第8章綜合項(xiàng)目實(shí)例8.1函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作8.2溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作8.3PXI可編程電阻板卡控制實(shí)現(xiàn)

8.1函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作

8.1.1項(xiàng)目目標(biāo)

應(yīng)用LabVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)虛擬信號(hào)發(fā)生器。

1)功能要求

(1)可產(chǎn)生10Hz～100MHz之間任意頻率的正弦波(SinWave)、方波(SquareWave)、三角波(TriangularWave)、鋸齒波(SawtoothWave)以及多頻波(MultipleFrequencyWave)。

(2)任意波形的發(fā)生(任意波形可實(shí)現(xiàn)公式輸入)。

(3)信號(hào)頻率、幅度、相位、偏移量可調(diào)節(jié)。

(4)方波占空比可調(diào)節(jié)。

2)設(shè)計(jì)要求

(1)設(shè)計(jì)前面板界面，建立友好的人機(jī)操作界面。

(2)畫出各功能模塊的程序框圖(ProgramChart)及流程圖(Flowchart)。

8.1.2項(xiàng)目分析

設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬信號(hào)發(fā)生器，首先要進(jìn)行前面板的設(shè)計(jì)。前面板的設(shè)計(jì)主要需要考慮信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)的功能。根據(jù)項(xiàng)目要求，除了產(chǎn)生基本函數(shù)信號(hào)、多波形外，還要對(duì)這些波形進(jìn)行頻譜分析和微積分變換。所以根據(jù)這些功能，在空間選板中選擇相應(yīng)的控件(ActiveX)放在前面板中相應(yīng)的位置。擺放也得有一定的要求，要簡(jiǎn)潔、美觀、實(shí)用。其次就是后臺(tái)程序的設(shè)計(jì)。這要用到函數(shù)模塊，根據(jù)本項(xiàng)目的要求選擇相應(yīng)的函數(shù)模塊，這里會(huì)用到波形生成模塊、微積分模塊、頻譜分析模塊以及相關(guān)其他函數(shù)模塊。由于程序一直在運(yùn)行，因此還會(huì)用到循環(huán)結(jié)構(gòu)。

8.1.3項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

1.設(shè)計(jì)框圖

根據(jù)對(duì)項(xiàng)目功能的分析，生成一個(gè)整體流程圖，如圖8-1所示。圖8-1整體流程圖

2.模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)主要分為以下5個(gè)模塊：波形產(chǎn)生模塊(基本波形、多頻信號(hào)等)、自相關(guān)函數(shù)演示模塊、頻譜分析模塊(虛擬正弦波頻譜分析模塊)、積分微分模塊(虛擬積分器與微分器)以及虛擬函數(shù)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)。

1)波形產(chǎn)生模塊

波形產(chǎn)生模塊包含基本波形產(chǎn)生、多頻信號(hào)產(chǎn)生、任意公式波形產(chǎn)生、噪聲信號(hào)產(chǎn)生四個(gè)小模塊。把這幾個(gè)小模塊放在一個(gè)Case結(jié)構(gòu)中就組成了本設(shè)計(jì)中波形產(chǎn)生模塊。

基本波形子模塊應(yīng)用基本函數(shù)發(fā)生器節(jié)點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波和鋸齒波四種信號(hào)，其程序框圖和前面板分別如圖8-2～圖8-6所示。

圖8-2四種基本波形產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-3正弦波波形產(chǎn)生模塊前面板

圖8-4三角波波形產(chǎn)生模塊前面板

圖8-5方波波形產(chǎn)生模塊前面板

圖8-6鋸齒波波形產(chǎn)生模塊前面板

多頻信號(hào)產(chǎn)生模塊的后臺(tái)程序框圖和前面板分別如圖8-7和圖8-8所示。圖8-7多頻信號(hào)產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-8多頻信號(hào)產(chǎn)生模塊前面板

任意公式波形產(chǎn)生模塊的后臺(tái)程序框圖和前面板分別如圖8-9和圖8-10所示。圖8-9任意公式波形產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-10任意公式波形產(chǎn)生模塊前面板

噪聲信號(hào)產(chǎn)生模塊后臺(tái)程序框圖和前面板分別如圖8-11～圖8-14所示。

圖8-11高斯白噪聲信號(hào)產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-12均勻白噪聲信號(hào)產(chǎn)生模塊程序框圖

