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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程名称：虚拟仪器课程设计设计题目 院 系： 专 业： 年 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2016 年 06 月 16 日专心-专注-专业课 程 设 计 任 务 书专 业 姓 名 学 号 开题日期： 完成日期： 题 目 虚拟频率计 一、设计的目的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，其核心是用软件来实现硬件的功能。本文所设计的频率计就是基于Lab view的虚拟仪器，将现实世界的物理量转换为电信号，并最终得到理想的测试结果。 二、设计的内容及要求 使用数据采集卡的输入端口，测量外界信号的频率。 要求：界面友好，易于操
2、作。实现最基本的功能。 三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 承 诺本人郑重承诺：所呈交的设计（论文）是本人在导师的指导下独立进行设计（研究）所取得的成果，除文中特别加以标注引用的内容外，本文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的设计（研究）成果。对本设计（研究）做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现设计（论文）中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担一切后果。 学生签名：2016 年 06月 16日摘 要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，其核心是用软件来实现硬件的功能。基于G语言的图形化编程环境Labview是
3、美国NI公司的创新软件产品，它是一种功能强大的虚拟仪器开发平台，同时也是目前应用最广、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。关键词：虚拟仪器； LABVIEW； 频率计； 串行通信Abstract Virtual instrument is the modern computer software technology,communication technology and measuring technology high development gives birth to a
4、 revolutionary technology,its core is to use the software to realize the function of the hardware.Base on G language graphical programmingenvirment LABVIEW is the companys innovative software NI products,it is a powerful virtual instrument development platform,and it is also the most widely,send a f
5、astest,strongest function graphical softeware integration development environment.This paper involves the frequency meter is based on virtual instrument of LABVIEW,the frequency meter is characterized by simple operation,pratical strong,maintainability,and storng ,and many other advantages.Keywords:
6、 Virtual Instrument; LabVIEW; Frequency meter;Serial communication目 录第1章 绪 论1.1 虚拟仪器简介1.1.1 虚拟仪器概念虚拟仪器的概念是美国NI公司(National Instrument)在20世纪80年代中期提出来的。国家仪器公司NI（National Instrument）提出的虚拟测量仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“即是仪器”的先河。虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切
