基于labview和fpga的虚拟仪器平台设计本科毕业设计.docx

1、河南科技大学毕业设计(论文)II基于labview、fpga 的虚拟仪器平台开发与设计摘要现代生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高，而且要求测试的速度快、实时性好，具有良好的人机界面。虚拟仪器正好可以实现这些要求。在电子实验中使用多种仪器，如信号发生器、万用表、频率计、示波器等，如果能把它们都设计成虚拟仪器，利用计算机来提高仪器的集成度，减少实验匹配的仪器的种类、数量和实验室面积，便能从根本上改变实验室的面貌，克服传统测量仪器单一功能的缺点。本设计正是以这种思想为出发点，以电子技术实验室的真实函数信号发生器、示波器、频率计为蓝本，利用LabVIEW编程来设计虚拟函数信号发生器、

2、虚拟存储示波器、虚拟频率计，并将其合并在一个虚拟平台上面，能够分别实现虚拟仿真函数信号发生器、存储示波器、及频率计的功能,实现真正意义上的虚拟仪器平台。其虚拟平台上面的函数信号发生器可以产生正弦波、三角波、方波三种波形，并能够实现波形频率从1Hz到2MHz可调，峰峰值从0.1V到8.0V可调，实时性很好；示波器能正确的显示波形，并能实现频率和幅值的可调；频率计可以对0HZ到99.99KHZ的信号进行频率的测量。本设计利用RS-232串口进行数据的传输，实现了LabVIEW与FPGA的通信。同时对仿真信号的生成与控制做了详细的分析，以及对设计中的问题进行了深入的探讨。本设计旨在找到一个能够改革教

3、学实验室的有效途径。关键词：虚拟仪器，LabVIEW，RS-232，FPGAVIITHE DESIGN OF VIRTUAL INSTRUMENTS PLATFORM BASED ON LABVIEW AND FPGAABSTRACTModern production requires electronic instrumentation variety many, strong function, high precision, high degree of automation, and high speed, good real-time in testing, good man-mac

4、hine interface. Virtual Instruments can meet precisely these requirements. A variety of instruments are used in the electronic experiments, such as signal generator, multimeter, frequency meter, oscilloscope, etc. If we are able to design them to virtual instruments, improve the integration of instr

5、uments using computer and reduce the type and number of instruments matched to experiments and the space of laboratory, then we can change the face of the laboratory fundamentally and conquer the shortcomings of single function of the traditional measuring instruments.The design of this thinking is

6、the starting point of electronic technology to the real function of the laboratory signal generator, oscilloscope, frequency meter based on the use of LabVIEW programming to design the virtual function signal generator, virtual storage oscilloscope, the virtual frequency meter, and combined in a vir

7、tual platform, to achieve the virtual simulation function, respectively, signal generator, oscilloscope, and frequency of functions, the realization of the true sense of the virtual instrument platform. Its virtual platform for the above function signal generator can produce sine wave, triangle wave

8、, square wave three, and be able to achieve the waveform frequency from 1Hz to 2MHz Adjustable peak peak adjustable from 0.1V to 8.0V, a very good real-time; oscilloscope waveform display correctly, and to achieve an adjustable frequency and amplitude; 0HZ Cymometer can 99.99KHZ signal to the freque

9、ncy measurements.The design of the use of RS-232 serial port for data transmission, the realization of the LabVIEW and FPGA communication. At the same time, the generation of simulation and control signals to do a detailed analysis, as well as design issues in detail. The design of a reform aimed at

10、 finding an effective way of teaching laboratory.KEY WORDS: Virtual Instrument，LabVIEW，RS-232，FPGA目 录前 言1第 1 章 绪论21.1 虚拟仪器的背景21.1.1 数字信号处理技术21.1.2 虚拟仪器技术21.2 本课题研究的意义31.2.1 设计的依据及意义31.2.2 国内外发展状况41.3 关于 LabVIEW51.3.1 开发环境 LabVIEW51.3.2 选择 LabVIEW 的原因5第 2 章 系统的构想与方案设计72.1 上位机与下位机72.2 DDS 的工作原理72.3 方案

