核仪器课程设计指导书

LabVIEW的生疏与应用设计指导书一、设计目的和要求〔一〕设计目的通过使用LabVIEW完成对信号的处理，电路的仿真及算法的实现，对《核电子学与核仪器》所学内容有更进一步的理解，加深印象，使所学学问得以稳固和提高。全面把握《核电子学与核仪器》的各局部内容的关键，实现设计、模拟仿真的技术环节，提高分析问题解决问题的力量；培育学生的动手力量和遵守纪律的高尚情操还有对待工作严峻认真、一丝不苟、实事求是、不畏艰辛的优良作风，为今后从事技术工作奠定坚实的根底。〔二〕设计要求1、把握LabVIEW的使用方法；2、把握信号的处理方法、电路的仿真技术及各种算法的实现；3、把握LabVIEW前面板界面的设计；4、根本把握使用LabVIEW进展程序设计与仿真。二、设计内容〔一〕软件的生疏1、虚拟仪器的概念虚拟仪器的概念最早是由美国国家仪器公司〔NationalInstrument，NI公司〕在1986年提出的。2080年月中期微软公司Windows到了很大提高。1986年，NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabVIEW，这标志着虚拟仪器1988年开头间续有虚拟仪器产品面市。虚拟仪器是一种基于计算机的数字化自动测试仪器系统，它通过软件将计算机硬件资源〔如微处理器、内存和显示器等〕与仪器硬件资源〔如A/D、D/A、I/O和信号调理等〕结合起来，使操作人员可以通过友好的图形界面及图形化编程语言掌握仪器运行，完成对被测试量的采集、分析、判VI通过把计算机强大的计算处理力量和仪器硬件的测量、掌握力量结从而实现各种测量和测试。虚拟仪器的“虚拟”主要包含以下两方面的含义：“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是一样的，如由各种开关、按键和显示器图标等实现仪器电源的“通”、“断”，实现被测信号的“输入通道”、“放大倍数”等参数的设置，以及实现测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。传统一起面板上的器件都是“实物”，而且通过“手动”和“触摸”进展操作；而虚拟仪器前面板是外形与实物想像的“图标”，每个图标的“通”、“断”及“放大”等动作通过用户操作计算机鼠标或键盘来完成的。因此，设计虚拟一起的前面板就是在前面板设计窗口中摆放所需的图标，然后对图标的属性就行设置。拟仪器通过软件编程来实现仪器的测试功能，而且它可以通过实现不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。因此，在硬件平台确定后，就有“软件就是仪器”的说法。软件是虚拟仪器的关键，当硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。2、虚拟仪器的构成与特点虚拟仪器依据其模块化功能硬件的不同，有多种构成方式，其根本框图如图1所示。从图中可以看出，虚拟仪器的构成需要一些特定的硬件接口来与被测对象进展数据通信。这些接口有一些已经形成了国际标准，例如通用接口总线GPIB〔GeneralPurposeInterfaceBusANSI/IEEE488.2-1987标准的被广泛承受的接口。无论承受哪种虚拟仪器系统，都要通过应用软件将一起硬件与通用计算机结合起来。信号调理信号调理数据采集卡RS-232/IEEE-488接口仪器被测对象传感器GPIB总线仪器GPIB电缆GPIB接口卡计算机及软件网络VXI总线仪器VXI电缆VXI接口卡PXI总线仪器PXI电缆PXI接口卡FieldBus总线仪器1虚拟仪器系统构成的根本框图虚拟仪器的软件将可选硬件〔RS-232、GPIB、VXI和PXI等〕和可以重复使用源码库函数的软件结合起来，实现模块间的通信。虚拟仪器软件包括应用程序和I/O借口设备驱动程序，如图2所示。其中，应用程序包括两方面的程序：实现虚拟面板功能的前面板软件程序和定义仪器测试功能的流程图软件程序。而I/O借口设备驱动程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。应用程序应用程序I/O接口设备驱动程序2虚拟仪器的软件构成虚拟仪器集传统仪器与计算机之长，并完全“继承”了PC技术的优点。虚拟仪器与传统仪器比较1比较了二者的优缺点。通过比较觉察，虚拟仪器在智能化程序、处理力量、性能价格比和可操作性等方面都具有明显的技术优势，具体表现为：。