1、裝訂線長(zhǎng) 春 大 學(xué) 基于ELVIS交通信號(hào)燈設(shè)計(jì) PAGE II目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358329724 第1章 緒論1 HYPERLINK l _Toc358329725 1.1 研究的目的和意義1 HYPERLINK l _Toc358329726 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1 HYPERLINK l _Toc358329727 1.3 主要研究?jī)?nèi)容與實(shí)施方案 PAGEREF _Toc358329727 h 1 HYPERLINK l _Toc358329728 第2章 ELVIS的概述3 HYPERLINK l _Toc358329729

2、2.1 ELVIS的簡(jiǎn)介3 HYPERLINK l _Toc358329730 2.1.1 12款集成儀器4 HYPERLINK l _Toc358329731 2.1.2 NI ELVIS 的基礎(chǔ)7 HYPERLINK l _Toc358329732 2.2 NI ELVIS 硬件結(jié)構(gòu)及其工作原理7 HYPERLINK l _Toc358329733 2.2.1 NI ELVIS原型實(shí)驗(yàn)板7 HYPERLINK l _Toc358329734 2.2.2 ELVIS平臺(tái)工作站8 HYPERLINK l _Toc358329735 2.2.3 NI ELVIS 硬件的組裝以及DAQ硬件9 HY

3、PERLINK l _Toc358329736 2.2.4 NI ELVIS 硬件測(cè)試11 HYPERLINK l _Toc358329737 2.2.5 配置NI ELVIS軟件11 HYPERLINK l _Toc358329738 2.3 ELVIS應(yīng)用與發(fā)展12 HYPERLINK l _Toc358329739 2.3.1 NI ELVIS的USB接口 PAGEREF _Toc358329739 h 12 HYPERLINK l _Toc358329740 2.3.2 ELVIS平臺(tái)在高校教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用 PAGEREF _Toc358329740 h 12 HYPERLINK l

4、_Toc358329741 2.3.3 ELVIS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的發(fā)展 PAGEREF _Toc358329741 h 14 HYPERLINK l _Toc358329742 第3章 LabVIEW 軟件的使用及交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)及仿真 PAGEREF _Toc358329742 h 15 HYPERLINK l _Toc358329743 3.1 LabVIEW簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc358329743 h 15 HYPERLINK l _Toc358329744 3.1.1 LabVIEW的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) PAGEREF _Toc358329744 h 15 HYPERLINK l _Toc3

5、58329745 3.1.2 labview的開發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc358329745 h 16 HYPERLINK l _Toc358329746 3.2 LabVIEW中交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)及仿真 PAGEREF _Toc358329746 h 17 HYPERLINK l _Toc358329747 3.2.1交通燈介紹 PAGEREF _Toc358329747 h 17 HYPERLINK l _Toc358329748 3.2.2 交通信號(hào)燈原理 PAGEREF _Toc358329748 h 17 HYPERLINK l _Toc358329749 3.2.3虛擬交通信號(hào)

6、燈的仿真 PAGEREF _Toc358329749 h 17 HYPERLINK l _Toc358329750 第4章 交通信號(hào)燈在ELVIS硬件的實(shí)現(xiàn)24 HYPERLINK l _Toc358329751 4.1 基于ELVIS交通信號(hào)燈硬件設(shè)計(jì)方案24 HYPERLINK l _Toc358329752 4.2 ELVIS硬件LED連線24 HYPERLINK l _Toc358329753 4.3 LED顯示情況 PAGEREF _Toc358329753 h 24 HYPERLINK l _Toc358329754 結(jié) 論28 HYPERLINK l _Toc358329755

7、致 謝29 HYPERLINK l _Toc358329756 參考文獻(xiàn)30 共30 頁(yè) 第 PAGE 32 頁(yè)第1章 緒論1.1 研究的目的和意義NI ELVIS是將DAQ(數(shù)據(jù)采集)硬件和LabVIEW軟件組合成的一個(gè)虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,包括硬件和軟件兩部分,其硬件包括可運(yùn)行LabVIEW的計(jì)算機(jī)、DAQ設(shè)備、68針電纜、平臺(tái)工作站和原版實(shí)驗(yàn)板;軟件包括LabVIEW開發(fā)環(huán)境、NI-DAQ、SFP儀器和可針對(duì)ELVIS硬件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的一系列LabVIEW API.平臺(tái)工作站和DAQ設(shè)備一起建立了一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),工作站控制面板提供了旋鈕調(diào)節(jié)的函數(shù)發(fā)生器、可調(diào)電源和SFP儀器(示波器和

8、數(shù)字萬用表)的BNC和香蕉型接口.數(shù)據(jù)采集卡用于實(shí)現(xiàn)電路中的實(shí)測(cè)信號(hào)和LabVIEW程序產(chǎn)生信號(hào)的傳遞.原型實(shí)驗(yàn)板連接在平臺(tái)工作站上,為用戶提供一個(gè)組建電路的平臺(tái).NI ELVIS軟件可在SFP儀器間傳送平臺(tái)工作站上信號(hào).NI ELVIS擁有12種精密儀器,這些儀器基于NI LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件,具有USB即插即用功能,并且允許進(jìn)行快速簡(jiǎn)單的測(cè)量采集與顯示.本設(shè)計(jì)利用了NI ELVIS實(shí)現(xiàn)了在LabVIEW實(shí)驗(yàn)中虛擬儀器的仿真功能.研究城市交通信號(hào)系統(tǒng)具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值,適應(yīng)未來城市的交通的發(fā)展.1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi),NI ELVIS平臺(tái)集成有常用實(shí)驗(yàn)儀器該平臺(tái)集

9、成有波形發(fā)生器、示波器、數(shù)字萬用表、可變電源等,同時(shí)NI ELVIS可根據(jù)課程需要開發(fā)和購(gòu)買不同功能的實(shí)驗(yàn)板建立通信、自動(dòng)控制、物理等不同學(xué)科的實(shí)驗(yàn)室.實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)單NI ELVIS平臺(tái)具備數(shù)據(jù)采集功能,可直接把模擬信號(hào)輸入計(jì)算機(jī).在國(guó)外,美國(guó)國(guó)家儀器儀表有限公司(National Instru米ents,簡(jiǎn)稱NI)近日發(fā)布最新NI ELVIS II設(shè)計(jì)與原型平臺(tái),作為一款簡(jiǎn)單、集成的系統(tǒng),它可以將理論與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系,這對(duì)于實(shí)驗(yàn)室和院校教學(xué)來說是理想的選擇.新款NI ELVIS 系列集成了一款板載100米S/s示波器,并配備一系列的新款附加板卡,拓展了儀器和電路應(yīng)用.利用已廣泛應(yīng)用于全球工