7、结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI 公司的 LabVIEW。1.1.2 虚拟仪器组成硬件部分：构建基于计算机的虚拟仪器，需要有相应
8、的硬件来支持。虚拟仪器的硬 件组成一般分为基础硬件平台和外围硬件设备。基础硬件平台目前可以选择各种类型的计算机，虚拟仪器充分地利用了计算机的图形用户界面（GUI），所开发的具体应用程序都是基于Windows运行环境。而外围硬件设备则主要包括：各种计算机内置插卡和外置程控测试设备。这里的外置程控测试设备是指带有某种接口的测试设备。 内置功能插卡产品正在不断面市。单个插卡就可以完全实现以前体积相对庞大的单台设备的功能。它可以替代任意波形发生器、计数器、数字万用表、示波器及逻辑分析仪等。一定程度上实现了测试与测量仪器系统的小型化，提高了便携性。计算机内置插卡中的数据采集（DAQ）是VI的重要组成部分
9、，包括A/D、D/A转换，数字输输出等电路。其性能决定了数据采集的精度和速度，影响着仪器的整体性能。DAQ卡种类繁多，功能齐全，从数据采集的前向通道至后向通道的各个环节，都有对应的DAQ产品。随着A/D、D/A转换技术、信号波形处理技术的不断改进，DAQ卡的采样率已达1GB/s，精度高达24位，通道数高达64个，并能任意结合数字I/O、模拟输出和计数器、定时器通道，可以完成模拟波形采集与产生、数字量信号采集、波形采集及数据自动存储、模拟I/O、数字I/O、定时I/O、信号调理等工作。软件部分：VI系统的核心部分是软件。VI的软件由用户应用软件、试验程序和 测量仪器驱动程序等三个部分组成，图形化
10、编程技术平台如HPVEE、Labview和Labwindows/CVI位于最上层。虚拟仪器软件体系结构visa（Virtual Instrumentation software Architecture）主要包含两个层次：用户应用程序和设备驱动程序。其中设备驱动程序是联系用户应用程序与底层硬件设备的基础。每一种设备驱动程序都是为增加编程灵活性和提高数据吞吐量而设计的。每个设备驱动程序都具有一个共同的应用程序编程接口，因此，不管虚拟仪器所使用的计算机或者操作系统是什么，最终所编写的用户应用程序都是可移植的。对于市场上的大多数计算机内置插卡，厂家都配备了相应的设备驱动程序。用户在编制应用程序时，可
11、以像调用系统函数那样，直接调用设备驱动程序，进行设备操作。虚拟仪器的“面板”显示在的屏幕上，仪器的操作是通过鼠标和键盘选中不同的按键和旋钮来完成的，触摸屏也可直接点触屏幕完成。1.2 LabVIEW简介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。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument En
12、gineering Workbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为 “G” 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术
13、语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位/64位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！现在的图形化主要是上层的系统，国内现在已经开发出图形化的单片机编程系
14、统（支持32位的嵌入式系统，并且可以扩展的），不断完善中。第2章 设计介绍本设计采用数据采集和频率测量的方法来实现。数据采集使用到数据采集卡，具体采集方法分为两种：采集有限数量的数据和连续采集数据。具体方法将在第3章详细介绍。 根据奈圭斯特理论，要正确反映一个信号的频率特征，需要采用信号最高频率成分两倍以上的采样率，这意味着对信号每个周期仅取两个点；采样率的1/2被称为奈圭斯特频率，高于奈圭斯特频率的信号会在直流和奈圭斯特频率之间产生混叠。混叠频率是与信号频率最接近的整数倍采样率减去信号频率，再取绝对值。 工程上为了防止混叠在信号采集前用硬件进行滤波，去除奈圭斯特频率以上的信号成分，称为抗混滤
15、波。NI公司有些数据采集产品也有这种功能。 LabVIEW提供了多种频率测量的方法，本次设计所用的程序使用“自功率谱”VI进行频率测量。这个VI在“信号处理”“谱分析”函数子选板中。采集的信号在进行谱分析之前，先加了一个汉宁窗，以防止频率泄露。“Hanning 窗”VI在“信号处理”“窗”函数子选板中。 本设计借助DAQmx数据采集VI实现了使用数据采集卡测量外界信号的频率，实现了基于LABVIEW的虚拟频率计的基本功能。第3章 虚拟频率计的设计3.1 虚拟频率计的数据采集3.1.1 数据采集过程基于虚拟仪器的测试系统典型的硬件结构为：传感器信号调理器数据采集设备计算机。传感器将被测量的各种物
