基于LabVIEW的PDA软件设计.docx

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基于LabVIEW的PDA软件设计

基于LabVIEW的PDA软件设计

摘要

LabVIEW是一个开放式的虚拟仪器开发系统应用软件，是一个使用图形符号来编写程序的编程环境，在该环境中用户可以利用现有的计算机配上相应的硬件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的虚拟仪器。

其程序设计实质就是设计一个个的“虚拟仪器”，即“VIs”。

在计算机显示屏幕上利用功能库和开发工具库产生一个前面板；在后台则利用图形化编程语言编制用于控制前面板的程序。

程序的前面板具有与传统仪器类似的界面，可接受用户的鼠标指令。

每一个VI都可以作其它VI的调用对象，其功能类似于文本语言的子程序。

用LabVIEW设计的虚拟仪器可以脱离LabVIEW开发环境，最终用户看见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板。

与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。

LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。

LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。

PDA是最近几年随着嵌入式系统发展起来的掌上电脑系统，它和计算机有着相似的结构：

拥有处理器、存储器、显示屏、各种I/O接口等，同时它还有轻便、小巧便于携带的优点。

将虚拟仪器技术应用到PDA上，是虚拟仪器技术发展的一个新方向。

文中探讨和基于PDA的虚拟仪器技术相关的数据采集，信号处理与分析等，并介绍了一套开发系统以及应用。

将虚拟仪器技术应用于PDA（个人数字助理）中，可以利用PDA的优点，不受时间和空间的限制完成各种测试测量任务。

本文主要介绍利用虚拟仪器仿真PDA以及利用PDA模块将LabVIEW程序下载至PDA中，并在PDA中运行。

关键词：

LabVIEW，PDA模块，智能手机，PDA的操作系统

ThePDASoftwareDesignBasedonLabVIEW

ABSTRACT

LabVIEWisthevirtualinstrumentdevelopmentofanopentypesystemapplicationthesoftwareisanusagesketchsigntowritetheplaitdistanceofprocedureenvironment,canmakeuseofintheenvironment'sconvenientdoortheexistingcalculatorgoestogetherwithhomologoushardwareandformsthebasicfunctionofcurrentcommoninstrument,andthenhavethevirtualinstrumentoftheupscalelowpriceofspecialfunctionthatthegeneralinstrumenthasno.Itsprogramdesignissubstantialtois"virtualinstrument"thatdesignsanamely"VIs".Showascreeninthecalculatorupmakeuseoffunctiondatabaseanddevelopmenttooldatabasetoproduceafrontpanel;Thenmakeuseofsketchtoturnaplaitdistanceinthebackstage,thelanguagedrawsuptousedfortheprocedurethatcontrolsfrontpanel.Thefrontpanelofprocedurehastheinterfacetoissimilartowithtraditionalinstrument,canacceptthecustomer'smouseinstruction.EachVIcanmakeadjustingofotherVIsestouseobject,itsfunctionismoresimilarthanthetextoriginallyphoneticsub-procedure.ThevirtualinstrumentdesignedwithLabVIEWcanescapefromLabVIEWdevelopmentenvironment,whatenduserseesisasimilartotheactualhardwareinstrumentoperationfront-panel.CandBASICLabVIEW,alsogeneralprogrammingsystem,thereisahugetasktocompleteanyprogrammingfunction.LabVIEWfunctionlibraryincludedataacquisitionandcontrol,data,serialGPIBanalysis,datadisplayanddatastorage,etc.TheprogramalsohavetraditionalLabVIEWdebuggingtools,suchassetbreakpoints,animationwaydisplaydataandsubroutine（thesubvi）resultsandsingle-stepetc,facilitateprogramdebugging.

PDAwithembeddedsystemsinrecentyearsdevelopedahandheldcomputersystem,whichhasasimilarstructureandthecomputer:

aprocessor,memory,display,variousI/Ointerface,whileitalsolightweight,compactandeasytobringadvantages.ApplicationofvirtualinstrumentationtothePDA,thedevelopmentofvirtualinstrumentationisanewdirection.DiscussionpaperPDA-basedvirtualinstrumenttechnology-relateddataacquisition,signalprocessingandanalysis,andintroducedasetofdevelopmentsystemsandapplications.