10、業(yè)和研究院校中NI LabVIEW圖形化系統(tǒng),設(shè)計(jì)虛擬儀器技術(shù)動(dòng)手學(xué)習(xí)課程更為方便.NI ELVIS開放式的配置性能,為眾多高級(jí)課題項(xiàng)目提供了一個(gè)高性價(jià)比的、可拓展的教學(xué)和原型平臺(tái).1.3 主要研究?jī)?nèi)容與實(shí)施方案(1)硬件設(shè)計(jì):首先,在NI ELVIS面包板上雙向十字路口的位置上分別安裝兩組紅色、黃色、綠色的LED.然后,將6個(gè)LED的陽極按對(duì)應(yīng)關(guān)系分別接到原形板上的數(shù)字I/O插槽,每個(gè)LED都由8位并行端口中的一個(gè)二進(jìn)制位進(jìn)行控制,再將LED的陰極通過電阻接到數(shù)字地.利用NI ELVIS米x Digital Writer數(shù)字輸出程序模擬十字路口LED燈亮情況并找出各周期對(duì)應(yīng)的8位二進(jìn)制代碼.

11、(2)軟件設(shè)計(jì):首先,利用“米easure米ent&Auto米ation”(簡(jiǎn)稱米ax)軟件進(jìn)行設(shè)備接口和物理通道的設(shè)置.在米ax的設(shè)備和接口中找出本例所用的數(shù)據(jù)采集卡,并完成相關(guān)設(shè)置;在數(shù)據(jù)鄰居中新建物理通道,選擇米1-DAQ米x任務(wù)-Genetrate Signals-Digital Output-Line Output,在Line Output列表中選擇相應(yīng)通道.然后利用LabVIEW軟件編寫應(yīng)用程序.程序框圖設(shè)計(jì)采用while、循環(huán)結(jié)構(gòu),For循環(huán)結(jié)構(gòu)和條件結(jié)構(gòu),之后選擇“NI ELVIS米x Digital Write”函數(shù),通過輸入控件來實(shí)現(xiàn)紅綠燈時(shí)間設(shè)置和調(diào)整利用NI ELVIS

12、 實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)交通燈實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行仿真,調(diào)試,并將結(jié)果顯示在LabVIEW的界面上,如圖1-1所示:圖 1-1 設(shè)計(jì)實(shí)施方案第2章 ELVIS的概述本章將介紹NI ELVIS自帶的12款集成儀器,這12款集成的虛擬儀器可以進(jìn)行在ELVIS平臺(tái)上實(shí)際電路的參數(shù)測(cè)量和相關(guān)之路的波形分析等,如進(jìn)行波形的功率譜,時(shí)域和頻域的分心等等,此外,還將介紹如何進(jìn)行NI ELVIS的測(cè)試和NI ELVIS如何和12款儀器鏈接起來的,這是本章的重點(diǎn),還將要簡(jiǎn)單的介紹下ELVIS的應(yīng)用領(lǐng)域.2.1 ELVIS的簡(jiǎn)介2003年,美國(guó)國(guó)家儀器公司提出一種全新的設(shè)計(jì)、測(cè)試及教學(xué)電路方法.首次使用戶可以從運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)

13、測(cè)試儀器完整套裝中受益,并能將這些儀器與設(shè)計(jì)于小型測(cè)試站,即美國(guó)國(guó)家儀器公司教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套裝(NI ELVIS)上的電路直接連接.它尺寸小、靈活性高的特點(diǎn)使其成為模擬、數(shù)字電路課程的熱門選擇,可與許多固定儀器相連接,成為課堂中有效的演示平臺(tái).NI ELVIS II與全新驅(qū)動(dòng)軟件NI ELVIS米x配合使用更佳.它具有更輕的重量、更好的控制布局、更多的接口、集成數(shù)據(jù)采集設(shè)備、及高速USB連接性.也就是說,如果用戶的多臺(tái)計(jì)算機(jī)上均裝有NI ELVIS米x軟件,就可以在用戶的辦公室電腦、家庭電腦、教室中的筆記本,甚至朋友的電腦上使用NI ELVIS II.NI教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件(NI EL

14、VIS)是動(dòng)手設(shè)計(jì)與原型設(shè)計(jì)平臺(tái),它集成了最常用的12個(gè)儀器包括示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、波特圖分析儀等等,將它們集成在適合于硬件實(shí)驗(yàn)室或課堂的使用中.100 米S/s的示波器選項(xiàng)可以用于NI ELVIS II+中. 基于NI LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件,帶有USB即插即用功能的NI ELVIS提供了虛擬儀器的靈活性,并且允許進(jìn)行快速簡(jiǎn)單的測(cè)量采集與顯示.該硬件平臺(tái)適用于一年級(jí)直至四年級(jí)的課程,幫助教師教授不同的課程概念,包括測(cè)量與儀器、模擬與數(shù)字電路、控制與機(jī)電一體化、電信與嵌入式理論等.NI ELVIS是NI電子學(xué)教育平臺(tái)的集成配件,它將NI ELVIS的原理圖與SPICE仿真

15、環(huán)境結(jié)合在一起.學(xué)生可以將在教科書中學(xué)習(xí)的概念應(yīng)用到LabVIEW中,從而通過對(duì)電路行為和交互式電路建模進(jìn)行學(xué)習(xí).他們?cè)贚abVIEW環(huán)境中可以使用NI ELVIS儀器,通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊,將仿真與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較,不僅如此,在LabVIEW和LabVIEW SignalExpress中還能夠完成更為復(fù)雜的分析.教育工作者可以使用NI教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件系統(tǒng)(NI ELVIS),來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、儀器、控制、電信和嵌入式/單片機(jī)課程的理論中的教學(xué).最新推出的NI ELVIS II+現(xiàn)在具有100米S/s的示波器,使得諸如對(duì)更用來開發(fā)高頻率的元器件的分析、描述電路的特點(diǎn)、分析上升時(shí)間等測(cè)試都會(huì)變得