11、论证82.4 系统整体框图与设计思想112.4.1 系统框图112.4.3 频率计设计思想122.4.2 函数信号发生器设计思想13第 3 章 上位机设计153.1 LabVIEW 软件设计思想153.2 人机交互界面设计173.2.1 人机交互界面的构成183.2.2 界面的组件设计193.3 主 VI 程序框图设计203.3.1 程序框图203.3.2 器件选择部分设计213.3.3 串口发送部分设计213.4 函数信号发生器程序框图的设计223.4.1 程序框图223.4.2 波形类型部分设计233.4.3 频率选择部分设计243.4.4 峰峰值调节部分设计253.4.5 串口发送部分设

12、计253.5 频率计程序框图的设计263.5.1 程序框图263.5.2 发送数据类型控制部分设计263.5.3 串口发送部分设计283.5.4 串口接收部分设计283.5.5 显示部分设计293.6 设计中用到的主要 VI29第 4 章 下位机设计314.1 FPGA 软件中主模块的设计思想314.1.1 主模块的软件设计原理总图314.1.2 FPGA 软件中主模块的设计原理314.2 FPGA 软件中函数信号发生器的设计思想324.2.1 函数信号发生器的软件设计原理总图324.2.2 FPGA 软件中函数信号发生器的设计原理324.3 FPGA 软件中频率计的设计思想344.3.1 频

13、率计的软件设计原理总图344.3.2 FPGA 软件中频率计的设计原理344.4 频率计的系统模块设计354.4.1 串口接收模块354.4.2 串口转换模块384.4.3 分频模块394.4.4 控制模块404.4.5 串口发送模块414.4.6 频率计模块424.5 函数信号发生器的系统模块设计454.5.1 串口接收模块454.5.2 串口转换模块454.5.3 分频模块464.5.4 地址发生器模块484.5.5 ROM 表查询模块494.5.6 波形选择模块514.5.7 幅值调节模块524.5.8 频段选择模块534.6 串口的编码与解码544.6.1 关于串口544.6.2 串口

14、的设置554.6.3 串口的发送与接收554.7 硬件连接56第 5 章 软件仿真测试与实时检测575.1 LabVIEW 软件仿真测试575.1.1 LabVIEW 软件中函数信号发生器的仿真测试575.1.2 LabVIEW 软件中频率计的仿真测试575.2 FPGA 软件中函数信号发生器的仿真测试585.3 FPGA 软件中频率计的仿真测试595.4 总功能实时检测59参考文献65致 谢66河南科技大学毕业设计(论文)前 言虚拟仪器的出现就是仪器发展史的一场革命，代表仪器发展的方向和潮流， 对科学技术的发展和工业生产的进步产生了巨大的推动作用。虚拟仪器技术是测试领域的一种新的思想和方法，

15、它的出现是测试仪器技术和测控系统的一个新的里程碑。虽然是新兴的仪器仪表技术，但由于其具备许多区别于传统仪器的突出优点，可以由用户自行设计定义，灵活变换参数，随着计算机技术特别是软件技术和仪器技术的进步而飞速发展，因此使现代测控的系统更灵活、更紧凑、更经济、功能更强大，从而在国内外各个领域得到了越来越广泛的应用。特别在电子测量和自动化控制领域，虚拟仪器技术得到了巨大的发展。虚拟仪器是一种功能意义上的测量和控制仪器，是具有仪器功能的软件、硬件的组合。它充分利用计算机技术，在基本的硬件支持下，通过调用相应的软件模块来完成各种传统仪器的功能。本文从探索研究的角度出发，对虚拟仪器的系统构成、实现手段和开发方法进行了研究。