ThevirtualinstrumenttechnologyinPDA（PersonalDigitalAssistant）,youcanusetheadvantagesofPDA,withouttimeandspacetocompleteavarietyoftestandmeasurementtasks.ThispaperdescribessimulationofvirtualinstrumentandtheuseofPDALabVIEWPDAmodulewilldownloadtothePDA,andinthePDAtorun.

KEYWORDS：

LabVIEW,PDAmodule，Smartphones，PDAOperatingSystems朗读

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1绪论

1.1课题的提出

1.1.1课题的背景

PDA是最近几年随着嵌入式系统发展起来的掌上电脑系统,它和计算机有着相似的结构:

拥有处理器、存储器、显示屏、各种I/O接口等,同时它还有轻便、小巧便于携带的优点。

将虚拟仪器技术应用到PDA上,是虚拟仪器技术发展的一个新方向。

1.1.2发展状况

在强大软件的支持下，PDA易于二次开发的优势，使PDA具有无限扩展的功能和百变的适用性，正得到不同行业领域的宠爱。

PDA的行业应用，即将PDA技术与行业应用有机结合起来，为行业用户提供方便、高效的业务移动处理模式。

（1）PDA上实现家电一体化控制

PDA上实现家电一体化控制，即用PDA来实现遥控器的集成。

利用PDA的可编程的特性，对PDA进行二次开发，电器厂商只要把遥控所需的红外线采样数据放到Internet网上下载，用户就可以通过PDA控制电器，PDA就成为“一把万能钥匙”，不仅降低电器的成本，还提高了人们的电器化生活的质量。

（2）PDA在航海上的应用

PDA作为一种新型的掌上型电脑，配以航海相关软件支持，航海专业人员可利用它，在航海中进行航海专业计算，如：

星历计算、天体高度方位计算、潮汐计算等，还可显示电子海图等。

这些计算的数据量很大，而且精度要求高，PDA不仅提高了航海人员的绘算精度和速度，而且很大程度上减轻了工作强度，同时提高了工作效率。

此外，PDA可与远端服务器无线互联，随时随地了解航运业务、航海通告、气象保证等各种信息。

（3）PDA电子地图系统的应用

人们旅游时：

在PDA中存入某地的电子地图，可直观形象的显示；使用SQL查询或复合查询，PDA系统可准确的定位查找地点；在PDA电子地图上，测量当前位置距离目标位置的距离，方便人们安排时间和交通工具；PDA通过GPS把当前位置在电子地图上定位，并能计算当前位置到目的地之间的最短路径和最佳路径，实现电子导航。

由此可见，在了解不同领域的用户需求后，对PDA进行进一步开发和升级，其独特的自身优势和强大的软件支持，可以有的放矢的在功能上有选择性的无限扩展。

PDA的行业应用，不仅使其得到不断完善和成熟，也使各领域中的工作由传统型向智能型转化，为各行业的发展注入新的血液。

因此，PDA有着巨大的市场。

据统计数据表明，未来3年内全球将有10亿无线用户，形成一个超过2000亿美元的PDA市场。

面对国际上PDA技术的飞速发展和激烈的市场竞争，我国也正抓住时机快速发展自己的PDA产品。

1994年，国家科委就通过国家863项目，着手组织人力研究和开发符合国情的中文PDA产品。

随着中国已成功加入WTO的开始，对于市场经济体制和模式的变化。

这就要求了中国的PDA产业发展势必要朝着一个良性可行的方向前进。

同时也给各PDA相关厂家、商家都提出了一个严峻的考验。

从当前PDA的发展来看，最终会产生两个市场：

低端市场和高端市场，高端市场日益受到厂家和用户的关注。

1.1.3PDA的发展趋势

（1）低能源消耗

目前的PDA产品多以PDA专用的充电器来提供能源，彼此之间必不兼容，普通电池无法支持或消耗电能极快，若使PDA的使用更方便，PDA对电能的需求也将会变得多元化，需要其在能源消耗上进步探索，如储存电能的设备都可以为PDA供电，如汽车电瓶、手表电池、太阳能电池等其他任何可能形式的电能。

