虚拟仪器技术-实验指导书-2010年印制版

1虚拟仪器技术实验指导书周颖(武汉理工大学自动化学院)武汉理工大学二〇一零年三月2目录实验一：含子VI调用的信号显示的设计..............................................3实验二：全局变量的设计与应用............................................................5实验三:波形函数发生器的设计............................................................8实验四:虚拟信号处理的设计与实现..................................................11实验五：基于网络的虚拟仪器信号测量..............................................14实验六:基于网络的虚拟仪器信号测量扩展......................................17实验七:基于USB接口的虚拟仪器信号测量......................................21实验八:基于串行接口的虚拟仪器信号测量......................................243实验一：含子VI调用的信号显示的设计一、实验目的：1．能结合虚拟仪器技术与网络技术，构成虚拟信号采集系统。2．利用波形显示模块及条件结构的应用进行软件设计，实现能生成正弦波、三角波、方波和锯齿波的函数发生器。二、实验设备：联网电脑，并装有Labview软件。三、实验要求：1．掌握虚拟仪器技术理论知识。2．熟悉软件设计过程，初始分析规划设计，完成VI设计。3．能解决设计过程中出现的一般问题，具有一定调试能力。4．能分析运行结果，并得到正确结果。5．记录实验过程，完成实验报告。四、实验原理与内容图1前面板初步设计图图2程序框图图3子VI前面板图4子VI程序框图4图5建立连接板子VI前面板右上角图标点右键出现如图菜单，点显示连接板，模式中选，再将前面板控件x，和控件y，分别点选左右块，建立关联，保存。同上，右键选编辑图标，将图标改为开方字样。分析结果，回答，子VI的x，y的值是否分别为图2中“开方”的输入输出值？5实验二：全局变量的设计与应用一、实验目的：1．能结合虚拟仪器技术与网络技术，构成虚拟信号采集系统。2．利用全局变量将一个VI产生的正弦波送到另一些VI中显示。二、实验设备：联网电脑，并装有Labview软件。三、实验要求：1．掌握虚拟仪器技术理论知识。2．熟悉软件设计过程，初始分析规划设计，完成VI设计。3．能解决设计过程中出现的一般问题，具有一定调试能力。4．能分析运行结果，并得到正确结果。5．记录实验过程，完成实验报告。四、实验原理与内容1.原理基础:1)概念:局部变量和全局变量是LabVIEW用来传递数据的工具。LabVIEW编程是一种数据流编程，它是通过连线来传递数据的。但是如果一个程序太复杂的话，有时连线会很困难甚至无法连线，这时就需要用到局部变量。另外，需要在两个程序之间交换数据时，靠连线的方式是无法实现的，在这种情况下，就需要使用全局变量。和局部变量不同的是全局变量可在不同VI之间进行数据传递全局变量是内置的LabVIEW对象。创建全局变量时，LabVIEW将自动创建一个前面板但无程序框图的特殊全局VI。向该全局VI的前面板添加输入控件和显示控件可定义其中所含全局变量的数据类型。2)创建步骤:（1）新建一个VI，从函数选板的结构子选板中选择一个全局变量，将6其放置在程序框图中。（2）使用操作工具双击全局变量节点，会自动打开全局变量VI的前面板，然后在前面板上放置所需的控制或显示对象。（3）保存全局变量文件。方法是在主菜单中选择【文件】→【保存】。然后关闭全局变量的前面板窗口。