圖8-13高斯白噪聲信號(hào)產(chǎn)生模塊前面板圖8-14均勻白噪聲信號(hào)產(chǎn)生模塊前面板

2)積分微分模塊

積分微分模塊的功能是觀察正弦波、方波或三角波在微分、積分前后的波形。這里給出的是對(duì)正弦波波形進(jìn)行積分、微分轉(zhuǎn)換的例子，其中積分和微分分別放在第二個(gè)Case結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分支中。虛擬正弦波積分器程序框圖和虛擬正弦波微分器程序框圖分別如圖8-15和圖8-16所示，虛擬正弦波積分器前面板和虛擬正弦波微分器前面板分別如圖8-17和圖8-18所示。

圖8-15虛擬正弦波積分器程序框圖

圖8-16虛擬正弦波微分器程序框圖

圖8-17虛擬正弦波積分器前面板

圖8-18虛擬正弦波微分器前面板

3)自相關(guān)函數(shù)演示模塊

通過(guò)該自相關(guān)函數(shù)演示模塊可觀察正弦波仿真信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)。這里需注意：將圖標(biāo)函數(shù)直接輸出的相關(guān)函數(shù)值除以采樣點(diǎn)數(shù)才能得到正確的結(jié)果。自相關(guān)函數(shù)演示模塊程序框圖和前面板分別如圖8-19和圖8-20所示。

圖8-19自相關(guān)函數(shù)演示模塊程序框圖

圖8-20自相關(guān)函數(shù)演示模塊前面板

4)頻譜分析模塊

這里通過(guò)該模塊對(duì)正弦波進(jìn)行頻譜分析，其功能是將正弦波經(jīng)過(guò)FFT后得到幅值譜。虛擬正弦波頻譜分析模塊后臺(tái)程序框圖和前面板分別如圖8-21和圖8-22所示。

圖8-21虛擬正弦波頻譜分析模塊程序框圖

圖8-22虛擬正弦波頻譜分析模塊前面板

3.總體設(shè)計(jì)

下面介紹虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)流程圖。此設(shè)計(jì)是在綜合了前面所設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在第一個(gè)Case結(jié)構(gòu)當(dāng)中放置了正弦波、方波、三角波、鋸齒波、高斯白噪聲、均勻白噪聲、多頻波以及任意公式輸入波形作為該Case結(jié)構(gòu)的各個(gè)分支，來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的產(chǎn)生。第二個(gè)Case結(jié)構(gòu)則是應(yīng)用了積分微分模塊的結(jié)構(gòu)。將兩個(gè)Case結(jié)構(gòu)置于While循環(huán)中，便組成了虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)流程圖。其總體設(shè)計(jì)框圖及前面板分別如圖8-23和圖8-24所示。

圖8-23總體設(shè)計(jì)框圖

圖8-24總體設(shè)計(jì)前面板

4.系統(tǒng)測(cè)試

總體設(shè)計(jì)結(jié)束后，接下來(lái)就要對(duì)所設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行調(diào)試，驗(yàn)證程序設(shè)計(jì)的正確性。調(diào)試程序時(shí)，在前面板可以通過(guò)調(diào)節(jié)波形類型按鈕以及積分/微分按鈕看到設(shè)置好的各個(gè)波形的波形圖、積分/微分后的波形圖、自相關(guān)函數(shù)波形圖以及頻譜分析器波形圖。

1)正弦波仿真圖

正弦波積分圖如圖8-25所示。圖8-25正弦波積分圖

正弦波微分圖如圖8-26所示。圖8-26正弦波微分圖

2)方波仿真圖

方波積分圖如圖8-27所示。圖8-27方波積分圖

方波微分圖如圖8-28所示。圖8-28方波微分圖

3)三角波仿真圖

三角波積分圖如圖8-29所示。圖8-29三角波積分圖

三角波微分圖如圖8-30所示。圖8-30三角波微分圖

4)鋸齒波仿真圖

鋸齒波積分圖如圖8-31所示。圖8-31鋸齒波積分圖

鋸齒波微分圖如圖8-32所示。圖8-32鋸齒波微分圖

5)多頻波仿真圖

多頻波積分圖如圖8-33所示。圖8-33多頻波積分圖

多頻波微分圖如圖8-34所示。圖8-34多頻波微分圖

6)高斯白噪聲仿真圖

高斯白噪聲積分圖如圖8-35所示。圖8-35高斯白噪聲積分圖

高斯白噪聲微分圖如圖8-36所示。圖8-36高斯白噪聲微分圖

7)均勻白噪聲仿真圖

均勻白噪聲積分圖如圖8-37所示。圖8-37均勻白噪聲積分圖

均勻白噪聲微分圖如圖8-38所示。圖8-38均勻白噪聲微分圖

8)任意公式波形仿真圖

任意公式波形積分圖中，輸入公式為sin(10*pi(1)*t)*sin(2*pi(1)*t)，如圖8-39所示。

圖8-39任意公式波形積分圖

任意公式波形微分圖中，輸入公式為sin(10*pi(1)*t)*sin(2*pi(1)*t)，如圖8-40所示。圖8-40任意公式波形微分圖

8.2溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

8.2.1項(xiàng)目目標(biāo)