（2）无线资料传输

传统的传输线有长度的限制，对设备的位置也有一定要求，传输线不易整理、携带不便，也不雅观。

通过由蓝牙构造的无线网络，可使PDA与计算机的连接更方便，或进行Web浏览，或下载软件，让用户无论何时何地都能方便的及时的进行数据交换和信息交流。

（3）集多种功能为一体

目前，PDA正朝着计算、通讯、网络、存储、娱乐、电子商务、专业应用等多功能的融合的趋势发展。

尤其，PDA与手机功能组合的PDA手机为越来越多的高端用户所青睐，正逐渐成为国际移动终端市场新的潮流趋势和主流力量，并逐步走向社会化和标准化。

PDA市场蕴藏着无限的商机和潜力，世界上各个大公司和公司集团都在力争PDA朝着自己所希望的方向发展。

目前在内地，手机市场基本上是海外的摩托罗拉、诺基亚、爱立信等公司占优势，而PDA市场则以国内厂商为主。

因此，我国需要在这场竞争中抓住机遇并争取一席之地。

1.2课题的研究内容和技术关键

1.2.1研究内容

本课题采用NI公司的LabVIEW中的模块对PDA系统进行设计，非常方便，在没有PDA的情况下进行模拟设计和运行。

通过学习LabVIEW，利用移动开发模块和强大的仿真功能，设计出一套具有实用功能的PDA软件，硬件利用市场现有的流行款式。

完成软件设计图，界面友好，运行稳定可靠。

1.2.2课题的关键技术

在本课题中涉及到虚拟仪器的图形化编程，对没有图形化编程基础的设计人员，增加了一定的编程难度。

并且要将LabVIEW编写的程序在LabVIEW软件中仿真成功，并且可以下载到PDA或相应的智能手机中，能够成功运行。

1.3系统的总体设计方案

本课题依靠LabVIEW强大的图形化的编程语言和开发环境，利用移动开发模块和强大的仿真功能，设计出一套具有实用功能的PDA软件。

1.4预期成果

本课题主要任务就是实现用LabVIEW实现模拟PDA并运行相关程序，并实现程序下载到PDA中，并顺利在PDA中运行实现其功能。

2虚拟仪器及LabVIEW概述

2.1虚拟仪器概述

2.1.1虚拟仪器介绍

虚拟仪器是以一种全新的理念来设计和发展的仪器，他是90年代发展起来的一项新技术，主要用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分析等领域，其基本思想是在仪器设计或测试系统中尽可能用软件代替硬件，即“软件就是仪器”，他是在通用计算机平台上，根据用户需求来定义和设计仪器的测试功能，其实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功能。

虚拟仪（VirtualInstrument，简称VI）是现代计算机技术、现代测试技术和电子仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试（CAT）领域的一项重要技术。

所谓虚拟仪器，是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面来操作计算机，就象自己定义、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。

2.1.2虚拟仪器的内部功能划分

虚拟仪器以透明的方式把计算机资源（如处理器、内存、显示器等〕和仪器硬件（如A/D,D/A、数字I/O、定时器、信号调理等）的测量功能、控制功能结合在一起，通过软件实现对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口，如表1-1所示。

