中北大学信息商务学院2012届毕业论文
尤其对实验室教学领域 ,开发周期短、成本低、质量高。下面结合一台虚拟振动测试仪具体介绍虚拟仪器的组成和基于LabVIEW的虚拟仪器使用功能编程方法与实现技术。
2.2.2 LabVIEW的应用
LabVIEW强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计，为过程控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案。对于更复杂更专业的工业自动化领域，在LabVIEW基础上发展起来的BridgeVIEW是更好的选择。
LabVIEW为科学家和工程师提供了功能强大的高级数学分析库，包括统计、估计、回归分析、线形代数、信号生成算法、时域和频域算法等众多科学领域，可满足各种计算和分析需要。即使在联合时频分析、小波分析和数字滤波器设计等高级或特殊分析场合，LabVIEW也为此提供了专门的附加软件包。
LabVIEW已成为测试与测量领域的工业标准，通过GPIB、VXI、PLC、串行设备和插卡式数据采集板可以构成实际的数据采集系统。它提供了工业界最大的仪器驱动程序库，同时还支持通过Internet、Active、DDE和SQL等交互方式实现数据共享，它提供的众多开发工具使复杂的测试与测量任务变得简单易行。 2.2.3 labview的特点
LabVIEW软件的特点如下：
（1）具有图形化的编程方式，设计者无需编写任何文本格式的代码，是真正的工程师语言。
（2）提供丰富的数据采集、分析及存储的库函数。
（3）提供传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供独具特色的执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。
（4）32位的编译器生成32位的编译程序，保证用户数据采集、测试和测量方案的高速执行。
（5）囊括了PCI、GPIB、PXI、VXI、RS一232／485、USB等各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使不懂得总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器。
（6）提供大量与外部代码或软件进行链接的机制，诸如DLL(动态链接库)、 DDE(共享库)、ActiveX等。
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（7）具有强大的Internet功能，支持常用的网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发[3]。
所有的 LabVIEW 程序分为两部分：前面板（Front Panel）和程序流程图（Block Diagram）。前面板是 VI 的图形用户接口， 它集成了用户输入和输出功能，为更逼真地模拟传统仪器的工作方式， LabVIEW提供了各种各样的控件，如各种旋钮、开关、按钮、波形图、波形图表等控制与显示模块，并可根据用户实际需要定制控件，用户可以根据自己的需要在前面板上放置按钮等控制模块和显示模块。而程序流程图包含了虚拟仪器的图形化源代码，在程序流程图中对虚拟仪器进行编程，以控制和操纵定义在前面板上输入和输出功能。流程图包括内置于 LabVIEW 库中的函数（Function）和结构（Structures），还包括仪器面板上的控制对象、显示对相对应的连线端子（Terminals） ，LabVIEW构成的虚拟仪器是数据流驱动的，流程图中的诸元素如结构、功能模块等构成节点，这些节点由数据线相连接，这些线定义了程序中数据的流向，这些线在程序中按照数据类型的不同显示出不同的颜色和类型，使得用户能对程序中传送的数据种类一目了然。一旦某个节点的所有输入均为有效，该节点即可运行，运行结束后，将结果送入数据流路径的下一个节点。
3 总体方案设计
3.1总体设计
本设计要求以AT89C51单片机为控制核心，设计振动采集系统，将ADXL150
作为所选择的传感器，包括信号放大电路、AD采集电路、双向检波电路、电压比较电路、模拟输出电路和存储器电路。基于MEMS加速度传感器的振动测试系统结构图如图3.1所示。
振动信号由ADXL150加速度传感器转换为电信号,先经过放大电路将微弱的振动信号放大至符合后级电路需求，一路通过检波、电压比较产生中断触发信号， 另一路经过12位高速AD完成模数转换。通过AT89C51单片机机实现数据采集、存储、处理、传输，采用Keil C51完成控制软件的设计，数据输出部分采用串行通信方式上传到PC机进行数据分析，由此构成了一个完整的振动测试系统。
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加速度传感器 放大电路 双向检波电路 A/D采集电路 电压比较电路 单片机电路 串行接口电路 存储器电路 D/A转换电路 电脑 模拟输出电路
图3.1 系统结构图
3.2 总体硬件设计
振动测试系统的整体硬件电路如图3.2所示：系统以AT89C51为核心控制器，包括信号放大电路、AD采集电路、双向检波电路、电压比较电路、模拟输出电路和存储器电路，下面就每个模块详细介绍：
ADXL150加速度传感器 P0.0~P0.3 P1.0~P1.7 P2.0~P2.7 AT89C51 TXD RXD INTO P3.6 P3.7 键盘输入 ADS774 LM358 放大电路 AD7542 模拟输出 RS-232C 串行接口 24CXX 存储器电路 LM358 检波电路 LM393 电压比较
图3.2 系统的硬件连接图
3.2.1 ADXL150加速度传感器 3.2.1.1 ADXL150简述
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ADXL150是美国模拟器件公司（ANALOG DEVICE）生产的低噪声、低功耗、单轴微MEMS加速度传感器。该器件内部有时钟源、增益放大器、同步解调系统、输出缓冲运放、二阶滤波器和自检系统。可编程控制量程为±25g或±50g，80分贝的动态范围，测量分辨率小于10mg，通过设置Vout和OFFSET NULL端口跳线可以将输出比例系数从38mV/g调节到76mV/g。在工业级温度范围内0g温漂小于0.4g。在使用时外部仅需要一个旁路电容[6]。 3.2.1.2 ADXL150的封装形式
ADXL150的管脚排列如图3.3所示，COMMON为公共接地端；ZERO g ADJ为0g调节端；SELF-TEXT为自检端，当其输入为高电平时芯片进入自检模式；Vout为信号输出端，此端可直接连接ADC进行模数转换；Vs为电源输入端。
图3.23ADXL150的封装形式
3.2.1.3 ADXL150内部结构
ADXL150内部结构图3.4所示，主要由5部分组成：敏感元件、增益放大、时钟源、同步解调、缓冲放大器。
图3.4 ADXL150的内部结构图
（1）敏感元件
敏感元件时通过在氧化层上沉积多晶硅，然后经过蚀刻形成的。
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图3.5 敏感元件结构图
图3.5是一个简化的敏感元件结构图。实际传感器由42个这样的晶胞检测加速度。中间横梁由于加速度上下而移动，引起板间电容改变，最后转换为电压输出。
（2）ADXL150中的增益放大运放是将敏感元件输出的信号进行放大以便测量。 （3）ADXL150加速度传感器的时钟源主要为敏感元件和同步解调电路提供100kHz的时钟信号。
（4）同步解调系统能够抑制除敏感元件信号外的所有信号，能够使传感器不受电磁干扰和无线电频率干扰。
（5）缓冲放大器可以调节传感器的输出比例系数，正常情况下为38mV/g。 3.2.1.4 ADXL150基本电路
可以采用外接电源与地之间接0.1uF去耦电容供电。通过调节R1b可以增加输出精度，调节RT可改变直流偏置，通常将0g时的输出调节到2.5v。
图3.6基本电路
3.2.2 放大电路
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