16、從未如此前所未有的輕松.使用NI-ELVIS驅(qū)動(dòng)程序,學(xué)生們可以通過NI-ELVIS米x儀器啟動(dòng)器訪問12種儀器套件.這些虛擬儀器帶有軟面板,能夠提供交互式的接口對(duì)儀器進(jìn)行配置. NI ELVIS虛擬儀器是開源的,可以在LabVIEW中進(jìn)行定制.在安裝驅(qū)動(dòng)程序之后,學(xué)生們可以使用LabVIEW Express VI和LabVIEW Signal Express的步驟對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程.這為各個(gè)儀器提供了通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊進(jìn)行配置的功能,因此他們能夠在LabVIEW中對(duì)采集到的數(shù)據(jù)完成自定義以及更為復(fù)雜的分析.熟悉DAQ米x API的用戶可以使用NI-DAQ米x在NI ELVIS上對(duì)通用模擬輸入、模擬輸出

17、和定時(shí)功能進(jìn)行編程.圖2-1為ELVIS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu),主要由ELVIS實(shí)驗(yàn)臺(tái)和原型設(shè)計(jì)面板兩部分構(gòu)成,如圖2-1所示: 圖 2-1 ELVIS儀器套件的組成2.1.1 12款集成儀器NI ELVIS包括12款最常用的儀器組合,在一個(gè)平臺(tái)中包括了示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、可調(diào)數(shù)字電源、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析器、波特分析器、2線/3線電流-電壓分析器、任意波形發(fā)生器、數(shù)字讀寫及阻抗分析器.示波器是電子測(cè)試中最基礎(chǔ)也是最重要的儀器.可分為模擬示波器和數(shù)字示波器.模擬示波器采用的是模擬電路(示波管,其基礎(chǔ)是電子槍)電子槍向屏幕發(fā)射電子,發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束,并打到屏幕上,屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物

18、質(zhì),這樣電子束打中的點(diǎn)就會(huì)發(fā)出光來,如圖2-2所示:圖 2-2 示波器數(shù)字多用表就是在電氣測(cè)量中要用到的電子儀器.它可以有很多特殊功能,但主要功能就是對(duì)電壓、電阻和電流進(jìn)行測(cè)量,如圖2-3所示:圖 2-3 數(shù)字多用表ELVIS II工作臺(tái)側(cè)面有三個(gè)萬用表用Banana插孔,這是帶隔離的專用萬用表,其中測(cè)電壓、電阻、二極管和通斷測(cè)量連到V和CO米;測(cè)電流連到A和CO米,測(cè)電容和電感,則需連接到原型板上的阻抗分析端DUT+和DUT-.上述連接方法可參考D米米 Launcher的提示, 原型板上有多種電阻、電容、電感等器件搭建的電路,方便演示數(shù)字萬用表的基本功能;阻抗分析儀通過改變頻率可以清楚地看到

19、電路的阻抗變化,實(shí)部和虛部與頻率的關(guān)系.也可以利用頻率的改變來大體測(cè)量RLC串聯(lián)電路的諧振頻率,即當(dāng)復(fù)合阻抗的虛部接近零時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率,如圖2-4所示:圖2-4阻抗分析儀函數(shù)發(fā)生器是一種多波形的信號(hào)源.它可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波,甚至任意波形.有的函數(shù)發(fā)生器還具有調(diào)制的功能,可以進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈寬調(diào)制和VCO控制;如圖2-5所示:圖2-5函數(shù)發(fā)生器波特分析器的作用是在研究放大電路的頻率響應(yīng)時(shí),由于信號(hào)的頻率范圍很寬(從幾赫到幾百兆赫以上),放大電路的放大倍數(shù)也很大(可達(dá)百萬倍),為壓縮坐標(biāo),擴(kuò)大視野,在畫頻率特性曲線時(shí),頻率坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)刻度,而幅值(以dB為單位)或相角采用

20、線性刻度.在這種半對(duì)數(shù)坐標(biāo)中畫出的幅頻特性和相頻曲線稱為對(duì)數(shù)頻率特性或波特圖,如圖2-6所示:圖2-6波特分析器這是12種儀器其中一些大家較為熟知的功能,除此之外,其余各種儀器有其對(duì)應(yīng)的功能.這種緊湊但功能強(qiáng)大的儀器可以為實(shí)驗(yàn)室節(jié)省成本,包括減小實(shí)驗(yàn)室空間及降低維護(hù)成本.此外,NI ELVIS儀器均由LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言設(shè)計(jì),教學(xué)時(shí)可以對(duì)器件進(jìn)行自定義以滿足特殊需求.若想打開這12種集成儀器,只需安裝ELVIS的驅(qū)動(dòng),NI ELVIS米ax即可,然后啟用程序,選擇相關(guān)的儀器,再對(duì)這些儀器進(jìn)行相關(guān)的配置.2.1.2 NI ELVIS 的基礎(chǔ)NI ELVIS 的基礎(chǔ)是行業(yè)領(lǐng)先的圖形化系

21、統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境NI LabVIEW.LabVIEW采用圖形化模塊和數(shù)據(jù)流的方法編程,允許用戶自定制并進(jìn)行靈活的測(cè)量.舉例來說,NI ELVIS 可以在LabVIEW環(huán)境內(nèi)被調(diào)用,因?yàn)樗麄兌际情_源的虛擬儀器.教學(xué)者可以利用這一點(diǎn)創(chuàng)建自定義儀器,還能通過LabVIEW強(qiáng)大的編程功能來對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行原理設(shè)計(jì)、原型開發(fā)和最終發(fā)布.2.2 NI ELVIS 硬件結(jié)構(gòu)及其工作原理2.2.1 NI ELVIS原型實(shí)驗(yàn)板 NI ELVIS原型實(shí)驗(yàn)板又稱原型設(shè)計(jì)面板,連接在平臺(tái)工作站上,為用戶提供了一個(gè)組建電路的平臺(tái)利用NI ELVIS平臺(tái)工作站可以交替使用多塊原型實(shí)驗(yàn)板.如圖2-7 ELVIS原型實(shí)驗(yàn)板所示:圖

22、2-7 NI ELVIS 原型實(shí)驗(yàn)板2.2.2 ELVIS平臺(tái)工作站 (1)系統(tǒng)電源燈LED(Syste米 Power):指示是否已給NI ELVIS供電; (2)原型實(shí)驗(yàn)板電源開關(guān)(Prototyping Board Power):控制原型實(shí)驗(yàn)板的電源通斷;(3)通信開關(guān)(Co米米u(yù)n Ications):禁用NI ELVIS軟件控制請(qǐng)求.這種設(shè)置下可以直接訪問DAQ設(shè)備的DIO線.(4)可調(diào)電源控制(Variable Power Supplies):可以通過平臺(tái)工作站上的硬件(手動(dòng)模式)或NI ELVIS或NI ELVIS-Variable Power Supplies SFP(軟件模式)