表1-1虚拟仪器的内部功能划分

Acquisitionandcontrol（采集与控制）

DataAnalysis（数据分析）

Datapresentation（数据表达）

Plug-inDataAcquisitionBoard（插入式数据采集板）

DigitalSignalProcessing

（数字信号处理）

Networking（网络）

GPIB（IEEE-488）（GPIB仪器）

DigitalFiltering（数字过滤）

HardcopyOutput（硬拷贝输出）

VXI（VXI仪器）

Statistics（统计）

FileI/0（文件I/0）

RS_232（RS-232仪器）

NumericalAnalysis（数字分析）

GraphicalUserInterface（图形用户接口）

应用程序可选硬件（如GPIB,VXI,RS232,DAQ板）和可重复使用原码库函数等软件结合在一起，实现了仪器模块间的通信、定时与触发。

原码库函数为用户构造自己的VI系统提供了基本的软件模块。

图1-1虚拟仪器系统构成框图

目前较常用的虚拟仪器是数据采集系统、GPIB控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。

2.1.3虚拟仪器的特点和构成

（1）虚拟仪器的特点:

与传统仪器相比，虚拟仪器具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点，具体表现为：

智能化程度高，处理能力强虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。

用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。

复用性强，系统费用低应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。

这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统费用更低。

通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。

可操作性强，易用灵活虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。

使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。

测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大提高而且易用、灵活。

（2）虚拟仪器的构成:

虚拟仪器的构建主要从硬件电路的设计、软件开发与设计2个方面考虑:

硬件电路的设计主要根据用户所面对的任务决定，其中接口设计可选用的接口总线标准包括GPIB总线、VXI总线等。

推荐选用VXI总线。

因为他具有通用性强、可扩充性好、传输速率高、抗干扰能力强以及良好的开放性能等优点，因此自1987被首次推出后迅速得到各大仪器生产厂家的认可，目前VXI模块化仪器被认为是虚拟仪器的最理想平台，是仪器硬件的发展方向。

由于VXI虚拟仪器的硬件平台的基本组成是一些通用模块和专用接口。

因此硬件电路的设计一般可以选择用现有的各种不同的功能模块来搭建。

通用模块包括：

信号调理和高速数据采集；信号输出与控制；数据实时处理。

这3部分概括了数字化仪器的基本组成。

将具有一种或多种功能的通用模块组建起来，就能构成任何一种虚拟仪器。

例如使用高速数据采集模块和高速实时数据处理模块就能构成1台示波器、1台数字化仪或1台频谱分析仪；使用信号输出与控制模块和实时数据处理模块就能构成1台函数发生器、1台信号源或1台控制器。

专用接口是针对特定用途仪器需要的设计，也包括一些现场总线接口和各类传感器接口。

系统的主要硬件包括控制器、主机箱和仪器模块。

常用的控制方案有GPIB总线控制方式的硬件方案、MXI总线控制方式的硬件方案、嵌入式计算机控制方式的硬件方案3种。

VXI仪器模块又称为器件（devices）。

VXI有4种器件：

寄存器基器件、消息基器件、存储器器件和扩展器件。

存储器器件不过是专用寄存器基器件，用来保存和传输大量数据。

扩展器目前是备用件，为今后新型器件提供发展通道。

将VXI仪器制作成寄存器基器件，还是消息基器件是首先要做出的决策。

寄存器基器件的通信情况极像VME总线器件，是在低层用二进制信息编制程序。

他的明显优点在于速度寄存器基器件完全是在直接硬件控制这一层次上进行通信的。

这种高速通信可以使测试系统吞吐量大大提高。

因此，寄存器基器件适用于虚拟仪器中信号/输出部分的模块（如开关、多路复用器、数/模转换输出卡、模/数转换输入卡、信号调理等）。

消息基器件与寄存器基器件不同，他在高层次上用ASCII字符进行通信，与这种器件十分相似是独立HPIB仪器。

消息基器件用一组意义明确的“字串行协议”相互进行通信，这种异步协议定义了在器件之间传送命令和数据所需的挂钩要求。

消息基器件必须有CPU（或DSP）进行管理与控制。

因此，消息基器件适用于虚拟仪器中数字信号处理部分的模块。

软件的开发与设计包括3部分：

VXI总线接口软件、仪器驱动软件和应用软件。

软件结构如图1-2所示。

图1-2系统软件构成

VXI总线接口软件由零槽控制器提供，包括资源管理器、资源编辑程序、交互式控制程序和编程函数库等。

该软件在编程语言和VXI总线之间建立连接，提供对VXI背板总线的控制和支持，是实现VXI系统集成的基础。

仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序，也即模块的驱动软件，他的设计必须符合VPP的2个规范，即VPP3.1《仪器驱动程序结构和模型》和VPP3.2《仪器驱动程序设计规范》。

