数据采集系统最新毕业论文设计.docx

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数据采集系统最新毕业论文设计

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毕业设计（论文）

虚拟仪器设计-数据采集系统

系

别：

电子工程系

专

业

名

称：

通信工程

学

生

姓

名：

陈XX

学

号：

2XXXXXXXXXX

指导教师姓名、职称：

孟XX（系统分析师）

I

完成日期

2009年5月10日

电子科技大学中山学院

毕业设计（论文）任务书

系

别：

电子工程系

专

业：

05通信工程

学生姓名：

陈XX

学号：

2XXXXXX

设计（论文）题目：

虚拟仪器设计

-数据采集系统

起

迄日期:

2008年11月1日~2009

年5月30日

设计（论文）地点:

电子科技大学中山学院

指

导教师:

孟XXX

专业教研室负责人:

王XXX

发任务书日期:

2008年11月10日

毕业设计（论文）任务书

1．本毕业设计（论文）课题应达到的目的：

通过毕业设计，能够了解虚拟仪器设计的基本方法和原理，能够运用虚拟仪器设计软件进行虚拟仪器设计的设计，结合本专业知识学习虚拟仪器设计在现实中的应用。

2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、

工作要求等）：

1．用LabViewlqwr设计一套数据采集系统，能够完成该仪器的虚拟功能。

毕业设计（论文）任务书

3．对本毕业设计（论文）课题成果的要求〔包括毕业设计、论文、图表、

实物样品等〕：

1．一套完整的虚拟数据采集系统；

2．毕业设计论文。

4．主要参考文献：

[1].吴成东，孙秋野，盛科.《LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用》.人民邮电出版社.2008

年12月

[2].江建军，刘继光.《LabVIEW程序设计教程》.电子工业出版社.2008年3月

[3].王磊，陶梅.《精通LabVIEW8.0》.电子工业出版社.2008年5月

虚拟仪器设计-数据采集系统

摘要

虚拟仪器由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和应用软件两大部分构成。

硬件平台主要完成对被测信号的进行调理和采集。

仪器硬件可以是插入式数据采集卡及必要的外围电路（含信号调理电路、AD转换器、数字IO、定时器、DA转换器等），或者是带标准总线接口的仪器，如GPIB、VXI、PXI、STD、PCI总线仪器和网络化仪器等。

目前市场上的AD采集卡和数据采集卡以及带标准总线接口的仪器等，其价格均不菲，以毕业设计的目的来说，性价比以及实用程度显的不高。

进而考虑到计算机中的声卡本身就是一个AD，DA的转化装置，具有16位的量化精度、数据采集频率是44.1kHz，完成可以满足特定应用范围内数据采集的需要，个别性能指标

还优于商用数据采集卡，而价格却为商用数据采集卡的十分之一或者几十分之一，在设计实验中完全可以满足要求。

因此在本设计中，数据采集装置主要基于声卡和labview模拟数据采集。

利用声卡实现对数据的采集，制作成一个简易的数据采集系统，能够实现数据采集、模拟采集数据、波形显示、进行低频滤波四大功能。

关键词：

虚拟仪器；数据采集；声卡

VirtualInstrumentDesign-Data

AcquisitionSystem

Abstract

VirtualInstrumentbytheGeneralInstrument

.Hardwareequipmentcanbea

plug-indataacquisitioncardandthenecessaryperipheralcircuits（including

thesignalconditioningcircuits,A

Dconverter,digitalI

O,timer,D

A

converters,etc.）,orwiththestandardbusinterfaceequipment,suchasGPIB,

VXI,PXI,STD,PCIbusdevicesandnetworkequipmentandsoon.

Currentlyon

themarketA

Dacquisitioncard

anddataacquisitioncards,

as

well

asthe

standard

businterface

with

the

equipment,

their

prices

areexpensive

to

design

for

the

purposes

of

graduation,

aswell

as

the

usefulness

ofthe

significant

cost

ofnot

very

A

D,

D

A

conversion

devices,

with

16-bit

quantizationprecision,dataacquisitionfrequencyis44.1kHz,completedwithin

the

scopeofapplication

to

meetthe

specific

needsof

data

collection,

individual

alsobetterthanthe

commercialperformance

dataacquisitioncard,andthe

price

ofcommercialdataacquisitioncardforone-tenthorafewone-tenthofthe

experimentinthedesigntomeettherequirementscompletely.

Therefore,

in

this

design,

dataacquisition

device

is

mainly

basedonthesound

cardandanalogdataacquisitionlabview.Theuseofsoundtoachievethedata

collection,

to

create

a

simple

data

acquisition

system,

to

achieve

data

acquisition,

analog

dataacquisition,

waveformdisplay,

the

fourmajorfunctions

forlow-frequencyfilter.