本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫度超限報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)溫度超過(guò)報(bào)警上限且開啟報(bào)警時(shí)，報(bào)警燈亮，同時(shí)顯示當(dāng)前溫度及報(bào)警信息、當(dāng)前報(bào)警上限溫度、當(dāng)前時(shí)間以及報(bào)警的次數(shù)。

8.2.2項(xiàng)目分析

在VI程序前面板中添加兩個(gè)溫度計(jì)分別顯示隨機(jī)溫度和上限溫度；添加報(bào)警裝置，開啟報(bào)警燈，當(dāng)溫度超過(guò)報(bào)警上限時(shí)，報(bào)警燈發(fā)出紅色報(bào)警信號(hào)，再添加一些其他控件，顯示報(bào)警次數(shù)、當(dāng)前時(shí)間等。整個(gè)程序要用到定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)，定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)中要嵌套平鋪的順序結(jié)構(gòu)，順序結(jié)構(gòu)中又要嵌套條件結(jié)構(gòu)

8.2.3項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

1.設(shè)計(jì)程序流程圖

根據(jù)對(duì)項(xiàng)目功能的分析，

生成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖，

如圖8-41所示。圖8-41系統(tǒng)流程圖

2.詳細(xì)設(shè)計(jì)

1)溫度的獲取

創(chuàng)建一個(gè)子VI，在程序框圖中添加一個(gè)定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)，再嵌套一個(gè)平鋪式數(shù)值結(jié)構(gòu)，再嵌套一個(gè)條件結(jié)構(gòu)，在前面板中打開“新式”空間中的“數(shù)值”空間，添加兩個(gè)溫度計(jì)用作速記溫度和報(bào)警上限溫度的輸出。溫度顯示圖如圖8-42所示。

圖8-42溫度顯示圖

2)溫度的顯示

在程序框圖順序結(jié)構(gòu)中打開“編程”控件中的“數(shù)值”控件，添加一個(gè)“隨機(jī)數(shù)”控件顯示隨機(jī)溫度即當(dāng)前溫度。溫度計(jì)控件圖如圖8-43所示。圖8-43溫度計(jì)控件圖

給溫度計(jì)創(chuàng)建一個(gè)局部變量，在程序框圖結(jié)構(gòu)中放入一個(gè)數(shù)值至小數(shù)字符串轉(zhuǎn)換函數(shù)，精度設(shè)置為1位，再用一個(gè)“連接字符串”控件將溫度計(jì)與字符串常量“當(dāng)前溫度”和“攝氏度”連接起來(lái)，創(chuàng)建顯示控件，輸出當(dāng)前溫度。當(dāng)前溫度顯示控件圖如圖8-44所示。

圖8-44當(dāng)前溫度顯示控件圖

給報(bào)警上限溫度創(chuàng)建一個(gè)局部變量，再用一個(gè)“連接字符串”控件將報(bào)警上限與字符串常量“報(bào)警上限溫度”和“攝氏度”連接起來(lái)，創(chuàng)建顯示控件，輸出報(bào)警上限溫度。溫度報(bào)警控件圖如圖8-45所示。圖8-45溫度報(bào)警控件圖

3)報(bào)警燈的設(shè)置

在前面板的“新式”控件中打開“布爾”控件，添加圓形指示燈用作報(bào)警輸出，當(dāng)隨機(jī)溫度大于等于報(bào)警上限溫度時(shí)，報(bào)警燈亮。報(bào)警燈顯示圖如圖8-46所示。圖8-46報(bào)警燈顯示圖

4)開啟報(bào)警設(shè)置

在前面板的“系統(tǒng)”控件中，選擇“按鈕”用作報(bào)警開關(guān)顯示。開啟報(bào)警按鈕顯示圖如圖8-47所示。圖8-47開啟報(bào)警按鈕顯示圖