“软面板”设计就是设计具有可变性、多层性、自助性、人性化的面板，这个面板应不仅同传统仪器面板一样具有显示器、LED、指针式表头、旋钮、滑动条、开关按钮、报警装置等功能部件，而且应还具有多个连贯操作面板、在线帮助功能等。

2.1.4虚拟仪器的发展

虚拟仪器的发展可大致分为三个阶段：

第一阶段：

利用计算机增强传统仪器的功能。

这一阶段虚拟仪器的发展几乎是直线进行的。

由于GPIB总线标准的确立，计算机和外界通讯成为可能，随着计算机系统的性价比不断上升，用计算机控制仪器成为一种趋势。

经过近十年的发展，这些用户得到越来越多的有关计算机控制仪器的软件，而且这些软件易学易用。

用这些强有力的软件来增强自己仪器系统的功能，使之能够分析和处理特定数据，并且可以显示结果，而不限于传统仪器的固定功能之上。

实际上，只要将传统仪器通过GPIB或RS-232同计算机连接起来，这些新增功能就可以运转良好。

因而9用户可以将大量的独立仪器和计算机连接形成用户自己设计的虚拟仪器。

第二阶段：

开放式的仪器构成。

为满足仪器市场不断增长的需求，这时在仪器硬件上出现了两大技术进步：

一是插入式计算机数据采集卡（plug-inPC-DAQ）；二是VXI仪器总线标准的确立。

这些新技术使仪器的构成得以扩展，消除了第一阶段内在的由用户定义和供应商定义仪器功能的区别。

仪器设计者和用户一样，企图尽可能提高效率和重复使用很多技术。

仪器生产商建立了他们自己设计的内在标准，使他们的微处理器、存储器、数据采集、分析、显示软件等产品有利可图。

许多在仪器上通用的元器件就是计算机里的标准件，这样使得计算机成为构建虚拟仪器的理想平台。

许多特殊功能件如A/D、D/A、数字I/0等都是模块化的功能块，可以直接插在仪器上与仪器内部的处理器总线连接，所以用户可以将这些模块化的插卡直接插在计算机的扩展槽内。

传统仪器的相关软件都是固化在内部ROM内，这些软件也只针对专门仪器，虽然其中许多代码都是从其他仪器商的软件模块中得到的。

而在虚拟仪器中，专用仪器的软件也是使用模块化的可重用代码。

但不像传统仪器那样，只限于单一特殊的ROM，虚拟仪器的功能软件是以文件形式存储在硬盘和软盘上的，可以安装在任何计算机上。

当然，多个虚拟仪器可以共存于一台计算机上。

而且，像传统仪器一样，某个特定的仪器在一段时间内可以独享计算机的显示和控制部分，但是很多虚拟仪器能够共享显示。

正是由于第二阶段的虚拟仪器在软硬件上的进步，使得它的构建具备了开放性和更大的灵活性，得到了广泛的应用。

第三阶段：

虚拟仪器的框架得到了广泛的认同和采用软件领域面向对象技术把任何用户构建虚拟仪器所需要的东西封装起来。

许多行业标准在硬件和软件领域已经产生，几个虚拟仪器平台已经得到并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具。

发展到这一阶段，人们也认识到虚拟仪器软件框架才是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键，NI总结了这些观点并提出一句口号“软件就是仪器”。

他们的软件产品也创造了整体的虚拟仪器框架，他们把离硬件较近的接口程序和高级应用程序以及专门仪器的驱动程序组合起来。

用户可以使用其标准硬件接口程序包去控制