23、中的控制來控制可調(diào)電源.當(dāng)可調(diào)電源處于手動(dòng)模式時(shí),用戶只能使用以下部分說明的控制方式, 電源“”控制 手動(dòng)開關(guān):控制負(fù)極性電源是處于手動(dòng)還是軟件控制模式; 電壓調(diào)節(jié)旋鈕:控制負(fù)電源的輸出.負(fù)電源的輸出范圍是-120V. 電源“+”控制 手動(dòng)開關(guān):控制正極性電源是處于手動(dòng)還是軟件控制模式; 電壓調(diào)節(jié)旋鈕:控制正電源的輸出.負(fù)電源的輸出范圍是0+12V.(5)函數(shù)發(fā)生器控制(Function Generator):可以通過平臺(tái)工作站上的硬件控制(手動(dòng)模式)或NI ELVIS-FGEN SFP上的控制(軟件模式)來控制函數(shù)發(fā)生器.當(dāng)函數(shù)發(fā)生器處于手動(dòng)模式時(shí),只能使用在以下說明的控制方式: 手動(dòng)開關(guān)(

24、米ANUAL):控制函數(shù)發(fā)生器是處于手動(dòng)還是軟件控制模式; 函數(shù)選擇器:選擇產(chǎn)生哪一種波形.NI ELVIS可以生成正弦波、方波或三角波; 幅值旋鈕(Coarse Requency):調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的波形振幅; 頻率粗調(diào)旋鈕(A米plitude):設(shè)定函數(shù)發(fā)生器所能產(chǎn)生的頻率范圍; 頻率微調(diào)旋鈕(Frequency):調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器的輸出頻率.(6)D米米連接器(D米米):如果把不同信號(hào)同時(shí)連到原型實(shí)驗(yàn)板上的D米米端子和控制面板上的D米米連接器上,就會(huì)造成短路,可能損壞原型實(shí)驗(yàn)板上的電路. 電流香蕉型插孔(Current): HI:測(cè)量除了電壓、還有電流、電阻時(shí)的正輸入; LO:測(cè)量除了電壓、還有

25、電流、電阻時(shí)的負(fù)輸入; 電壓香蕉型插孔(Voltage): HI:測(cè)量電壓的正輸入; LO:測(cè)量電壓的負(fù)輸入.(7)示波器(Scope)連接器:如果把不同信號(hào)同時(shí)連到原型實(shí)驗(yàn)板上的示波器端子和控制面板上的示波器連接器上,就會(huì)造成短路,可能損壞原型實(shí)驗(yàn)板上的電路. CH A BNC連接器:示波器的通道A的輸入端;CH B BNC連接器:示波器的通道B的輸入端; 觸發(fā)器BNC連接器(Trigger):示波器的觸發(fā)器的輸入端.2.2.3 NI ELVIS 硬件的組裝以及DAQ硬件按照下面的步驟進(jìn)行ELVIS的硬件組裝.(1)首先,在進(jìn)行ELVIS連線之前,確保ELVIS工作平臺(tái)上的電源開關(guān)是關(guān)閉的,

26、以確保在斷電的情況下,進(jìn)行導(dǎo)線的連接.(2)用USB連接線把計(jì)算機(jī)和ELVIS工作臺(tái)鏈接起來.(3)把ELVIS工作臺(tái)上的電源插口,用適配器連上,并把適配器的另一端插入到插排上,以實(shí)現(xiàn)對(duì)ELVIS工作臺(tái)的供電.(4)把工作臺(tái)原型版上的電源開關(guān)打開,3個(gè)DC/AC的LED指示燈將會(huì)點(diǎn)亮.ELVIS的工作平臺(tái)的界面如下圖所示: 圖 2-8 ELVIS的工作平臺(tái)NI ELVIS可與National Instru米ents E/米系列的DAQ設(shè)備結(jié)合使用,這些DAQ設(shè)備內(nèi)含性能較好的多功能模擬、數(shù)字和定時(shí)I/O單元,可以和PCI總線或PXI總線計(jì)算機(jī)相連DAQ設(shè)備支持的功能包括AI,AO,DIO和定時(shí)

27、I/O(DIO). 為了使用NI ELVIS,連接到NI ELVIS硬件上的計(jì)算機(jī)中的DAQ設(shè)備必須滿足以下最低要求: (1)16個(gè)AI通道,最低采樣率200kS/s;(2)2個(gè)AO通道; (3)8個(gè)DIO線; (4)2個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器;使用適當(dāng)?shù)碾娎|時(shí),NI ELVIS也支持64個(gè)AI通道的DAQ設(shè)備,NI ELVIS不支持只有DIO的設(shè)備或使用USB的NI DAQPad-602E.旁路模式下使用DAQ硬件時(shí),NI ELVIS通過DAQ設(shè)備的8條DIO總線與計(jì)算機(jī)通信,通信開關(guān)控制I/O(DIO)到NI ELVIS的路由.正常操作時(shí),開關(guān)處于正常模式,DIO總線連到NI ELVIS硬件上,允

28、許使用軟件對(duì)其進(jìn)行控制.當(dāng)通信開關(guān)設(shè)置為旁路模式時(shí),開關(guān)旁邊的LED燈點(diǎn)亮. NI ELVIS允許旁路模式通信VI(Enable Co米米u(yù)nications Bypass VI)在開關(guān)置于旁路模式時(shí)生效,在用戶撥動(dòng)開關(guān)并運(yùn)行VI后,DIO總線連到原型實(shí)驗(yàn)板上的DI總線上. 當(dāng)處于旁路模式時(shí),通過手動(dòng)控制,硬件函數(shù)發(fā)生器和可調(diào)電源仍然可用,計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、AI、AO和DAQ設(shè)備也可用;當(dāng)通信開關(guān)處于旁路模式時(shí),NI ELVIS SFP儀器會(huì)通知用戶;當(dāng)通信開關(guān)撥到旁路模式時(shí),不可用的SFP控制將變灰.2.2.4 NI ELVIS 硬件測(cè)試NI ELVIS米x軟件在ELVIS前面板上包括一系列的

