基于虛擬儀器的多通道信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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任意波形發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，可廣泛用于科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐和教學(xué)實(shí)踐等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器大多采用模擬電路技術(shù)，一般由分立元件構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度較差，而且僅能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等幾種簡單波形，難以產(chǎn)生較為復(fù)雜的波形信號(hào)。
隨著微處理器性能的提高，新型的波形發(fā)生器大多已采用軟件仿真而不是單純的用分立元件來搭建電路，因而有效的解決了傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器的缺點(diǎn)。虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流，是信息技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域。
本文將結(jié)合虛擬儀器技術(shù)來進(jìn)行多通道任意波形發(fā)生器、以及信號(hào)采集和分析的研究與設(shè)計(jì)。其硬件開發(fā)平臺(tái)采用ADLINK公司的DAQ2206數(shù)據(jù)采集卡，軟件開發(fā)平臺(tái)為NI公司的LabVIEW軟件。
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美國國家儀器公司的創(chuàng)新軟件，被譽(yù)為“科學(xué)家與工程師”的語言。LabVIEW為不熟悉文本語言編程的設(shè)計(jì)者在測控領(lǐng)域建立計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)提供了便捷、輕松的圖形化設(shè)計(jì)開發(fā)集成環(huán)境。
LabVIEW集成了滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能．同時(shí)內(nèi)置有便于應(yīng)用TCP／IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。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。
LabVIEW中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。該方法盡可能利用技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。
在進(jìn)行波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)中，使用LabVIEW仿真軟件不僅可以實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集的便捷途徑，而且在原理研究、設(shè)計(jì)、測試和實(shí)現(xiàn)儀器功能時(shí)，還可以大大提高工作效率。
1系統(tǒng)總體方案
本系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分包括數(shù)據(jù)采集卡和PC機(jī)，軟件部分則主要是基于LabVIEW軟件開發(fā)的虛擬儀器測試系統(tǒng)。系統(tǒng)總體方案如圖1所示。
將系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡DAQ2206插在計(jì)算機(jī)和PCI擴(kuò)展槽中，計(jì)算機(jī)便可通過LabVIEW軟件產(chǎn)生幾個(gè)常用的通信調(diào)制信號(hào)(例如2ASK，2FSK，2PSK)，再將這些信號(hào)經(jīng)過DAC變成模擬信號(hào)輸出，該數(shù)據(jù)采集卡就可將該模擬信號(hào)傳送到示波器，由示波器顯示相應(yīng)信號(hào)的波形。此外，采集卡還能夠從波形發(fā)生器接收信號(hào)，然后經(jīng)過ADC傳送給計(jì)算機(jī)，并通過LabVIEW軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析及顯示。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集主要通過LabVIEW仿真軟件來支持NI公司的DAQ2206卡。將DAQ2206采集卡插入計(jì)算機(jī)的插槽并設(shè)置相關(guān)參數(shù)．再利用LabVIEW進(jìn)行編程開發(fā)，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。
本數(shù)據(jù)采集卡是虛擬儀器的硬件模塊。因?yàn)橐P(guān)系到和PC總線的接口，該硬件模塊應(yīng)有一個(gè)比較規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，為了方便底層驅(qū)動(dòng)軟件的編制，它還應(yīng)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口，以向驅(qū)動(dòng)程序透明。這個(gè)接口包括讀取硬件的狀態(tài)信息和對(duì)硬件進(jìn)行設(shè)置等。而通過計(jì)算機(jī)接口則可以為硬件模塊和操作系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的硬件連接。
系統(tǒng)中的儀器驅(qū)動(dòng)程序模塊可利用硬件模塊向系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)接口，以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制，完成對(duì)硬件的管理；同時(shí)可向上一級(jí)模塊(即虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)模塊)提供標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)用接口，以使高層的軟件設(shè)計(jì)與硬件無關(guān)。
評(píng)論