用户完全可以依据实际应用的需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个的层次。测试器，可设计出数字示波器、规律、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更敏捷、系统费用更低。它通过与计算机网络连接，还可以实现分布式共享，从而更好地发挥仪器的使用价值。。使用计算机的多媒体处理力量可以使仪器操作更加直观、简便易于理解，而且测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可以打印，显示所需的报表曲线。这些都使得仪器的可操作性大大提高。工程开发维护费用技术更周期系统升级价格仪器功能构造开放性互联性能操作界面通用性

1虚拟仪器和传统仪器的比较虚拟仪器软件使得其开发与维护费用降至最低技术更周期短〔1～2年〕由于是软件，所以系统性能升级便利，下载升级程序即可用用户能够依据自己的需要定义仪器的功能，并可以敏捷多变开放式的构造，敏捷，可与计算机技术保持同步，有众多支持厂家应用的仪器系统图形化界面，操作简便故障诊断

传统仪器开发与维护开销高技术更周期长〔5～10年〕高，且升级须上门效劳互利用只有厂商能定义仪器功能能单一，不能转变封闭、固定，兼容性差备显示功能单一，操作不便3、LabVIEW概述LabVIEW〔LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench〕的简称，它是美国国家仪器公司的一个创型软件产品，也是目前应用最广泛、进展最快、功能最强的图形化软件开发环境。LabVIEW自1986年问世以来，已经成为虚拟仪器软件开发平台事实上的LabVIEW所开创的图形化语言编程方法成为虚拟仪器技术应用与进展的重要根底，得到了工业界和学术界的广泛关注。LabVIEW计环境，利用它设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统或数据采集系统，并可以任意构造仪器面板，而无须进展任何繁琐的计算机程序代码的编写，从而可以大大简化程序的设计LabVIEWVisualC++、VisualBasicLabWindows/CVI等编程语言不同，后者承受的是基于文本语言的程序代码，而LabVIEW则是使用图形化程序设计语言G，它用方框图代替了传统的程序代码。LabVIEWLabVIEW设计的虚拟仪器可以脱离LabVIEW的是和实际的硬件仪器相像的操作面板。LabVIEWVI。VI有一个人机对话的用户界面—前面板〔FrontPanel〕和相当于源代〔DiagraVI模拟了仪器的输入装置并把数据供给应VI的框图程序；而指示器〔Indicators〕则是模拟了仪器的输出装置并显示由框图程序获得或产生的数据。当把一个控件或指示器放置到前面板上时，LabVIEW便在框图程序中相应的产生了一个终端Terminal，这个附属于控件或指示器的终端不能随便的被删除，只有删除它对应的控件或指示器时它才会随之一起被删除。用LabVIEW开发的程序一般由一个或多个后缀名为vi的文件组成，这些文件可被称为VIVirtualInstrumenLabVIEW即VIPane、框图BlockDiagra〕及图标和连线板IconandConnecto。前面板前面板是图形用户界面，用户可以在前面板上操作一台设计好的虚拟仪器。该界面上有一个控件选板，有输入和显示两种控件。输入控件主要有开关、按钮和其他各种输入设备，用于交互式输入；显示控件主要包括图形图表，指示灯和其他的一些输出对象，用于交互式输出。图3所示为LabVIEW的前面板界面图。3LabVIEW前面板示意图输入型控件一般是指旋钮、按钮、转盘等输入装置，它模拟仪器的输入装置，可为VI的程序框图供给输入数据，或者输出结果。显示型控件一般是指图表、指示灯等显示装置，它模拟仪器的输出装置，用于显示程序框图猎取或生成的数据。程序框图程序框图供给了VI的图形化源程序，程序开发完成后在运行时程序框图是不行见的，它和文本开发平台如VC++、VB等编程语言类似，只不过LabVIEW开发语言是基于图形的，简洁直观。在程序框图中，通过连线将一些函数或子VI连接起来，并结合肯定的程序构造，实现所需要的各种功能。前面板上的控件在程序框图中有其对应的图标和端口，除此之外，程序框图中还有函数节点、常量和构造等，这些往往不会消灭在前面板窗口中。图4所示为LabVIEW的后面板界面图。