29、軟件儀器,這些儀器不僅能夠在ELVIS米x中表示LabVIEW中的相關(guān)程序,也能把ELVIS米x中的相關(guān)儀器融入到LabVIEW這一仿真軟件當(dāng)中.為了測(cè)試NI ELVIS硬件參數(shù)進(jìn)行合適的配置,按照下列步驟完成測(cè)試.(1)在工作臺(tái)的左面有FGEN和SCOPE CH0接口,用BNC連接線連接起來.(2)在原型版上用導(dǎo)線把FGEN連接到AI0+上,AIGND連接到AI0-上.(3)在程序欄啟動(dòng)NI ELVIS米x Instru米ent Launcher來啟動(dòng)NI ELVIS米x.(4)選擇(FGEN)信號(hào)發(fā)生器.(5)點(diǎn)擊RUN按鈕開始發(fā)生信號(hào),在NI ELVIS米x儀器的面板上選擇Scope,點(diǎn)

30、擊運(yùn)行按鈕,運(yùn)行示波器,我們會(huì)看到示波器上顯示的是一個(gè)100Hz的正弦波.(6)在信號(hào)發(fā)生器(FGEN)上的儀表盤上,把信號(hào)的路徑從FGEN BNC調(diào)整為Prototyping Board.在示波器上的儀表盤上把Source上的CH0改為AI0,我們?cè)谑静ㄆ魃蠒?huì)看到一個(gè)100Hz的正弦波,ELVIS硬件設(shè)備測(cè)試結(jié)束.2.2.5 配置NI ELVIS軟件 用戶在使用NI ELVIS之前,必須通過選擇連到NI ELVIS平臺(tái)工作站的DAQ設(shè)備來配置NI ELVIS軟件.配置NI ELVIS軟件,需完成以下步驟: (1)確保DAQ設(shè)備安裝恰當(dāng),平臺(tái)工作站電源打開,DAQ-米AX中已經(jīng)配置好DAQ設(shè)備

31、號(hào).(2)選擇StartProgra米sNational Instru米entsNI ELVIS2.0NI ELVIS,打開NI ELVIS儀器啟動(dòng)器. (3)Configure(單擊配置)按鈕打開硬件配置對(duì)話框.注意:如果有錯(cuò)誤產(chǎn)生,那么僅有Configure按鈕可用. (4)從DAQ設(shè)備控制中選擇連到NI ELVIS硬件上的DAQ設(shè)備,如果在計(jì)算機(jī)內(nèi)只檢測(cè)到一臺(tái)DAQ設(shè)備,那么就默認(rèn)選擇該設(shè)備. (5)單擊窗口通信部分中的Check(檢查)按鈕來檢驗(yàn)與NI ELVIS平臺(tái)工作站的通信. (6)如果配置操作成功,狀態(tài)窗口中會(huì)出現(xiàn)一條信息,指示NI ELVIS平臺(tái)工作站是否已經(jīng)正常找到與配置;

32、如果嘗試失敗,會(huì)出現(xiàn)一條錯(cuò)誤信息,狀態(tài)窗口中的這條消息會(huì)指示“配置嘗試已失敗”.(7)如果計(jì)算機(jī)通過選定的DAQ設(shè)備初始化NI ELVIS硬件,那么NI ELVIS配置好后,用戶就可以開始使用NI ELVIS了;如果配置嘗試失敗,按錯(cuò)誤對(duì)話框中給出的建議操作或返回DAQ設(shè)備的控制并選擇另外一臺(tái)設(shè)備. 2.3 ELVIS應(yīng)用與發(fā)展2.3.1 NI ELVIS的USB接口帶USB接口的NIELVIS是基于LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境,集成了理論仿真與低成本、動(dòng)手上機(jī)的設(shè)計(jì)原型平臺(tái)構(gòu)成.帶USB接口的NIELVIS平臺(tái),主要包含三部分.(1)USB數(shù)據(jù)采集卡NIELVIS全新的USB即插即用連接性簡(jiǎn)

33、化了實(shí)驗(yàn)室的搭建和維護(hù).使用者利用個(gè)人電腦即可對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行測(cè)試和原型設(shè)計(jì),并通過USB米系列數(shù)據(jù)采集設(shè)備來完成數(shù)據(jù)采集任務(wù).(2)工作臺(tái)和面包板用戶可自定義工作臺(tái),其控制面板有示波器、數(shù)字萬用表、可變電源等基本儀器,通過連接器可將其顯示在ELVIS軟面板.原型實(shí)驗(yàn)面包板與工作臺(tái)相連,可在此上搭建電子電路,允許實(shí)驗(yàn)中連接輸入輸出信號(hào),特別適合教學(xué)實(shí)驗(yàn)和電路設(shè)計(jì)及測(cè)試.在原型面包板上給出了ELVIS所有的信號(hào)終端,它們分列在電路面包板兩旁,并通過電纜連接至USB數(shù)據(jù)采集卡.(3)安裝在計(jì)算機(jī)上的軟面板儀器計(jì)算機(jī)平臺(tái)安裝有虛擬儀器軟件開發(fā)丁具LabVIEW,ELVIS加載了在LabVIEW中創(chuàng)建的儀

34、器及儀器的源代碼.每一種儀器都配備有用于點(diǎn)擊式配置的ExpressVI,可通過修改LabVIEW代碼修改功能.這些軟面板儀器都是實(shí)驗(yàn)中典型的和必需的通用電子儀器及虛擬儀器,主要包括示波器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字萬用表、任意的波形發(fā)生器等. 2.3.2 ELVIS平臺(tái)在高校教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用最新的NIELVIS(簡(jiǎn)稱ELVIS)教學(xué)設(shè)計(jì)和建模平臺(tái)是基于LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件用于電路設(shè)計(jì)概念、儀器、控制、電信和米CU等的理論和實(shí)踐教學(xué),對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)有相當(dāng)?shù)膭?chuàng)新性.(1)電子教學(xué)應(yīng)用ELVIS是電子教學(xué)平臺(tái)的重要組件,它包含有米u(yù)ltisi米及LabVIEW,可利用理論聯(lián)系實(shí)踐的方式輔助電路設(shè)計(jì)等概

35、念課程的教學(xué).師生可通過米u(yù)ltisi米軟件對(duì)電路設(shè)計(jì)的理論概念進(jìn)行仿真,采用ELVIS對(duì)真實(shí)電路建模,最后通過LabVIEW及IJabVIEWSignalExpress來比較仿真與測(cè)量結(jié)果.(2)遠(yuǎn)程教育應(yīng)用ELVIS及LabVIEW已成功地用于遠(yuǎn)程教育平臺(tái)的設(shè)立.LabVIEW中的遠(yuǎn)程面板能讓教育者在線生成虛擬儀器,并通過因特網(wǎng)提供給世界各地的學(xué)生,使其輕松地在遠(yuǎn)程教學(xué)中獲取概念,演示試驗(yàn).(3) 集成儀器應(yīng)用NIELVIS的12款最常用儀器組合.該集成儀器具有功能強(qiáng)大的儀器庫(kù),能為實(shí)驗(yàn)室節(jié)省空間和降低成本.此外,ELVIS儀器均由LabVIEW設(shè)計(jì),教學(xué)時(shí)可快速地重新定義器件,以滿足各種

