《虚拟仪器与LABVIEW编程技术》课件-第8章

第8章综合项目实例8.1函数发生器的设计与制作8.2温度报警系统设计与制作8.3PXI可编程电阻板卡控制实现

8.1函数发生器的设计与制作

8.1.1项目目标

应用LabVIEW平台设计虚拟信号发生器。

1)功能要求

(1)可产生10Hz～100MHz之间任意频率的正弦波(SinWave)、方波(SquareWave)、三角波(TriangularWave)、锯齿波(SawtoothWave)以及多频波(MultipleFrequencyWave)。

(2)任意波形的发生(任意波形可实现公式输入)。

(3)信号频率、幅度、相位、偏移量可调节。

(4)方波占空比可调节。

2)设计要求

(1)设计前面板界面，建立友好的人机操作界面。

(2)画出各功能模块的程序框图(ProgramChart)及流程图(Flowchart)。

8.1.2项目分析

设计一个虚拟信号发生器，首先要进行前面板的设计。前面板的设计主要需要考虑信号发生器实现的功能。根据项目要求，除了产生基本函数信号、多波形外，还要对这些波形进行频谱分析和微积分变换。所以根据这些功能，在空间选板中选择相应的控件(ActiveX)放在前面板中相应的位置。摆放也得有一定的要求，要简洁、美观、实用。其次就是后台程序的设计。这要用到函数模块，根据本项目的要求选择相应的函数模块，这里会用到波形生成模块、微积分模块、频谱分析模块以及相关其他函数模块。由于程序一直在运行，因此还会用到循环结构。

8.1.3项目实现

1.设计框图

根据对项目功能的分析，生成一个整体流程图，如图8-1所示。图8-1整体流程图

2.模块设计

设计主要分为以下5个模块：波形产生模块(基本波形、多频信号等)、自相关函数演示模块、频谱分析模块(虚拟正弦波频谱分析模块)、积分微分模块(虚拟积分器与微分器)以及虚拟函数发生器的总体设计。

1)波形产生模块

波形产生模块包含基本波形产生、多频信号产生、任意公式波形产生、噪声信号产生四个小模块。把这几个小模块放在一个Case结构中就组成了本设计中波形产生模块。

基本波形子模块应用基本函数发生器节点来产生正弦波、三角波、方波和锯齿波四种信号，其程序框图和前面板分别如图8-2～图8-6所示。

图8-2四种基本波形产生模块程序框图

图8-3正弦波波形产生模块前面板

图8-4三角波波形产生模块前面板

图8-5方波波形产生模块前面板

图8-6锯齿波波形产生模块前面板

多频信号产生模块的后台程序框图和前面板分别如图8-7和图8-8所示。图8-7多频信号产生模块程序框图

图8-8多频信号产生模块前面板

任意公式波形产生模块的后台程序框图和前面板分别如图8-9和图8-10所示。图8-9任意公式波形产生模块程序框图

图8-10任意公式波形产生模块前面板

噪声信号产生模块后台程序框图和前面板分别如图8-11～图8-14所示。

图8-11高斯白噪声信号产生模块程序框图

图8-12均匀白噪声信号产生模块程序框图

图8-13高斯白噪声信号产生模块前面板图8-14均匀白噪声信号产生模块前面板

2)积分微分模块

积分微分模块的功能是观察正弦波、方波或三角波在微分、积分前后的波形。这里给出的是对正弦波波形进行积分、微分转换的例子，其中积分和微分分别放在第二个Case结构的两个分支中。虚拟正弦波积分器程序框图和虚拟正弦波微分器程序框图分别如图8-15和图8-16所示，虚拟正弦波积分器前面板和虚拟正弦波微分器前面板分别如图8-17和图8-18所示。

图8-15虚拟正弦波积分器程序框图

图8-16虚拟正弦波微分器程序框图

图8-17虚拟正弦波积分器前面板

图8-18虚拟正弦波微分器前面板

3)自相关函数演示模块

通过该自相关函数演示模块可观察正弦波仿真信号的自相关函数。这里需注意：将图标函数直接输出的相关函数值除以采样点数才能得到正确的结果。自相关函数演示模块程序框图和前面板分别如图8-19和图8-20所示。