Keywords:

virtualinstrument;dataacquisition;soundcard

1绪论....................................................................

1

1.1虚拟仪器概述.........................................................1

1.1.1

虚拟仪器的产生

...................................................1

1.1.2

虚拟仪器的概念

...................................................1

1.1.3

虚拟仪器的构成

...................................................2

1.2虚拟仪器的发展趋势

.................................................2

1.3

本文的研究内容.......................................................

3

2数据采集系统的设计......................................................

5

2.1

LABVIEW软件创建过程...................................................5

2.2

设计方案的比较.......................................................6

2.2.1

软件比较.........................................................6

2.2.2

声卡采集数据的特点

...............................................7

3软件模块的设计.........................................................

11

3.1

程序的流程图........................................................11

3.2

程序的结构图........................................................12

3.3

LABVIEW简介........................................................

12

3.3.1

G语言简介......................................................

12

3.3.2

LABVIEW程序组成................................................

13

3.4

数据采集和处理模块..................................................14

3.4.1

声音输入配置虚拟仪器

............................................15

3.4.2

声音输入读取虚拟仪器

............................................17

3.4.3

声音输入清除虚拟仪器

............................................18

3.5

数据模拟模块........................................................20

3.6

低通滤波模块........................................................22

3.7

波形显示模块........................................................23

3.8

小结...............................................................

23

4程序设计显示...........................................................

25

4.1

程序的使用方法......................................................25

4.1.1

程序的环境......................................................

25

4.1.2

声卡配置.......................................................

25

4.2

程序的总框图........................................................26

4.3

程序的调试结果......................................................26

4.3.1

声卡采集数据的结果..............................................

26

4.3.2

模拟采集数据的结果..............................................

27

4.4

小结...............................................................

29

5设计中遇到的问题.......................................................

30

6总结与展望.............................................................

31

参考文献

.................................................................

32

致谢33

1绪论

1.1虚拟仪器概述

1.1.1虚拟仪器的产生

虚拟仪器技术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。

它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。

电子测量仪器发展至今，大体上可以分为四代：

模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟

仪器。

第一代模拟仪器，这类仪器在某些实验室里还能看到，它是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表、晶体管电压表、指针式电流表等。

第二代数字化仪器，这类仪器现在相当普遍，这类仪器将模拟信号的测量值转化为数字信号，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量，如数字万用表、数字频率计等。

第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，可以进行自动测试和数据处理功能，可能代替部分脑力工作，习惯上称为智能仪器。

它的功能模块全部都是以硬件或固定软件的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。

第四代虚拟仪器，它是现在计算机软件技术、通信技术和测试技术高速发展孕育出的一项革命性技术，其导致了传统仪器的结构、概念和设计观点都发生了巨大的变革，它的出现使得人类的测试技术进入了一个新的发展纪元。

虚拟仪器（VirtualInstruments.简称VI）的概念，是美国国家仪器公司（NationalInstrumentsCorp.简称NI）于1986年提出的。

NI公司同时也提出了“软件即仪器”的

口号，彻底打破了传统仪器只能由厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起了仪器和自动化工业的一场革命。

随着现在硬件和软件技术的飞速发展，仪器的智能化和虚拟化成为各级实验室以及研究机构发展的方向。

虚拟仪器，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

化工业的系统测试和监控变得异常方便和快捷。

1.1.2虚拟仪器的概念

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，用户可以通过友好的图形界面（通常叫做虚拟前面板，简称前面板）来操作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样，从而完成对被测信号的采集、分析、判断、

显示、数字存储等。

虚拟仪器以透明的方式，通过软件对数据的分析处理、表达以及图形

化用户接口，把计算机资源（如微处理器、显示器等）和仪器硬件（如AD、DA、数字IO、定时器、信号调理等）的测试能力和控制能力结合起来。

虚拟一起突破了传统仪器以硬件

1

为主体的模式，实际上使用者是在操作具有测试软件的电子计算机进行测量，犹如操作一台虚设的电子仪器。

虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。

软件是虚拟仪器的关键，当基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。

用

户可以根据自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用要求。

利用计算机丰富的软、硬件资源，可以大大突破传统仪器的数据的分析、处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。

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。

虚拟仪器还可以广泛用于电力工程、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。

1.1.3虚拟仪器的构成

虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构成分式上讲

则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统，或已GPIB，VXI，Serial

和Fieldbus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、VXI系统、串口系统和现场总线系统等多种形式。