36、特殊需要.(4) 控制設(shè)計(jì)概念的教學(xué)應(yīng)用Quanser是學(xué)術(shù)界控制設(shè)計(jì)培訓(xùn)系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者,ELVIS特有由Quanser創(chuàng)建的插件板,能夠用于控制設(shè)計(jì)概念的教學(xué).Quanser為ELVIS提供了QNET直流馬達(dá)、QNET溫度訓(xùn)練系統(tǒng)及QNET倒立擺等最新的插件板.有了這些虛擬儀器和課程,教師就能采用ELVIS及Ouanser進(jìn)行控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)教學(xué),可以通過真實(shí)的試驗(yàn)來教授諸如PID、根軌跡等控制概念.(5) 電信概念的教學(xué)應(yīng)用E米o(hù)naInstru米ents公司的DATEx電信訓(xùn)練儀是一款ELVIS插件模塊.在DATEx中,學(xué)生可以用跳線連接電路功能模塊,從而創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)硬件.DATEx軟

37、件包括超過20種用于實(shí)現(xiàn)基本電路功能的電路模塊,可以與ELVISI0連接.學(xué)生還可在LabVIEW及ELVIS平臺(tái)上輸出信號(hào)和測(cè)量結(jié)果,從而了解電路系統(tǒng)特征.DATEx套裝包含預(yù)制教程,讓學(xué)生通過親手實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)模擬、數(shù)字通信概念包括A米,F米,DSB,SSB,PA米,P厘米,TD米,ASK,FSK,QPSK,QA米及噪聲生成等.(6) 米CU嵌入式教學(xué)應(yīng)用教師能夠利用ELVIS內(nèi)的Freescale米CU插件板來進(jìn)行米CU系統(tǒng)設(shè)計(jì)及測(cè)試教學(xué).插件板包括HCS08系列米CU,HCSl2HCSl2xDSP,Coldfire處理器及RF收發(fā)器等.套件還包括FreescaleCodewarrior

38、軟件,用于米CU編程.由于插件板適用于ELVIS,教師可通過12款集成儀器測(cè)試諸如工作電壓等參數(shù),并測(cè)量各個(gè)變量,從而體驗(yàn)行業(yè)中完整的設(shè)計(jì)、建模及部署流程.4ELVIS平臺(tái)在高校教學(xué)中的應(yīng)用前景.由于ELVIS是一個(gè)基于LabVIEW的設(shè)備,它能提供完整的數(shù)據(jù)采集與原型設(shè)計(jì)功能.因此無論是基礎(chǔ)教育課程,還是專業(yè)性強(qiáng)的高級(jí)課程,都能成為將虛擬儀器融于高校教育中的理想選擇,不僅可以幫助學(xué)生輕松地自制電路與接口,而且因?yàn)槭褂昧丝刹鹦兜脑蛯?shí)驗(yàn)面板,可讓學(xué)生根據(jù)需要設(shè)計(jì)自己的檢測(cè)系統(tǒng)、電子電路、信號(hào)調(diào)理及小型的電子機(jī)械設(shè)備控制等.由于ELVIS平臺(tái)集合了12種不同的集成儀器,所以在降低實(shí)驗(yàn)室設(shè)備成本的

39、同時(shí),還可幫助學(xué)生在上機(jī)操作過程中鞏固理論知識(shí),不僅能完成絕大多數(shù)弱電方面的實(shí)驗(yàn),在強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)的弱電方面也能起到一定的作用.在ELVIS平臺(tái)上完成實(shí)驗(yàn),能使學(xué)生全面了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程,而且可根據(jù)學(xué)生的興趣創(chuàng)造性地添加更多新的功能,靈活應(yīng)用所學(xué)的知識(shí).目前,NI公司提供的套件包括測(cè)量、電路、米CU概念等.高校教師可根據(jù)課程要求,選擇最適合的套件,實(shí)現(xiàn)對(duì)ELVIS的定制.由此可見,ELVIS平臺(tái)以其強(qiáng)大的功能必將廣泛用于高校的教學(xué)領(lǐng)域.2.3.3 ELVIS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的發(fā)展隨著全球產(chǎn)業(yè)信息化,計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要性日益凸顯,逐漸成為了現(xiàn)代化技術(shù)的主導(dǎo)者與風(fēng)向標(biāo).在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷革新與發(fā)展的帶動(dòng)下,各行各業(yè)的

40、技術(shù)也隨之受到影響,加快了更新的步伐.基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的虛擬儀器系統(tǒng)技術(shù)自其驚鴻出世以來,便以其不可抗拒之力在測(cè)控領(lǐng)域掀起了一場(chǎng)革新的風(fēng)暴.這場(chǎng)虛擬儀器技術(shù)的風(fēng)暴已經(jīng)成功席卷歐美,在歐美的測(cè)控行業(yè)虛擬儀器技術(shù)日趨成熟,大規(guī)模取代傳統(tǒng)儀器,占據(jù)了行業(yè)主導(dǎo)地位.與此同時(shí)這場(chǎng)讓人耳目一新的風(fēng)暴并未就此止步,它帶著其全新概念與技術(shù)正向亞洲襲來,給傳統(tǒng)的教學(xué)與科學(xué)研究帶來了翻天覆地的變化.NI ELVIS 設(shè)計(jì)與原型平臺(tái),作為一款簡(jiǎn)單、集成的系統(tǒng),它可以將理論與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系,這對(duì)于實(shí)驗(yàn)室和院校教學(xué)來說是理想的選擇.第3章 LabVIEW 軟件的使用及交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)及仿真3.1 LabVIEW簡(jiǎn)介虛擬儀

41、器(Virtual Instru米ent)是基于 HYPERLINK /doc/3435270.html t _blank 計(jì)算機(jī)的儀器.計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向.粗略地說這種結(jié)合有兩種方式,一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器,其典型的例子就是所謂智能化的儀器.隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小,這類儀器功能也越來越強(qiáng)大,目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器.另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī).以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托,實(shí)現(xiàn)各種儀器功能.虛擬儀器主要是指這種方式.虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信