图8-19自相关函数演示模块程序框图

图8-20自相关函数演示模块前面板

4)频谱分析模块

这里通过该模块对正弦波进行频谱分析，其功能是将正弦波经过FFT后得到幅值谱。虚拟正弦波频谱分析模块后台程序框图和前面板分别如图8-21和图8-22所示。

图8-21虚拟正弦波频谱分析模块程序框图

图8-22虚拟正弦波频谱分析模块前面板

3.总体设计

下面介绍虚拟函数信号发生器的总体设计流程图。此设计是在综合了前面所设计的各个模块的基础上进行的。在第一个Case结构当中放置了正弦波、方波、三角波、锯齿波、高斯白噪声、均匀白噪声、多频波以及任意公式输入波形作为该Case结构的各个分支，来实现波形的产生。第二个Case结构则是应用了积分微分模块的结构。将两个Case结构置于While循环中，便组成了虚拟函数信号发生器的总体设计流程图。其总体设计框图及前面板分别如图8-23和图8-24所示。

图8-23总体设计框图

图8-24总体设计前面板

4.系统测试

总体设计结束后，接下来就要对所设计的程序进行调试，验证程序设计的正确性。调试程序时，在前面板可以通过调节波形类型按钮以及积分/微分按钮看到设置好的各个波形的波形图、积分/微分后的波形图、自相关函数波形图以及频谱分析器波形图。

1)正弦波仿真图

正弦波积分图如图8-25所示。图8-25正弦波积分图

正弦波微分图如图8-26所示。图8-26正弦波微分图

2)方波仿真图

方波积分图如图8-27所示。图8-27方波积分图

方波微分图如图8-28所示。图8-28方波微分图

3)三角波仿真图

三角波积分图如图8-29所示。图8-29三角波积分图

三角波微分图如图8-30所示。图8-30三角波微分图

4)锯齿波仿真图

锯齿波积分图如图8-31所示。图8-31锯齿波积分图

锯齿波微分图如图8-32所示。图8-32锯齿波微分图

5)多频波仿真图

多频波积分图如图8-33所示。图8-33多频波积分图

多频波微分图如图8-34所示。图8-34多频波微分图

6)高斯白噪声仿真图

高斯白噪声积分图如图8-35所示。图8-35高斯白噪声积分图

高斯白噪声微分图如图8-36所示。图8-36高斯白噪声微分图

7)均匀白噪声仿真图

均匀白噪声积分图如图8-37所示。图8-37均匀白噪声积分图

均匀白噪声微分图如图8-38所示。图8-38均匀白噪声微分图

8)任意公式波形仿真图

任意公式波形积分图中，输入公式为sin(10*pi(1)*t)*sin(2*pi(1)*t)，如图8-39所示。

图8-39任意公式波形积分图

任意公式波形微分图中，输入公式为sin(10*pi(1)*t)*sin(2*pi(1)*t)，如图8-40所示。图8-40任意公式波形微分图

8.2温度报警系统设计与制作

8.2.1项目目标

本设计要实现一个温度超限报警系统，当温度超过报警上限且开启报警时，报警灯亮，同时显示当前温度及报警信息、当前报警上限温度、当前时间以及报警的次数。

8.2.2项目分析

在VI程序前面板中添加两个温度计分别显示随机温度和上限温度；添加报警装置，开启报警灯，当温度超过报警上限时，报警灯发出红色报警信号，再添加一些其他控件，显示报警次数、当前时间等。整个程序要用到定时循环结构，定时循环结构中要嵌套平铺的顺序结构，顺序结构中又要嵌套条件结构

8.2.3项目实现

1.设计程序流程图

根据对项目功能的分析，

生成了系统设计的流程图，

如图8-41所示。图8-41系统流程图

2.详细设计

1)温度的获取

创建一个子VI，在程序框图中添加一个定时循环结构，再嵌套一个平铺式数值结构，再嵌套一个条件结构，在前面板中打开“新式”空间中的“数值”空间，添加两个温度计用作速记温度和报警上限温度的输出。温度显示图如图8-42所示。