（4）使用操作工具单击第一步所创建的全局变量图标，或在其右击弹出快捷菜单中选择【选择项】，弹出的子菜单列出了全局变量所包含的所有对象的名称，根据需要选择相应的对象。3)调用方法：（1）在VI的功能模板上选择【选择VI…】，选择所需文件，单击确定按钮，在程序框图中放置这个全局变量；（2）右击全局变量节点，在弹出的快捷菜单上选取【选择项】，在列出的所有变量对象中选择所需对象；（3）若在一个VI中需要使用多个全局变量，可使用拷贝和粘贴全局变量的方法实现全局变量的复制。2．实验内容要求使用全局变量向与它联系的前面板上的电压表控件写数据，也可以从电压表控件读取数据。前面板设计一个控制停止按钮，程序框图如图1所示，信号由随机函数产生，使之每100ms产生1个0-100的随机值，结果传到一个全局变量，由其他VI调用后显示。、图1产生信号的程序框图图2全局变量前面板全局变量为一仪表指示控件，如图2所示，标尺在0-100间指示。7图3另一VI的前面板设计另一个VI，设计前面板，显示电压表指示，数值显示，控制停止按钮。其程序框图如图4所示图4另一VI的程序框图设计多个VI，调用同一全局变量，运行并验证结果。8实验三:波形函数发生器的设计一、实验目的：1．能结合虚拟仪器技术与网络技术，构成虚拟信号采集系统。2．利用波形显示模块及条件结构的应用进行软件设计，实现能生成正弦波、三角波、方波和锯齿波的函数发生器。二、实验设备：联网电脑，并装有Labview软件。三、实验要求：1．掌握虚拟仪器技术理论知识。2．熟悉软件设计过程，初始分析规划设计，完成VI设计。3．能解决设计过程中出现的一般问题，具有一定调试能力。4．能分析运行结果，并得到正确结果。5．记录实验过程，完成实验报告。四、实验原理与内容1．实验原理信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任意一个网络或系统的特性，必须外加一定的测试信号，其性能方能显示出来。最常用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯齿波、噪声波及多频波（由不同频率的正弦波叠加而形成的波形）等。正弦波信号：u(t)=Asin(ωt+θ0)ΔT为采样间隔，T为信号周期，设一个周期内的采样点数为n，则T=nΔT采样频率：fs=1/ΔT信号频率：fx=1/T=1/(nΔT)=fS/nu(iΔT)=Asin(2πi/n+θ0)设f=fx/fS=1/n,将2π弧度用360º表示，并省略，则得数字化频率f=模拟频率/采样频率92．实验步骤及内容：图3-1前面板设计图3-2信号类型输入设计图3-3程序框图总体设计及正弦波事件设计10图3-4三角波显示设计图3-5方波显示设计图3-6锯齿波显示设计分别运行各种波形,输出显示结果11实验四:虚拟信号处理的设计与实现一、实验目的：1．能结合虚拟仪器技术与网络技术，构成虚拟信号处理系统。2．了解一些信号处理方法，利用信号处理模块进行软件设计，实现信号分离功能。二、实验设备：联网电脑，并装有Labview软件。三、实验要求：1．掌握虚拟仪器技术理论知识。2．熟悉软件设计过程，初始分析规划设计，完成VI设计。3．能解决设计过程中出现的一般问题，具有一定调试能力。4．能分析运行结果，并得到正确结果。5．记录实验过程，完成实验报告。四、实验原理与内容1．实验原理1）数字滤波器即是以数值计算的方法来实现对离散化信号的处理，以减少干扰信号在有用信号中所占的比例，从而改变信号的质量，达到滤波或加工信号的目的。数字滤波器分为：无限冲激响应滤波器IIR，有限冲激响应滤波器FIR特点：精度高、稳定性好、灵活性强、处理功能强滤波器类型选择:在低通、高通、带通或带阻滤波器中选择一个类型。截止频率确定:对低通只需确定上截止频率，高通滤波器只需确定下截止频率，对带通及带阻滤波器应确定上、下限截止频率。采样频率设定。滤波器的阶数:滤波器阶数越高，其幅频特性曲线过渡带衰减越快纹波幅度设定。122）频谱分析是指把时间域的各种动态信号通过傅里叶变换转换到频率域进行分析。