16、理量转换为电量；信号调理器对电信号进行放大、滤波、隔离等预处理；数据采集设备的主要功能是将模拟信号转换为数字信号，此外，还有放大、采样保持、多路复用等功能。 数据采集是频率测试系统最主要的基础环节，数据采集过程如图3-1所示。图3- 1 数据采集过程在这个过程中来自传感器的模拟量被转换为数字量。模拟信号x（t）经脉冲序列采样后，成为时间离散信号x(n)，再量化以后得到取值也离散化的数字信号。图3-1中Ts为采样周期，它的倒数就是采样率。对于随时间变化较快的信号，如果需要了解它的频率成分，则把它作为一个频域信号来处理。根据奈圭斯特理论，要得到准确的频率信息，采样率必须大于信号最高频率成分的两倍。
17、采样率的一半称为奈圭斯特频率。这实际上意味着对于最高频率的信号成分每一个周期只采样两个数据点，这对于描述信号的波形是远远不够的。工程实际中一般使用信号最高频率成分410倍的采样率。3.1.2 基于LabVIEW的数据采集系统总体结构数据采集系统一般由数据采集硬件、硬件驱动程序和数据采集函数3部分组成。数据采集硬件有多种多样的形式。数据采集硬件的选择要根据具体的应用场合并考虑到自己现有的技术资源。硬件驱动程序是应用软件对硬件的编程接口，它包含着特定硬件可以接受的操作命令，完成与硬件之间的数据传递。依靠硬件驱动程序可以大大简化LabVIEW编程工作，提高开发效率，降低开发成本。NI公司硬件的驱动程
18、序软件包目前的主流版本是NI-DAQmx 9.3和不再更新的传统NI-DAQ。这两套驱动程序各自有单独的应用程序编程接口（API），分别有不同的硬件和软件设置方法。因此，也形成了两套独立的数据采集系统。由于传统NI-DAQ的使用已经逐渐淡化，DAQmx实现了新的多线程支持，使系统性能在一定程度上得到了提高，本设计主要运用NI-DAQmx。在驱动程序的用户接口MAX（Measurement&Automation Explorer）中用户可以对硬件进行各种必要的设置和测试。LabVIEW中的数据采集函数按照Measurement&Automation Explorer中的设置采集数据。用户调用数据
19、采集函数编写数据采集程序。基于DAQmx的数据采集系统总体结构如图3-2所示。图3- 2 基于NI-DAQmx的数据采集系统可以使用MAX对硬件进行各种必要的设置和测试，然后调用DAQmx数据采集函数编写数据采集程序，同时它还提供了通过DAQ助手。快速进行交互式的硬件设置和自动生成数据采集程序图形代码的方法。可以在MAX中打开DAQ助手，也可以在LabVIEW中启动DAQ助手。 3.2 虚拟频率计的模拟信号采集3.2.1 模拟输入基本概念多通道数据采集系统中，必须为数据采集设备指定对哪个通道进行操作。LabVIEW的数据采集系统中有物理系统和虚拟通道。物理通道是被测试的信号或生成的信号实际进出
20、计算机的路径，典型的情况是：接线端子电缆信号调理器电缆数据采集卡，方括号内的部分不一定是必需的。每个信号各自走一个独立的通道，每个通道有一个编号。虚拟通道是一系列设置的集合，包括通道名、对应的物理通道、信号连接方式、测试类型和比例等。采样率（Sample Rate）：每秒从各通道采集数据的次数，它等于单个通道的采样率。采样数（Number of Samples）：数据采集函数被调用一次，从一个通道采集的数据点数。扫描（Scan）：对数据采集函数通道参数中所有通道的一次采集或读数。3.2.2 创建数据采集程序DAQ助手是LabVIEW中的一个重要工具，它是一个设置测试任务、通道与换算的图形接口。
21、在MAX和LabVIEW中都可以通过多种途径启动DAQ助手。DAQ助手的基本任务是进行数据采集的硬件设置，所以一旦涉及相关任务，DAQ助手就会自动打开。在DAQmx数据采集系统中，测试任务是NI-DAQ的一个重要概念，它是一系列信息的集合，包括一个或多个通道以及定时、触发等属性。它也是DAQ助手与数据采集程序之间联系的纽带。在MAX 中“数据邻居”选项上右击，在弹出的快捷菜单中选择“新建”命令，弹出图3-3所示的“新建”对话框。选择NI-DAQmx任务，然后点击“下一步”按钮，进入测试类型设置界面，如图3-4所示。图3- 3 新建DAQmx测试任务向导图3- 4 选择任务测试类型单击“模拟输入
22、”节点展开下拉任务，如图3-5所示。按照模拟输入任务可以进一步选择电压、温度、频率等测试类型。图3- 5 模拟输入任务细分在LabVIEW环境中打开DAQ助手的方式是通过DAQ助手Express VI。在LabVIEW的函数选板中有两个子选板可以找到DAQ助手Express VI，分别是“测量I/O”“DAQmx数据采集”和Express“输入”函数子选板。DAQ助手Express VI放进程序框图以后，首先自动打开一个新建向导，引导用户选择测试的类型和使用的通道，然后打开DAQ助手的设置面板。进行必要的设置以后，单击“确定”按钮，Express VI图标下面出现数据端口，如图3-6所示，这样
