基于labVIEW的微分器设计论文--毕业设计.docx

虚拟仪器是当今仪器技术发展热点，论文主要研究基于labVIEW的微分器设计，虚拟 微分器采用的是图形化编程语言labVIEW设计的方法，通过各种波形的仿真信号的输入， 对其幅值、频率、偏移量、相位、重置信号等参数进行设置然后，利用信号选择器选择 所要输入的信号，微分后在波形图中显示出输入/出信号的波形，比较分析设计虚拟微分 器的结果与理论分析的结论是相一致论文所设计的微分器能够对正弦波、方波、三角波 等波形进行正确显示、微分处理，还能根据需要进行功能扩展关键词：微分器；虚拟仪器；labVIEWAbstractToday virtual instrument is the hottest print in technology development, it uses computer to strengthens the processing functions, not only test but also communication Many of the measured signal can be compared, comprehensive and automatic analysis, while the traditional test instruments are limited.This article introduces a new kind of virtual differentiator. Often for the device of sine waves, triangle and square-wave waveforms. While virtual differentiator is mainly used in the graphical programming language instruments design methods of labVIEW, and setting signal types, amplitude, frequency, offset, reset signal, phase, parameters, using basic function generator produces to input signal.And compared input waveform figure and output waveform figure, analysis of the design of virtual differentiator whether the results and the theoretical analysis conclusion consistent. This paper designed instrument has waveform display, reading and writing, differential treatment and low cost, you can accord to the need for extension of this differentiator.Key Words: Differentiator; Virtual instrument; lab VIEW1 绪论 11.1课题的研究意义 11.2本文研究内容 12虚拟仪器 22.1虚拟仪器概念 22.2虚拟仪器发展 32.3图形化编程语言labVIEW 42.4 labVIEW的开发环境 53微分器的简介 73.1微分运算原理 73.2微分器的设计方法 83.3微分器应用 94虚拟微分器设计 104.1虚拟仪器的设计方法 104.2微分器的设计方法 114.3微分器前面板设计 124.4微分器程序框图设计 124.5运行验证 154.6 本章小结 185结论与展望 19参考文献 20致谢 211绪论1.1课题的研究意义随着电子科学技术的发展，微电子集成电路技术、计算机技术、通信技术、测控和技术相互渗透, 相互融合而形成了新型的电子信息技术。

在我国，仪器技术还比较落后，目前还有大批的仪器亟待更新, 而经过二十多年的发展，虚拟仪器的出现，成为21世纪测试技术与仪器技术发展的一个重要的方向， 并且在研究、制造和开发等总舵领域得到了广泛应用［1\虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，是以计算机为基础，配以相应测试功能的 硬件作为信号输入输出的接口，利用虚拟仪器软件开发平台，在虚拟仪器的前面板上去实现相应的功能, 使得使用者在操作计算机时就像在操作一套自己设计的测试仪器虚拟仪器的出现，打破了传统仪器由 厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，给用户提 供了一个充分发挥自己才能和想象空间实际上代表了一种创新的仪器设计思想，在很多领域大有取代 传统仪器的趋势微分器的实质是对信号进行求导，传统微分器的设计是用窗口函数将理想微分器的脉冲响应截断 来实现的,不同的窗口函数以及不同的窗口宽度对设计的微分器都有较大影响对于虚拟微分器实现， 则具有丰富的函数功能、数值分析、价格低廉、可编程性以及显示直观等众多优势因此，研究虚拟微 分器具有十分重要的实际意义1.2本文研究内容结合虚拟仪器技术和软件编程技术，本文设计并实现了一个虚拟微分器，整个系统分为硬件和软 件两个部分，硬件部分主要由计算机和数据采集模块组成。

数据采集模块可采用模拟仿真信号或数据采 集卡，本文的重点放在微分器的参数设置和功能设计的实现本课题主要工作，首先进行虚拟微分器的整体设计，掌握虚拟仪器的软件编程环境labVIEW的使 用然后，用图形化编程语言labVIEW实现虚拟仪器的采集模块、参数测量模块、微分处理模块的设 计再运行检验本文各章的主要安排：第一章， 绪论部分，综述本文的课题研究意义、内容及其背景第二章， 虚拟仪器的概念和发展历程，还有图形化编程语言labVIEW软件与软件开发环境环境 的认识第三章， 微分器的介绍，如微分运算、原理、应用等第四章，本文的关键部分即虚拟微分器的设计，主要是前面板和程序框图设计，将所设计的虚 拟微分器进行实验，验证所开发的虚拟微分器运行可靠第五章，论文的总结2虚拟仪器虚拟仪器是上世纪90年代初期出现的一种新型仪器，它将许多以前由硬件完成的信号处理工作， 交由计算机软件进行处理，这种测试仪器的硬件功能的软件化，给测试仪器带来了深刻的变化，是对传 统仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命因此，虚拟仪器代表了当前测试仪器发展的方向之 一，使得人类的测试技术进入了一个新的发展纪元2.1虚拟仪器概念虚拟仪器(Virtual Instruments.简称 VI),是美国国家仪器公司(National Instruments Corporation Corp. 简称NI)于1976年首先提出的。