虚拟仪器的构成如图1.1所示。

图1-1虚拟仪器的结构

1.2虚拟仪器的发展趋势

虚拟仪器正在继续迅速发展。

它可以取代测量技术在传统领域的各类仪器。

虚拟仪器

在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性和经济性，因而特别适应于当代科学

技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高跟新的测量课题和测量需要。

“没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进。

”虚拟仪器将会在科学技术的各个领域得到广泛的应用。

图形化编程平台的进一步发展和完善是虚拟仪器发展的一个重要方向。

如何使用户进行少量的学习甚至不需要学习就可使用功能强大的虚拟仪器，如何使用构成简单的虚拟仪器系统并完成复杂的测试内容，如何帮助用户对测试结果进行分析和判断等内容，是虚拟

仪器技术努力的方向。

我国还基本处于传统仪器与计算机化仪器互相分离的状态，世界各大相关的产品商家都在向中国这个巨大的市场进军。

结合我国的实际情况，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生产技术；另一方面，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。

VXI总线将成为未来虚拟仪器的理想硬件平台，这是由VXI总线的性能决定的；另一方面，基于PCI-DAQ的虚拟仪器系统由于性价比高、灵活性好而受到大多数用户的青睐，将得到高速的发展。

随着计算机硬件、软件技术的迅速发展，虚拟仪器将向高性能、多功

能、集成化、网络化方向发展。

1.3本文的研究内容

虚拟仪器由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和应用软件两大部分构成。

硬件平台主要完成对被测信号的进行调理和采集。

仪器硬件可以是插入式数据采集卡及必要的外围电路（含信号调理电路、AD转换器、数字IO、定时器、DA转换器等），或者是带标准总线接口的仪器，如GPIB、VXI、PXI、STD、PCI总线仪器和网络化仪器等。

目前市场上的AD采集卡和数据采集卡以及带标准总线接口的仪器等，其价格均不菲，以毕业设计的目的来说，性价比以及实用程度显的不高。

进而考虑到计算机中的声卡本身就是一个AD，DA的转化装置，具有16位的量化精度、数据采集频率是44.1kHz，完成可以满足特定应用范围内数据采集的需要，个别性能指标

还优于商用数据采集卡，而价格却为商用数据采集卡的十分之一或者几十分之一，在设计实验中完全可以满足要求。

因此在本设计中，数据采集装置主要基于声卡和labview模拟数据采集。

利用声卡实现对数据的采集，制作成一个简易的数据采集系统，能够实现数据采集、模拟采集数据、

波形显示、进行低频滤波四大功能。

虚拟仪器的发展已经具有快30年的历史，声卡采集是不可缺少的内容。

本论文具体内容安排如下：

第一章，绪论：

介绍虚拟仪器的概念、构成，发展的现状，和本文的研究内容。

第二章，数据采集系统的设计：

首先讲述Labview软件创建过程，过度到设计方案的比较，进而讲述了声卡采集数据的特点。

第三章，软件模块的设计：

主要介绍了各个功能模块具体设计和实现，包括：

数据采集和处理模块、数据模拟模块、低通滤波模块、波形显示模块等。

第四章，程序设计显示：

本章是重点，主要介绍程序的使用方法和程序的调试结果。

第五章，总结与展望和设计中遇到的问题。

2数据采集系统的设计

数据采集由硬件和功能模块软件两部分组成。

本章将详细讨论对数据采集时几种方案的比较。

2.1Labview软件创建过程

创建Labview软件的过程大体分为以下五步：

（1）需求分析。

需求分析是借用软件工程中的概念，其含义包括创建开发原型（明确

实质要解决的问题）、分析程序的可行性（包括成本、性能、风险和技术障碍）等。

在创建开发原型的过程中，开发人员要与程序的最终使用人员进行充分的交流。

在此基础上，程序开发人员对所要解决的问题有了大致的了解，甚至可以画出一个系统的框图，之后还要进行程序的可行性分析，考虑选用器件的性价比、开发风险等。

（2）软、硬件的选择。

程序开发人员不必担心操作系统的问题，目前的LABVIEW是一

个支持多个系统平台的软件，Windows、PowerMacintosh、SunSPARCA工作站、HP工作

站、Linux上都可以运行。

针对一些特殊的任务，LABVIEW还提供一些附加的工具包，非

常方便。

选择适当的工具包将会达到事半功倍的效果。

在

LABVIEW的设备驱动程序库中已

经包含了上千个免费的驱动程序（这些驱动程序支持

NI公司的硬件产品），还包括了世界

上各大仪器厂商的大部分仪器的LABVIEW驱动程序。

如果没有现成的驱动程序，用户也可

以自己编写。

（3）设计用户界面。

用户界面也称GUI，即graphicaluserinterface。

前面板必

须简洁、易懂、设计时应该满足复杂工作要求。

前面板上使用的颜色方案，要兼顾一致和

鲜明。

一致性包括：

①一个VI程序的GUI之间要保持一致；②VI的GUI要与平时大家用的应用程序色调一致。

鲜明就是说：

需要强调的部分一定要用颜色加以突出，体现测控系

统程序的