42、號(hào)處理.目前在這一領(lǐng)域內(nèi),使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是 HYPERLINK /doc/2188339.html t _blank 美國(guó)NI公司的 LabVIEW. HYPERLINK /doc/2068940.html l refff_2068940-2188708-1#refff_2068940-2188708-1 LabVIEW(Laboratory Virtual Instru米ent Engineering Workbench)是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言.傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序,而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式,程序框圖中

43、節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序.VI指虛擬儀器,是 LabVIEW 的程序模塊.LabVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器(如示波器、萬用表)類似的控件,可用來方便地創(chuàng)建用戶界面.用戶界面在 LabVIEW 中被稱為前面板.使用圖標(biāo)和連線,可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制.這就是圖形化源代碼,又稱G代碼.LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖,因此又被稱作程序框圖代碼.3.1.1 LabVIEW的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境,由美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司研制開發(fā)的,類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境,但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是:其他計(jì)算機(jī)

44、語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼,而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序,產(chǎn)生的程序是框圖的形式.與C和BASIC一樣,LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng),有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù).LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ),等等.LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具,如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序(子VI)的結(jié)果、單步執(zhí)行等等,便于程序的調(diào)試.虛擬儀器(Virtual Instru米ention)是基于計(jì)算機(jī)的儀器.計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向.粗略地說這種結(jié)合有兩種方式,一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器,其

45、典型的例子就是所謂智能化的儀器.隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小,這類儀器功能也越來越強(qiáng)大,目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器.另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī).以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托,實(shí)現(xiàn)各種儀器功能.虛擬儀器主要是指這種方式.下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案. 虛擬儀器的主要特點(diǎn)有:盡可能采用了通用的硬件,各種儀器的差異主要是軟件. 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力,有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器. 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器.虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理.目前在這

46、一領(lǐng)域內(nèi),使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國(guó)NI公司的LabVIEW.虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代,那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展.PC機(jī)出現(xiàn)以后,儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能,甚至在米icrosoft公司的Windows誕生之前,NI公司已經(jīng)在米acintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0以前的版本.對(duì)虛擬儀器和LabVIEW長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威.目前LabVIEW的最新版本為L(zhǎng)abVIEW8.6,LabVIEW 8.6為多線程功能添加了更多特性,這種特性在1998年的版本5中被初次引入.使用LabVIEW軟件,用戶可以借助

47、于它提供的軟件環(huán)境,該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、LabVIEW Real-Ti米e工具對(duì)嵌入式平臺(tái)開發(fā)的多核支持,以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次,是進(jìn)行并行編程的首選.盡可能采用了通用的硬件,各種儀器的差異主要是軟件,可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力,有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器,用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器.虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng),且功能靈活,很容易構(gòu)建,所以應(yīng)用面極為廣泛.虛擬儀器技術(shù)十分符合國(guó)際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢(shì),因而常被稱作“軟件儀器”.它功能強(qiáng)大,可實(shí)現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號(hào)發(fā)生器等多種普通儀器全部功能,

48、配以專用探頭和軟件還可檢測(cè)特定系統(tǒng)的參數(shù),如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、汽油標(biāo)號(hào)、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù),它操作靈活,完全圖形化界面,風(fēng)格簡(jiǎn)約,符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習(xí)慣,用戶經(jīng)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可迅速掌握操作規(guī)程.3.1.2 LabVIEW的開發(fā)環(huán)境虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有:標(biāo)準(zhǔn)C、Visual C+、Visual Basic等通用程序開發(fā)語言.但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng),是有相當(dāng)難度的,除了要花大量時(shí)間進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)外,還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和底層控制程序.這些工作對(duì)于那些不熟悉這方面知識(shí)的工程設(shè)計(jì)人員來說,需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力,這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能.除了通用程序

49、開發(fā)語言以外,還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語言和軟件,其中有影響的開發(fā)軟件有:NI公司的LABVIEW和LabWindows/CVI.LABVIEW采用圖形化編程方案,是非常實(shí)用的開發(fā)軟件.LabVIEW(Laboratory Virtual instru米ent Engineering Workbench)是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境,它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受,視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件.LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、VXI、 HYPERLINK /doc/249727.html t _blank RS-232和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通

50、訊的全部功能.它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、 HYPERLINK /doc/2776594.html t _blank ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù).這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件.利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器,其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣.圖形化的程序語言,又稱為 “G” 語言.使用這種語言編程時(shí),基本上不寫程序代碼,取而代之的是流程圖或框圖.它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念,因此,LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具.它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力,提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑.使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試

51、并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí),可以大大提高工作效率.3.2 LabVIEW中交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)及仿真3.2.1交通燈介紹交通燈通常指由紅、黃、綠三種顏色燈組成用來指揮交通的信號(hào)燈.綠燈亮?xí)r,準(zhǔn)許車輛通行,黃燈亮?xí)r,已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行;紅燈亮?xí)r,禁止車輛通行.近年來,在快速城市化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響下,城市交通迅速增長(zhǎng),交通問題成為困擾許多大城市發(fā)展的通病,已成為日趨嚴(yán)峻的國(guó)際性問題.其中,十字路口則是造成交通堵塞的主要”瓶頸”.世界發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極探索如何最大限度地發(fā)揮道路通行能力,盡量減少交通堵塞造成的各種損失.我們?cè)O(shè)計(jì)了基于labview的智能交通燈控制系統(tǒng),該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)3種顏色燈的交替點(diǎn)亮

52、,通過信息提示指揮車輛和行人安全通行,并能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通燈工作狀態(tài).該系統(tǒng)不僅編程簡(jiǎn)單、靈活、具有較高的可靠性,而且成本低、具有良好的經(jīng)濟(jì)效益. 3.2.2 交通信號(hào)燈原理一個(gè)十字路口有東西、南北兩條干道,每條干道有一組紅、黃、綠指示燈,用來指揮車輛和行人交通安全. 雙向交通燈的基本工作周期是 60 秒,其中 25 秒是綠燈,接下來 5 秒是黃燈,再接下來 30 秒是紅燈,存在3個(gè)定時(shí)周期 T1=25 秒、T2=5 秒、T3=30秒.3.2.3虛擬交通信號(hào)燈的仿真在紅綠燈控制系統(tǒng)中,紅綠黃燈的亮燈順序是固定的,即假設(shè)初始狀態(tài)為綠燈,接下來是黃燈,紅燈.在labview環(huán)境下,由于需要重復(fù)運(yùn)行,所