它既具有传统仪器的功能，又有别于其他传统仪器它能够充分利用 和发挥现有计算机的先进技术，使仪器的测试和测量及自动化系统测试和监控变得异常方便和快捷虚拟仪器是指通过应用程序将计算机软件的功能模块和仪器硬件结合起来，用户可以通过图形化界 面即虚拟前面板来操作这台计算机，就像是在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器，从而完成对被 测信号的采集、分析、判断、显示、数字存储等功能回虚拟仪器以一种透明的方式，通过软件对数据 的分析处理、表达和图形化用户接口，把计算机资源(如微处理器、显示器)和仪器硬件(如A/D、D/A、 数字I/O、定时器、信号调理等)的测试能力和控制能力相结合起来虚拟仪器技术的实质是充分利用 了最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领 域，而且还可以用于进行设备的监控以及工业过程自动化方面虚拟仪器也能够广泛应于电力工程、物 矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面拥有高效的软件、模块化I/O 硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少， 以及出色的集成这四大优势虚拟仪器构成要素，山计算机、应用软件和仪器硬件等构成；图2-1虚拟仪器构成图2.2虚拟仪器发展(1) 第一代模拟仪器以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如万用表，指针式电压表、电流表等。

2) 第二代分立元件式仪器20世纪50年代出现电子管、60年代出现晶体管时，便产生了以电子管、晶体管为基础的第二代 测试仪器3) 第三代数字化仪器20世纪70年代，随着集成电路的出现，诞生了以集成芯片为基础的第三代仪器，如数字万用表、 数字频率计等4) 第四代智能仪器微电子技术和微处理器的普及，以微处理器为核心的第四代仪器出现了5) 虚拟仪器目前电子测量仪器领域的一种全新的仪器它是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今 计算机辅助测试领域的一项重要技术并推动着传统仪器朝着数字化，智能化，模块化，网络化的方向 发展叫虚拟仪器技术经过几十年发展，而今正沿着总线与驱动程序标准化、硬/软件模块化、编程平台图 形化和硬件模块的即插即用方向前进的，以开放式模块化仪器标准为基础的虚拟仪器标准正日趋完善, 加上计算机技术和网络技术的迅猛发展，建立在虚拟仪器技术上的各种功能更加强大、性能优良的先进 仪器也层出不穷，价格会越来越低使用虚拟仪器进彳丁研究、设计、测试将成为一种趋势同样，虚拟 仪器及技术也将成为学校未来教学研究的重要方法和手段，特别是在理工科学校其应用前景非常阔虚 拟仪器可以取代测量技术传统、领域的各类仪器,虚拟仪器将会在科学技术的各个领域得到广泛的应用， 对科学技术的发展和工业将产生不可估量的影响。

我国还基本处于传统仪器与计算机化仪器相互分离的状态，世界各大相关的产品商家都在向中国这 个大市场进军，结合我国实际情况，我们必须走引进与自行开发相结合的道路，一方面，大力引进国外 虚拟仪器方面的技术；一方面，发展基于计算机的插卡式硬件模块为主的测控技术，发展图形化平台的 软件产品，充分利用我们现有的计算机及测控技术硬件，缩短与国际先进水平的差距⑷随着计算机硬 件、软件技术的迅速发展想，虚拟仪器将向高性能、多功能、集成化、网络化方向发展虚拟仪器不仅可以实现传统仪器的大部分功能，而且在许多方面有传统仪器无法比拟的优点，如使 用性能高、扩展性强、开发时间少、可重复开发等与传统仪器相比虚拟仪器主要有许多优点，下表是 虚拟仪器与传统仪器的比较表2-1虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器传统仪器开放、灵活可与计算机技术保持同步发展封闭性、仪器间相互配合差关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序关键是硬件，升级成木较高，且升级必须上门服务即可价格低廉，仪器间资源可重复利用价格昂贵，仪器间一般无法相互利用用户可以定义仪器功能只有厂家能定义仪器的功能可与网络及周边设备互联与其他设备的连接十分有限软件使得开发和维护费用降低至最低开发和维护开销商技术更新周期短（1—2年）技术更新周期长（5—19年）数据可以编程、存储、打印数据无法编辑2.3图形化编程语言labVIEWLabVIEW （Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言（G 语 言）的开发环境，主要是以框图形式编写程序，用于仪器控制、数据采集、数据分析等领域，被视为一 个标准的数据采集和仪器控制软件。

而今LabVIEW已经成为包含了几千个VI的大型应用软件和系统， 作为一个比较完整的软件开发环境页。