23、就可以执行数据采集任务并返回测试数据。图3- 6 DAQ助手Express VIDAQ助手Express VI产生的任务只能在调用它的程序中使用，如果把它转换为一个任务常数，就可以储存在MAX中，供其他程序使用。转换步骤如下：1. 在DAQ助手Express VI图标上弹出快捷菜单，选择“转换NI DAQmx任务”命令。2. 启动DAQ助手，这时可以对任务进行必要的修改。3. 单击“确定”按钮，Express VI转换为任务常数。3.2.3 数据采集VILabVIEW中的DAQmx数据采集VI位于“测量I/O”“DAQmx数据采集”函数子选板中。1.DAQmx创建任务这个VI在“测量I/O”“
24、DAQmx数据采集”“DAQmx高级任务选项”函数子选板中，用来创建一个DAQmx数据采集任务，它的主要参数如下：新任务名称：新建任务的名称 。如果在循环中新建一个任务，执行完任务以后必须清楚任务，否则NI-DAQmx会在每个循环中创建同名的任务，引起程序出错。待复制的任务：任务原型。如果这里连接一个已经建立的任务名，则新建的任务由它复制而来。全局虚拟通道：这个参数输入的全局虚拟通道将被添加到新建的任务中。如果待复制的任务参数连接了任务名，这里输入的虚拟通道不是被添加到那个任务中，而是被添加到新建的那个任务的副本中。自动清除：自动清除任务。当设置为TRUE时，程序执行完以后自动将任务清除；否则
25、直到退出LabVIEW，任务才清除，这种情况下在一个程序中创建的任务可以供其他程序使用。也可以用（DAQmx清除任务）VI清除任务。任务输出：新建任务名。2.DAQmx创建虚拟通道这是DAQmx数据采集系统中使用非常普遍的一个VI，在“测量I/O”“DAQmx数据采集”函数子选板顶层。这是一个多态VI，它有许多字VI，每个子VI可以创建一种类型的虚拟通道，并将其加入到一个数据采集任务中。3.DAQmx定时这个VI在“测量I/O”“DAQmx数据采集”函数子选板顶层，也是一个多态VI，“采集时钟”子VI可以设置采样数、采样率，并在必要时设置缓冲区。它的主要参数如下：任务/通道输入：输入任务名或虚
26、拟通道名。如果输入虚拟通道名，它将自动创建一个任务。采样率：设置每通道采样率。源：设置采样时钟信号源。如果这个参数不连接就使用采集卡上的时钟。有效边沿：在时钟的上升沿还是下降沿进行采集。采样模式：设置连续采样还是采集一定数量的数据。每通道采样：有限采样时每通道采样数量。任务输出：VI执行完后产生的任务名。4.DAQmx开始任务启动DAQmx任务VI，此VI在“测量I/O”“DAQmx数据采集”函数子选板顶层。若不使用此VI，当“DAQmx读取”VI执行时，数据采集任务自动启动。此VI主要参数如下：任务/通道输入：输入任务名或虚拟通道名列表。如果输入虚拟通道名，它将自动创建一个任务。任务输出：V
27、I执行完后产生的任务名。5.DAQmx读取在“测量I/O”“DAQmx数据采集”函数子选板顶层，它由指定的任务或通道读取采集的数据。这是一个多态VI，根据数据采集的类型、读取数据的数量和要求返回数据的类型，有许多子VI可以选择。6.DAQmx停止任务这个VI在“测量I/O”“DAQmx数据采集”Vi子选板顶层，它停止一个任务，并把它恢复到执行前的状态。它的参数与DAQmx开始任务VI相同。3.3 虚拟频率计的数据采集程序3.3.1 采集有限数量的数据采集有限数量的数据程序如图3-7所示。图3- 7 DAQmx采集有限数量数据在这个程序中“DAQmx创建任务”VI首先创建一个DAQmx数据采集任
28、务，并设置为自动清除。“DAQmx创建虚拟通道”VI新建一个虚拟通道，加入到数据采集任务中。这里还设置了使用的物理通道（physical channel）、虚拟通道名（channel name）、测量频率值所用的单位（units）、最大值（maximum value）和最小值（minimum value）、被测信号连接方式(input terminal configuration)、定制换算（custom scale name）等参数。“DAQmx定时”VI设置了采样率(rate)和采样数（number of samples），并将采样模式(sample mode)设置为有限数量采集。采样模式
29、和采样数参数的设置使得程序执行一次，采样2048点。“DAQmx读取”VI的number of samples per channel参数是一次从缓冲区中读回的数据量，设置为1，即一次读回任务中设定的全部采样数2048点。3.3.2 连续采集数据连续采集数据与采集有限数量的数据不同的是“DAQmx定时”VI将采样模式(sample mode)设置为连续采样(continuous samples)。生成的图形代码如图3-8所示。图3- 8 DAQmx连续采集数据这是一个多通道采集数据的程序，所以把DAQmx创建虚拟通道VI放在一个For循环中，所有设置参数都组织成数组，采集多少通道的数据就给数组