频谱分析中应注意的问题:(1）频谱混叠;（2）泄漏效应和栅栏效应.。3）窗函数主要功能是从频率接近的信号中分离出幅值不同的信号。2．实验内容及步骤：设计要求用两个信号产生函数仿真两个频率较接近但幅值相差较大的正弦波，将它们合成为一组信号后，一路直接做功率谱分析，另一路甲床后再对加窗后的信号作功率谱分析，结果在同一个波形中显示。要用到的函数选板，如图4-1，4-2图4-1图4-2要用到的函数选板。【窗】子选板中提供了20种窗函数，包括矩形窗、汉宁窗、海明窗等。13图4-3前面板设计图4-4程序框图请输入不同的参数进行运行输出。图4-5运行后前面板显示情况分析结果，总结设计与运算的异同。14实验五：基于网络的虚拟仪器信号测量一、实验目的：1．能结合虚拟仪器技术与网络技术，构成网络化虚拟测试系统。2．利用TCP协议实现双机通信软件设计，实现远程监测。二、实验设备：联网电脑，并装有Labview软件。三、实验要求：1．掌握虚拟仪器技术理论知识。2．熟悉软件设计过程，初始分析规划设计，完成VI设计。3．能解决设计过程中出现的一般问题，具有一定调试能力。4．能分析运行结果，并得到正确结果。5．记录实验过程，完成实验报告。四、实验原理与内容1．实验原理与说明：采用服务器/客户机模式进行双机通信，是LabVIEW中进行网络通信的最基本的结构模式。现采用TCP/IP节点来实现局域网通信。本实验要求服务器产生正弦波，利用TCP协议，通过网络将服务器产生的波形发送至客户机。2．软件设计原理：双机通讯设计的软件流程如图5-1所示。图5-1双机通讯流程图153．软件设计需用到的函数在LabVIEW中，TCP节点位于函数选板的【数据通信】→【协议】→【TCP】子选板中，选板界面如图5-2所示。图5-2：TCP子选板界面4．VI设计内容。1）服务器设计服务器VI的前面板和程序框图如图5-3所示。a）前面板b）程序框图图5-3：服务器VI的前面板和程序框图在服务器程序中，首先指定网络端口，并由“TCP侦听”节点建立TCP听着，等待客户机的连接请求。程序框图采用两个“写入TCP数据”节点发送数据：第一个发送正弦波形的长度，第二个发送正弦波形数据。162）客户端设计客户端VI的前面板和程序框图如图5-4所示。图5-4:客户端VI的前面板和程序框图客户机上采用了两个“读取TCP数据”节点读取由服务器送来的数据。第一个节点读取正弦波形的长度，第二个节点根据这个长度将正弦波形数据全部读出。利用TCP节点能进行网络通信时，需要在服务器端指定网络通信端口，客户机也要指定相同端口，才能与服务器间进行正确的通信。注意：在客户机程序框图中要指定服务器的“计算机名称”或“IP地址”才能与服务器之间建立连接。在同一台机器上时，输入地址可以为空或“localhost”。运行客户端时，服务器须先运行。17实验六:基于网络的虚拟仪器信号测量扩展一、实验目的：1．能结合虚拟仪器技术与网络技术，构成网络化虚拟测试系统。2．利用WEB服务器实现双机通信软件设计，实现远程监测。二、实验设备：联网电脑，并装有Labview软件。三、实验要求：1．掌握虚拟仪器技术理论知识。2．熟悉软件设计过程，初始分析规划设计，完成VI设计。3．能解决设计过程中出现的一般问题，具有一定调试能力。4．能分析运行结果，并得到正确结果。5．记录实验过程，完成实验报告。四、实验原理与内容1．实验任务：设计VI，对一内河水情进行远程监控，将现场监控工作站采集到的内河水位、水流量、闸门开启高度等参数通过通信网络发送到控制中心，以实现对内河水情的实时监控。在本实验中，内河水情数据用随机数产生，以代替真实的采集数据。实验设计数据发送端VI，接收端VI，并能将接收端信息以WEB的方式提取显示。实现远程监测的目的。2．实验原理：LabVIEW可以将VI发布到Web上，这样用户就可以通过浏览器来访问VI程序的前面板，甚至还可以控制远程计算机上的VI程序的运行。先创建一个Web服务器，这个服务器指向包含VI的目录，然后，远程用户通过访问这个服务器就可以打开目录下的