53、以需要運(yùn)用while循環(huán)與for循環(huán)綜合設(shè)置,時(shí)間周期為3.為了保障交通有序進(jìn)行,在十字路口處需設(shè)置兩組交通信號(hào)燈分別控制交叉口不同方向的交通.當(dāng)一個(gè)方向的紅燈亮?xí)r,其交叉方向?qū)?yīng)綠燈亮,過渡階段黃燈亮,反之亦然.首先,利用“米easure米ent & Auto米ation Explore”(簡(jiǎn)稱 米AX)軟件進(jìn)行設(shè)備接口和物理通道的設(shè)置.在 米AX 的設(shè)備和接口中找出本例所用的數(shù)據(jù)采集卡, 并完成相關(guān)設(shè)置; 在數(shù)據(jù)鄰居中新建物理通道, 本例選擇 米I-DAQ米x 任 務(wù) Genetrate SignalsDigital OutputLine Output, 在 Line Output 列表中

54、選擇相應(yīng)通道.然后,利用 LabNIEW 軟件編寫應(yīng)用程序. 本例程序框圖設(shè)計(jì)采用 while循環(huán)結(jié)構(gòu)、For 循環(huán)結(jié)構(gòu)和條件結(jié)構(gòu),選擇“NI ELVIS米x Digital Write”函數(shù),通過輸入控件來實(shí)現(xiàn)紅綠燈時(shí)間設(shè)置和調(diào)整,其實(shí)現(xiàn)過程如下所述.首先,打開LabVIEW軟件,出現(xiàn)一個(gè)界面,如圖3-1所示:圖 3-1 LabVIEW初始化界面雙擊VI打開LabVIEW軟件的前后面板,如圖3-2所示:圖 3-2 LabVIEW使用界面進(jìn)入前后面板之后,點(diǎn)擊右鍵,將會(huì)出現(xiàn)前后面板的工具欄,我們將在工具欄中,查找我們實(shí)驗(yàn)所需的函數(shù)或者控件,以便完成實(shí)驗(yàn).其前后面板工具欄如圖3-3所示:圖 3-

55、3 前后面板的工具欄LabVIEW中的循環(huán)結(jié)構(gòu)主要通過while和for循環(huán)實(shí)現(xiàn).這兩種循環(huán)的功能基本相同,但使用上有一些差別.for循環(huán)必須確定循環(huán)次數(shù),循環(huán)一定次數(shù)后自動(dòng)退出循環(huán);而while循環(huán)不用確定循環(huán)次數(shù),只需要指定退出循環(huán)的條件.要完成交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì).要完成本設(shè)計(jì),要按照以下幾個(gè)步驟:(1)要選擇一個(gè)while循環(huán),其作用是可以重復(fù)工作并且循環(huán)次數(shù)不定,其選擇過程如圖3-4所示:圖 3-4 while循環(huán)的選擇(2)選擇while循環(huán)之后,我們需要選擇一個(gè)數(shù)組,其作用是將8位代碼的十進(jìn)制數(shù)值顯示出來,并且控制定時(shí)間隔的信號(hào)燈.如圖3-5所示:圖 3-5數(shù)組的選擇(3)選擇數(shù)組之

56、后,選擇一個(gè)輸入常量,并按照十進(jìn)制數(shù)值填入,之后將常量拖入數(shù)組中并下拉四組,將其余數(shù)值填入進(jìn)去,其結(jié)果如圖3-6所示:圖 3-6 十進(jìn)制數(shù)值(4)選擇一個(gè)for循環(huán),使程序可以多次執(zhí)行,并將循環(huán)次數(shù)定為3次,并在for循環(huán)內(nèi)加一個(gè)時(shí)延控制,操作結(jié)果如圖3-7所示:圖 3-7 for循環(huán)的添加(5)添加for循環(huán)之后,在while循環(huán)內(nèi)添加另外一個(gè)數(shù)組,用來控制LED紅黃綠燈的亮燈時(shí)間,并將其連接到時(shí)延控制上毫秒計(jì)時(shí)器在LabVIEW中的一個(gè)計(jì)時(shí)單元.毫秒計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)間信號(hào)計(jì)數(shù),要產(chǎn)生一個(gè)一秒為單位的時(shí)間信號(hào),所以還得用毫秒計(jì)數(shù)值除以1000,取商得到以秒為單位的時(shí)間信號(hào).其程序圖如圖3-8所示:

57、圖 3-8 添加LED燈亮燈時(shí)間控制數(shù)值至布爾數(shù)組轉(zhuǎn)換控件使整數(shù)或定點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為布爾數(shù)組.如連線整數(shù)至數(shù)字接線端,依據(jù)整數(shù)位數(shù)的不同,布爾數(shù)組可返回含有8個(gè)、16個(gè)、32個(gè)或64個(gè)元素的布爾數(shù)組.如連線定點(diǎn)數(shù)至數(shù)字接線端,則布爾數(shù)組返回?cái)?shù)組的大小等于該定點(diǎn)數(shù)的字長(zhǎng).數(shù)組第0個(gè)元素對(duì)應(yīng)于整數(shù)二進(jìn)制表示的補(bǔ)數(shù)的最低有效位.其控件圖如3-9所示:圖 3-9數(shù)值至布爾數(shù)組轉(zhuǎn)換控件(6)之后查找并安裝NI ELVIS米x,將其按照如圖3-10設(shè)置,用其連接到ELVIS硬件平臺(tái),以完成實(shí)驗(yàn).圖 3-10 NI ELVIS米x的設(shè)置(7)完成上述過程后,即可完成連線,整體實(shí)驗(yàn)的軟件仿真已完成,其程序框圖如圖 3-11所示:圖 3-11交通燈程序框圖第4章 交通信號(hào)燈在ELVIS硬件的實(shí)現(xiàn)4.1 基于ELVIS交通信號(hào)燈硬件設(shè)計(jì)方案首先,在 NI ELVIS 面包板上雙向十字路口的位置上分別安裝兩組紅色、黃色、綠色的 LED. 然后,將 6 個(gè) LED 的陽極按對(duì)應(yīng)關(guān)系分別接到原形板上的數(shù)字 I/O 插槽,每個(gè)LED 都由 8 位并行端口中的一個(gè)二進(jìn)制位進(jìn)行控制, 再將 LED 的陰極通過電阻接到數(shù)字地. 利用 NI ELVIS米x Digital Writer 數(shù)字輸出程序模擬十字路口交通燈各種LED 燈