30、多少元素赋值，数组每一个元素对应一个通道的设置参数。“DAQmx开始任务”VI在进入While循环前启动数据采集任务。“DAQmx读取VI”的number of samples per channel参数设置为2048，即每次从缓冲区读取每通道2048个扫描的数据，至于缓冲区的管理则不必关心了。返回的数据是一维波形数组，数组每个元素是一个通道的波形数据。这个波形包括采样起始时间、时间间隔和采样数据。采样数据是一维标量数组。DAQmx清除任务VI会在程序结束前清除数据采集任务。3.4 虚拟频率计的前面板虚拟频率计的前面板如图3-9所示。图3- 9 虚拟频率计的前面板本仪器的主要功能是能够测量出外
31、侧信号的波形图和频谱图。虚拟频率计的前面板主要由以下几个部分构成：采样率（rate）、采样数（number of samples）和停止控制按钮。如图3-9所示。对于快速变化的信号，为了精确测量它的波形，一般需要信号最高频率成分5-10倍的采样率进行信号采集。使用过高的采样率会消耗大量的系统资源，并且增加信号处理所用的时间。根据实际需求可以一次采集一定数量的信号然后进行分析；也可以连续进行数据采集，边采集边分析。根据被测试对象的多少，又分为单通道采集和多通道采集。在数据采集中我们提到的“波形”是指信号的时域表达。本仪器的人机交互界面亦能显示出测量的外界信号的频谱图形，是指信号的频域表达。进行频
32、率测量的数据采集方法与波形测量时是相同的。理论上说频率测量可以比波形测量使用低一些的采样率，因为按照奈圭斯特理论，要正确反映一个信号的频率特征，需要采用信号最高频率成分两倍以上的采样率，这意味着对信号每个周期仅取两个点；但是这样对描述波形是很不够的。3.5 虚拟频率计的程序框图虚拟频率计的程序框图如图3-10所示。图3- 10 虚拟频率计的程序框图图3-10中的“AI电压”VI是DAQmx数据采集系统中使用非常普遍的一个创建虚拟通道的VI。调用它创建了一个模拟输入、测量电压信号的虚拟通道。在它的子VI选择器下拉菜单中选“模拟输入”“电压”。这个VI的主要参数如下：任务输入：指定创建的虚拟通道加
33、入哪一个任务中去。如果这个参数不连接，NI-DAQmx就创建一个新任务，直到程序终止才清除这些任务，极其消耗系统资源。因此，通常情况下应该在任务执行完以后，用DAQmx清除任务VI清除任务。物理通道：指定用于生成虚拟通道的物理通道。在“测量I/O”“DAQmx数据采集”“DAQmx高级”“DAQmx常量与属性节点”函数子选板中的“DAQmx物理通道”常数中，列出了系统中安装的设备上所有的物理通道名称，可以从其中选择新建虚拟通道使用的物理通道。分配名称：其他VI和节点都要通过名称访问特定的虚拟通道。默认的名称是使用的物理通道名称。如果一次调用此VI产生多个虚拟通道，通道名之间需用逗号隔开。单位：
34、测量电压值所用的单位。这个参数有两个选择伏特或来自自定义换算。最大值和最小值：指定测量电压范围。它关系到数据采集设备的增益。每个模拟输入或输出通道可以有一对单独的极限设置量，极限设置量必须在设备的输入范围内。如果不给数据采集VI输入极限设置参数，或者为上下限参数输入为0，那么就使用设备的默认范围。输入接线端配置：设置被测信号连接方式。自定义换算名称：输入在MAX中设置过的换算名。任务输出：VI执行完后产生的任务名。图3-10中的“采样时钟”子VI可以设置采样数、采样率，并且在必要时设置缓冲区。它的主要参数详见3.2.3中的DAQmx定时。图3-10中的“模拟1D DBL 1通道N采样”子VI可
35、以返回模拟输入的一维波形数据，它包括1个通道，每个通道N个采样。它的主要参数如下：任务/通道输入：输入任务名或虚拟通道名。如果输入虚拟通道名，它将自动创建一个任务。每通道采样点数：执行一次从每个通道采回的数据量。如果是一个连续采集任务，而且这个参数没有连接或者连接“1”，则读回内存缓冲区中所有数据。如果是一个有限采集任务，而且这个参数连接“1”，则读回任务中设定的采样数。任务输入：VI执行完后产生的任务名。数据：返回一维波形数组，数组每个元素对应任务中一个通道。数组元素的顺序与添加到任务的通道的顺序对应。返回的数据按照通道设置的单位与比例进行了处理。LabVIEW提供了多种测量频率的方法，图3
36、-10所示的程序使用“自功率谱”VI进行频谱测量。这个VI在“信号处理”“谱分析”函数子选板中。采集的信号在进行谱分析之前，先加了一个汉宁窗，以防止频率泄露。“Hanning 窗”VI在“信号处理”“窗”函数子选板上。第4章 测试和结果分析4.1 测试在测试过程中，我们输入几组不同类型但频率一定的信号，然后根据上面的程序将框图测量得到频率。例如：如下给出表格4-1为测得的数据。假设被测信号的频率值一定，根据得到的频率和相对误差判断信号的类型、采样点数、采样频率等对测得结果的影响。为了论证我们实验结果的正确性，我们假定信号频率值为58.43HZ。波形类型采样频率采样点数测得频率相对误差正弦信号1
