定时器将处于定时状态即亍/T=0，被测信 号f 0从P3.3脚输入，则定时器所计的时间T0就是被测信号一个周 期内高电平维持的时

8、间T，所以就有：f 1J 0=2 =2T0(1)fx =N f 0(2)当采用测频法来测量时，计数器/定时器处于计数状态即C/T=1，被测 信号f 0从P3.5脚输入，而且还需在P3.3脚输入一个高电平的脉冲。 设其高电平持续时间为t作为计数的门限时间，且在t时刻内计数器 所记下的数为，则有：f乙J 0= t(3)所以此时的f 0=N f 0。2.3 LABVIEW串口通信的程序设计针对计算机标准的串行口，LABVIEW提供了串行端口子模板。 串行端口子模板中还包含许多的子模板(也成子VI)，其中主要包括 以下6个子VI：VISA Configure Serial Port.vi 串行口初始化

9、 VI；VISA Write.vi向串行口缓冲区写入数据的子VI；VISA Read .vi从串行口设备中读取数据的子VI；VISA Close.vi关闭串行口的子VI；VISA Bytes at Serial Port.vi返回指定串行口中输入缓冲区内的字节数 子VI；VISA Serial Break.vi 串行口 中断子 VI。LABVIEW是基于图形化的程序设计语言，程序的核心代码是 类似于流程图的方框图和线条的连接。每一个方框代表一个功能模块 及子VI，程序执行的过程是条件满足方式。当一个功能模块的所有 输入都齐备后，此功能模块产生输出，传送给下一个模块。串行口的初始化以及串行口的读

10、、写模块的流程方框图，如图 三所示：VISA resource name团SERIALbaud r; teir32ikWftE图三PC机上的LABVIEW的串口通信图图四前面板框图三、感悟通过本次虚拟仪器的课程设计，加深了我对LBVIEW的理解，使 我对虚拟仪器的理论只是更进一步的了解。本次设计是将我们平时所 学的理论与实际相结合，将理论用于应用中，考察我们对所学知识的 熟练程度。这次设计对于我来说无疑是一次挑战，这要求我十分熟练 虚拟仪器的知识。为了好设计，我查阅了大量资料，并把课本知识重 新温习了一次，在自身的努力和请教同学的情况下，我作出了这个设 计，但是在过程中遇到很多困难问题，然而我从这些问题中，也学习 到了许多知识，使自己的能力有所提高。经过这次的课程设计，我看 清了自己的不足，在今后的学习中，我会不断完善自己，不懂得请教 老师，严格要求自，使自己不断取得进步。四、参考文献1陆绮荣.基于虚拟仪器技术个人实验室的构建.北京：电子工业出版社，2006. 龙脉工作室，岂兴明，等.LabVIEW8.2中文版入门与典型实例（修订版）.北京：人 民邮电出版社，2010.张桐，陈国顺，王正林.精通LabVIEW程序设计.北京：电子工业出版社，20