基于LabVIEW的多路時(shí)序控制脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)
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在過(guò)程控制和自動(dòng)測(cè)量中，經(jīng)常需要一些時(shí)序控制脈沖來(lái)觸發(fā)和關(guān)閉不同的控制單元和功能部件的工作。時(shí)序脈沖信號(hào)的產(chǎn)生，傳統(tǒng)上一般采用硬件方式實(shí)現(xiàn)，早期大多采用計(jì)數(shù)器和寄存器進(jìn)行設(shè)計(jì)，近年普遍采用可編程邏輯器件(PFGA)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSA)。采用硬件方式實(shí)現(xiàn)的時(shí)序脈沖信號(hào)發(fā)生器存在儀器功能單一，信號(hào)輸出通道路數(shù)較少，參數(shù)調(diào)節(jié)不方便，儀器的升級(jí)換代困難等缺點(diǎn)；而采用基于LabVIEW的“虛擬儀器”概念設(shè)計(jì)制作的時(shí)序脈沖發(fā)生器卻具有界面直觀、功能多樣、參數(shù)調(diào)節(jié)方便、容易升級(jí)換代等特點(diǎn)。
1 LabVIEW簡(jiǎn)介
實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，LabVIEW)是美國(guó)國(guó)家儀器(National Instruments，NI)公司推出的一種基于“圖形”方式的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件。它具備強(qiáng)大的信號(hào)采集、信號(hào)發(fā)生、數(shù)據(jù)分析與存儲(chǔ)顯示等功能，集開(kāi)發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行于一體，廣泛應(yīng)用于測(cè)試測(cè)量和過(guò)程控制系統(tǒng)中?；贚abVIEW軟件和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)簡(jiǎn)單編程，可以方便地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和產(chǎn)生、分析和處理等功能，即“計(jì)算機(jī)+軟件”等于儀器，比如：可以實(shí)現(xiàn)虛擬的信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)記錄儀、示波器等功能，具有設(shè)計(jì)靈活，界面直觀，通用性強(qiáng)．升級(jí)方便等特點(diǎn)。
LabVIEW程序稱(chēng)為“虛擬儀器”或簡(jiǎn)稱(chēng)為VI，一個(gè)LabVIEW程序由前面板和程序框圖兩部分組成。前面板用圖形方式模擬傳統(tǒng)儀器的操作面板，包含各種控件和指示器，用來(lái)為程序提供輸入值，并接受輸出值；程序框圖包含以圖形方式表示的程序代碼。
LabVlEW還為編程、查錯(cuò)、調(diào)試提供簡(jiǎn)單、方便、完整的環(huán)境和工具。除了具備其他語(yǔ)言所提供的常規(guī)函數(shù)功能外，LabVIEW中還集成了大量生成圖形界面的模板，豐富實(shí)用的數(shù)值分析和數(shù)字處理功能，以及多種硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能。
LabVIEW面向的是沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)的用戶，而不是編程專(zhuān)家，尤其適合從事科研開(kāi)發(fā)的科學(xué)家和工程技術(shù)人員，所以被譽(yù)為“工程師和科學(xué)家的語(yǔ)言”。
在此，基于LabVIEW軟件和NI PCI－6229數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)制作了多路時(shí)序控制脈沖信號(hào)發(fā)生器，可以應(yīng)用于各種過(guò)程的自動(dòng)控制中。
2 硬件介紹
基于LabVIEW軟件和多功能數(shù)據(jù)采集卡，可以實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字信號(hào)的采集，以及信號(hào)產(chǎn)生等多種功能。性價(jià)比較高。NI公司提供了大量不同接口和不同檔次能與LabVIEW軟件很好結(jié)合的數(shù)據(jù)采集卡，使用者可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。這里選擇NI公司的M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡NI PCI－6229。采用NI公司的產(chǎn)品，配合NI－DAQmx測(cè)量服務(wù)軟件可以省去硬件驅(qū)動(dòng)程序兼容性等麻煩。NI PCI－6229數(shù)據(jù)采集卡基于PCI接口，共有4路16位模擬輸出，輸出速率達(dá)833 kS／s，輸出電壓范圍為－10～+10 V；32路單通道或16路雙通道16位的模擬輸入，通道采樣頻率可達(dá)250 kS／s；48路數(shù)字輸入／輸出通道，輸出為T(mén)TL電平，板載10 MHz時(shí)鐘的硬件定時(shí)數(shù)字輸入／輸出，能以硬件定時(shí)精度來(lái)同步數(shù)字和模擬功能；兩個(gè)80 MHz，32位的計(jì)數(shù)器／定時(shí)器；采用兩個(gè)DMA通道，能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)功能。該板卡具有輸入／輸出路數(shù)較多，配備板載硬件時(shí)鐘源，分辨率較高，穩(wěn)定性好，性價(jià)比較高，時(shí)鐘精度可滿足大多數(shù)系統(tǒng)的要求。
3 時(shí)序脈沖信號(hào)產(chǎn)生的方法
基于LabVIEW的虛擬時(shí)序脈沖信號(hào)產(chǎn)生一般采用定時(shí)翻轉(zhuǎn)輸出狀態(tài)的方法。具體有：
3．1 狀態(tài)延時(shí)法
如圖1所示，先輸出低電平，然后保持低電平并延時(shí)，再輸出高電平，再保持高電平并延時(shí)，一個(gè)過(guò)程可以產(chǎn)生一個(gè)周期脈沖信號(hào)。循環(huán)上述過(guò)程，就可以周期性地輸出脈沖信號(hào)。
評(píng)論