37、KHz200058.42991.08998E-6正弦信号1KHz300058.4303.23566E-7正弦信号1KHz400058.4302.83983E-7正弦信号2KHz200058.431.3237E-8正弦信号2KHz300058.431.43922E-7正弦信号2KHz400058.431.53546E-7正弦信号3KHz200058.431.89908E-8正弦信号3KHz300058.431.3403E-7正弦信号3KHz400058.437.87927E-8锯齿波信号1KHz200058.45572.73581E-5锯齿波信号1KHz300058.44790.锯齿波信号1KH
38、z400058.45111.37338E-5锯齿波信号2KHz200058.44025.80445E-5锯齿波信号2KHz300058.44460.锯齿波信号2KHz400058.44522.81448E-5锯齿波信号3KHz200058.43149.06947E-5锯齿波信号3KHz300058.43655.86063E-5锯齿波信号3KHz400058.43178.32462E-5方波信号1KHz200062.14080.方波信号1KHz300062.03380.方波信号1KHz400062.09330.方波信号2KHz200059.19720.方波信号2KHz300059.25840.方
39、波信号2KHz400059.26820.方波信号3KHz200058.80420.方波信号3KHz300058.76730.方波信号3KHz400058.79890.表4- 1 虚拟频率计的测试结果 4.2 结果分析从表格中可以看到当信号频率一定时，采样频率在大于10倍 原信号频率范围内越大，相对误差越小（除去一些特殊点以外）。另外，相对误差与采样点数也有一定的误差。当输入信号的频率和采样频率一定时，采样点数越多，测得的频率的相对误差越小。 因此，我们在测量信号频率过程中尽可能选择相对大点的采样频率，选择更多的采样点数，这样我们测得的值就会越精确。 结 论通过不懈的努力，最终将LabVIEW程
40、序成功地实现了所要求的设计内容和目标。通过了解有关虚拟仪器硬件的知识，使我们能够利用LabVIEW良好的软硬件集成能力，开发实用的测试胸膛，将现实世界的物理量转换为电信号，并最终得到理想的测试结果。程序调试结果成功地实现了使用数据采集卡的输入端口，测量外界信号的频率。本设计符合了界面友好，易于操作的要求，实现了最基本的功能。通过程序测试，也验证了奈圭斯特理论，即要正确反映一个信号的频率特征，需要采用信号最高频率成分两倍以上的采样率，这意味着对信号每个周期仅取两个点；采样率的1/2被称为奈圭斯特频率，高于奈圭斯特频率的信号会在直流和奈圭斯特频率之间产生混叠。通过使用本设计的虚拟频率计，也验证了该
41、频率计具有操作简单、实用性强、可维护性强等诸多优点。本设计借助DAQmx数据采集VI实现了使用数据采集卡测量外界信号的频率，实现了基于LABVIEW的虚拟频率计的基本功能。在测试程序得出结果后，亦得出了结论：当信号频率一定时，采样频率在大于10倍 原信号频率范围内越大，相对误差越小（除去一些特殊点以外）。另外，相对误差与采样点数也有一定的误差。当输入信号的频率和采样频率一定时，采样点数越多，测得的频率的相对误差越小。 因此，我们在测量信号频率过程中尽可能选择相对大点的采样频率，选择更多的采样点数，这样我们测得的值就会越精确。收获和体会通过本次虚拟仪器的课程设计，加深了我对LABVIEW的理解，
42、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，严格要求自己，使自己不断取得进步。经过本学期的虚拟仪器课程设计的学习，已经大体上掌握了基本的编程思想和编程的应用
43、，已经能够运用所学过的编程来进行一些普通的应用，要想在很大程度上去掌握虚拟仪器的运用，我们应该多以实验和训练为主，这样才能在使用虚拟仪器的编程中得到和掌握宝贵的经验，不能纸上谈兵，这样只会不切实际的想当然地认为，只有在试验中才能更好的掌握单片机的应用。此次课程设计将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神，作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。通过一段时间的学习，使我对所学的理论知识有了更深的了解。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。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，20062 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，20103 张桐，陈国顺，王正林精通LabVIEW程序设计北京：电子工业出版社，20084 腾龙科技，彭勇，潘晓烨，谢龙汉LabVIEW虚拟仪器设计及分