4LabVIEW的后面板示意图程序框图是由节点、端点、图框和连线四种元素构成的。①节点。节点类似于文本语言程序的语句、函数或者子程序。LabVIEW有二种节点类型——函数节点和子VI节点。两者的区分在于：函数节点是LabVIEW以编译好了的机器代码供用户使用的，而子VI节点是以图形语言形式供给应用户的。用户可以访问和修改任一子VI节点的代码，但无法对函数节点进展修改。上面的框图程序所示的VI程序有两个功能函数节点，一个函数使两个数值相加，另一个函数使两数相减。②端点。端点是只有一路输入/LabVIEW有三类端点——前面板对象端点、全局与局部变量端点和常量端点。对象端点是数据在框图程序局部和前面板之间传输的接口。一般来说，一个VI的前面板上的对象〔掌握或显示〕都在框图中有一个对象端点与之一一对应。当在前面板创立或删除面板对象时，可以自动创立或删除相应的对象端点。掌握对象对应的端A和BVI程序框图中作为数据流源点。显示对象对应的端点在框图中是用细框框住的。如例子中的A+B和A-B端点。它们只能在VI程序框图中作为数据流终点。常量端点永久只能在VI程序框图中作为数据流源点。③图框。图框是LabVIEW实现程序构造掌握命令的图形表示。如循环掌握、条件分支掌握和挨次掌握等，编程人员可以使用它们掌握VI程序的执行方式。代码接口节点〔CIN〕是框图程序与用户供给的C语言文本程序的接口。端口向一个或多个目的端口流淌。不同的线型代表不同的数据类型。在彩显上，每种数据类型还以不同的颜色予以强调。连线板连线板则用来定义输入和输出，用户可在界面右上角的VI图标上用鼠标右键点击，选择“显示连线板”，调出当前VI的连线板进展设置。LabVIEW编程中，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取适宜的模块、连线和设置参数的过程，这与烦琐的文本编程相比更为简洁、生动和直观。假设将VI与真实仪器相比较，那么前面板就像是仪器的操作和显示面板，供给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路板，是仪器的核心运算局部，对仪器用户来讲则是透亮的，而图标和连线板可以比作电路板上的电子元器件和集成电路，保证了仪器正常的规律和运算功能。〔三〕LabVIEW的应用1、LabVIEW的启动安装成功后，在工作名目下双击执行文件LabVIEW.exe就可启动LabVIEW。2、LabVIEW的应用举例下面给出的是一个虚拟信号发生器的程序设计例子。设计一个虚拟信号发生器首先要进展前面板的设计，前面板的设计主要需要考虑到所设计的信号发生器要实现什么功能，再依据这些功能，在控件选板中选择相应的控件，放在前面板相应的位置上，其摆放也有肯定的讲究，在函数选板中选择相应的函数，由于程序不是只执行一次，所以要涉及到循环构造，所设计的信号发生器程序用到的循环构造有while循环构造、条件构造。程序调试成功后就完成了一个虚拟信号发生器的设计，56所示。面板上启动按钮的状态，推断用户是否启动了两者之一，假设是，则关闭另一信号源。4并在前面板上设置了相应的可以调整的参数，如频率、幅度等。息(幅度听从高斯分布、时间间隔听从负指数分布)的高斯脉冲信号。在前面板上设置了幅度值等。该模块仿真结果(在示波器上显示)7所示，从图中可以看出该信号发生器所产生的信号已到达所需要求。5虚拟信号发生器的程序框图6虚拟信号发生器的前面板界面图〔a〕正弦波〔b〕随机信号7虚拟信号发生器仿真结果〔四〕设计内容1、虚拟信号发生器的设计要求运用LabVIEW〔包括程序与前面板界面设计〔能仿真的信号种类越多越好，调试出最正确工作状态并给出调试结果。2、虚拟滤波器的设计要求运用LabVIEW完成某种核信号数字滤波器〔准高斯、双极性滤波成形等〕的设计〔包括程序与前面板界面设计〔最终能够得到与理论全都的输出信号并给出调试结果。3、虚拟示波器的设计要求运用LabVIEW完成某种示波器的设计〔包括程序与前面板界面设计〕及模拟仿真〔示波器能够给出的信息量越多越好，调试出最正确工作状态并给出调试结果。4、虚拟线性放大器的设计要求运用LabVIEW〔包括程序与前面板界面设计〔最好与试验室常用的NIM插件相像，调试出最正确工作状态并给出调试结果。5、虚拟单道脉冲幅度分析器的设计要求运用LabVIEW完成某种单道脉冲幅度分析器的设计〔包括程序与前面板界面设计〕及模拟仿真〔最好与试验室常用的NIM插件相像，使得所设计的单道脉冲幅度分析器与真实的单道功能一样。6、虚拟定标器的设计要求运用