5)報(bào)警信息的顯示

當(dāng)溫度高于報(bào)警上限溫度時(shí)，將當(dāng)前溫度與字符串常量“溫度超限！當(dāng)前溫度為：”和“攝氏度”用連接字符串連接起來(lái)，輸出報(bào)警信息。報(bào)警信息顯示圖如圖8-48所示。圖8-48報(bào)警信息顯示圖

6)報(bào)警次數(shù)顯示

開啟報(bào)警燈后，在程序框圖條件結(jié)構(gòu)中添加一個(gè)加法運(yùn)算，創(chuàng)建常量“次數(shù)”，報(bào)警燈每亮一次，次數(shù)進(jìn)行加1運(yùn)算。報(bào)警次數(shù)顯示圖如圖8-49所示。圖8-49報(bào)警次數(shù)顯示圖

7)時(shí)間顯示

在程序框圖中，打開“編程”控件中的“定時(shí)”控件，添加一個(gè)“獲取日期/時(shí)間(秒)”控件用來(lái)顯示當(dāng)前時(shí)間，當(dāng)前時(shí)間與所在的電腦時(shí)間同步。時(shí)間顯示圖如圖8-50所示。圖8-50時(shí)間顯示圖

3.總體設(shè)計(jì)

完成了以上各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)后，程序的總體設(shè)計(jì)就實(shí)現(xiàn)了。

程序前面板如圖8-51所示。

圖8-51程序前面板

程序總體設(shè)計(jì)框圖如圖8-52所示。圖8-52程序總體設(shè)計(jì)框圖

4.系統(tǒng)測(cè)試

總體設(shè)計(jì)結(jié)束后，接下來(lái)就要對(duì)所設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行調(diào)試，驗(yàn)證程序設(shè)計(jì)的正確性。程序高溫報(bào)警圖如圖8-53所示。

圖8-53程序高溫報(bào)警圖

8.3PXI可編程電阻板卡控制實(shí)現(xiàn)

8.3.1項(xiàng)目目標(biāo)本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)PXI高精度、可編程電阻模塊Pickering40-297-003控制，編寫LabVIEW程序通過(guò)發(fā)送命令實(shí)現(xiàn)對(duì)PXI可編程板卡控制。

8.3.2項(xiàng)目分析

在VI程序前面板中添加通信的端口號(hào)、PXI板卡選擇、數(shù)據(jù)文件保存路徑選擇按鍵，數(shù)據(jù)顯示的波形顯示模塊、當(dāng)前阻值顯示框、溫度報(bào)警燈以及停止程序運(yùn)行按鈕。整個(gè)程序要用到定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)，而定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)中要嵌套平鋪時(shí)順序結(jié)構(gòu)，順序結(jié)構(gòu)中又要嵌套條件結(jié)構(gòu)。

此項(xiàng)目中，需要用到NI的板卡信息：PXI高精度、可編程電阻模塊Pickering40-297-003，如圖8-54所示。

圖8-54PXI板卡圖

在機(jī)箱中的信息如圖8-55所示。圖8-55PXI信息描述

8.3.3項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

1.設(shè)計(jì)程序流程圖

根據(jù)對(duì)項(xiàng)目功能的分析，生成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖，如圖8-56所示。

圖8-56系統(tǒng)流程圖

2.模塊設(shè)計(jì)

1)板卡初始化

創(chuàng)建一個(gè)VI，調(diào)用初始化PXI板卡的子VI。PXI板卡子VI如圖8-57所示。圖8-57PXI板卡子VI

2)資源名稱指定

資源名稱指定如圖8-58所示。圖8-58資源名稱指定

3)設(shè)置電阻值

電阻值指定如圖8-59所示。圖8-59電阻值指定

4)電阻值讀取

電阻值讀取如圖8-60所示。圖8-60電阻值讀取

5)電阻值變化設(shè)置

電阻值變化設(shè)置如圖8-61所示。圖8-61電阻值變化設(shè)置

6)電阻值顯示及阻值過(guò)高報(bào)警

電阻值顯示及阻值過(guò)高報(bào)警如圖8-62所示。圖8-62電阻值顯示及阻值過(guò)高報(bào)警

7)電阻值變化顯示

前面板波形顯示VI用于顯示阻值變化曲線。

電阻值變化顯示如圖8-63所示。圖8-63電阻值變化顯示

8)電阻值數(shù)據(jù)保存文件

程序框圖中選擇保存文件函數(shù)。

電阻值數(shù)據(jù)保存文件如圖8-64所示。圖8-64電阻值數(shù)據(jù)保存文件

9)?While循環(huán)

While循環(huán)控件如圖8-65所示。圖8-65While循環(huán)

10)