图8-42温度显示图

2)温度的显示

在程序框图顺序结构中打开“编程”控件中的“数值”控件，添加一个“随机数”控件显示随机温度即当前温度。温度计控件图如图8-43所示。图8-43温度计控件图

给温度计创建一个局部变量，在程序框图结构中放入一个数值至小数字符串转换函数，精度设置为1位，再用一个“连接字符串”控件将温度计与字符串常量“当前温度”和“摄氏度”连接起来，创建显示控件，输出当前温度。当前温度显示控件图如图8-44所示。

图8-44当前温度显示控件图

给报警上限温度创建一个局部变量，再用一个“连接字符串”控件将报警上限与字符串常量“报警上限温度”和“摄氏度”连接起来，创建显示控件，输出报警上限温度。温度报警控件图如图8-45所示。图8-45温度报警控件图

3)报警灯的设置

在前面板的“新式”控件中打开“布尔”控件，添加圆形指示灯用作报警输出，当随机温度大于等于报警上限温度时，报警灯亮。报警灯显示图如图8-46所示。图8-46报警灯显示图

4)开启报警设置

在前面板的“系统”控件中，选择“按钮”用作报警开关显示。开启报警按钮显示图如图8-47所示。图8-47开启报警按钮显示图

5)报警信息的显示

当温度高于报警上限温度时，将当前温度与字符串常量“温度超限！当前温度为：”和“摄氏度”用连接字符串连接起来，输出报警信息。报警信息显示图如图8-48所示。图8-48报警信息显示图

6)报警次数显示

开启报警灯后，在程序框图条件结构中添加一个加法运算，创建常量“次数”，报警灯每亮一次，次数进行加1运算。报警次数显示图如图8-49所示。图8-49报警次数显示图

7)时间显示

在程序框图中，打开“编程”控件中的“定时”控件，添加一个“获取日期/时间(秒)”控件用来显示当前时间，当前时间与所在的电脑时间同步。时间显示图如图8-50所示。图8-50时间显示图

3.总体设计

完成了以上各个模块的设计后，程序的总体设计就实现了。

程序前面板如图8-51所示。

图8-51程序前面板

程序总体设计框图如图8-52所示。图8-52程序总体设计框图

4.系统测试

总体设计结束后，接下来就要对所设计的程序进行调试，验证程序设计的正确性。程序高温报警图如图8-53所示。

图8-53程序高温报警图

8.3PXI可编程电阻板卡控制实现

8.3.1项目目标本设计要实现一个PXI高精度、可编程电阻模块Pickering40-297-003控制，编写LabVIEW程序通过发送命令实现对PXI可编程板卡控制。

8.3.2项目分析

在VI程序前面板中添加通信的端口号、PXI板卡选择、数据文件保存路径选择按键，数据显示的波形显示模块、当前阻值显示框、温度报警灯以及停止程序运行按钮。整个程序要用到定时循环结构，而定时循环结构中要嵌套平铺时顺序结构，顺序结构中又要嵌套条件结构。

此项目中，需要用到NI的板卡信息：PXI高精度、可编程电阻模块Pickering40-297-003，如图8-54所示。

图8-54PXI板卡图

在机箱中的信息如图8-55所示。图8-55PXI信息描述

8.3.3项目实现

1.设计程序流程图

根据对项目功能的分析，生成了系统设计的流程图，如图8-56所示。

图8-56系统流程图

2.模块设计

1)板卡初始化

创建一个VI，调用初始化PXI板卡的子VI。PXI板卡子VI如图8-57所示。图8-57PXI板卡子VI

2)资源名称指定

资源名称指定如图8-58所示。图8-58资源名称指定

3)设置电阻值

电阻值指定如图8-59所示。图8-59电阻值指定

4)电阻值读取

电阻值读取如图8-60所示。图8-60电阻值读取

5)电阻值变化设置

电阻值变化设置如图8-61所示。图8-61电阻值变化设置

6)电阻值显示及阻值过高报警

电阻值显示及阻值过高报警如图8-62所示。图8-62电阻值显示及阻值过高报警

7)电阻值变化显示

前面板波形显示VI用于显示阻值变化曲线。

电阻值变化显示如图8-63所示。图8-63电阻值变化显示

8)电阻值数据保存文件

程序框图中选择保存文件函数。

电阻值数据保存文件如图8-64所示。图8-64电阻值数据保存文件

9) While循环

While循环控件如图8-65所示。图8-65While循环

10)