绪论：LabVIEW控制简介 复旦大学物理教学实验中心 phylab.fudan.edu.cn.

Presentation on theme: "绪论：LabVIEW控制简介 复旦大学物理教学实验中心 phylab.fudan.edu.cn."— Presentation transcript:

1 绪论：LabVIEW控制简介 复旦大学物理教学实验中心 phylab.fudan.edu.cn

2 1、LabVIEW可以做什么？ 示波器！ 信号发生器！ 控制机器人！

3 示波器/信号发生器样例

4 2、LabVIEW编程语言简介 前后面板

5 2、LabVIEW编程语言简介 数据类型

6 2、LabVIEW编程语言简介 逻辑结构：顺序（数据流*）、判断、循环

7 2、LabVIEW编程语言简介 三个模板（Palette）

8 2、LabVIEW编程语言简介 高亮执行

9 2、LabVIEW编程语言简介 即时帮助

10 3、实验平台的结构组成 搭建控制集成 LabVIEW编程设计 实验模拟系统的核心: 是实验数据的最终来源，控制信号也是要传给这部分电路。
（外围电路与传感器） A/D数据采集卡 LabVIEW编程设计 实验模拟系统的核心: 是实验数据的最终来源，控制信号也是要传给这部分电路。 A/D采集卡是指模拟量的数字化，或数字量的模拟量输出。 程序通过A/D采集卡把控制信号传输给外围电路，电路反馈回来电压信号通过A/D卡转换成数字信号，并返回到程序里面。

11 模数转换及数模转换 模拟量： 一定范围内可任意取值 连续变化 数字量： 0 ~ 2N-1之间的整数 N为二进制位数 模数转换：
7 6 5 4 3 2 1 000 001 010 011 100 101 110 111 VO/V 数字输出编码 模拟电压量 模拟量： 一定范围内可任意取值 连续变化 数字量： 0 ~ 2N-1之间的整数 N为二进制位数 模数转换： 将模拟电压量转换为数字量 (ADC, analog to digital converter) 数模转换： 将数字量转换为模拟电压量(DAC)

12 数模转换分辨率 FSR = 10 V Q：我们需要多少位有效数字？ Q：如何尽可能多的利用到有效数字？
12位ADC：212 = 4096 =4k （分辨率2.44 mV） 分辨率2.44mV、0.0244%、12位。 14位ADC：214= 16k （分辨率0.610 mV） Q：我们需要多少位有效数字？ 海岸线的长度随着测量精度上升而增加 物理量本身涨落，如身高、体重。。。 Q：如何尽可能多的利用到有效数字？ 通过前置放大（增益）到有效区间的2/3 0.023 V 与 2.303V

13 数模转换采样频率 采样：按照一定的时间间隔进行连续的 模数转换 转换速度、缓存(cache)及通讯速度限制 了采样频率
采样间隔 采样点 采样：按照一定的时间间隔进行连续的 模数转换 转换速度、缓存(cache)及通讯速度限制 了采样频率 Q: 我们需要多快的采样频率？若信号源 频率为f0 f = f0 ？ f = 2 f0 ？ 10倍的过采样频率 采样周期：5倍以上

14 采集卡使用要求 模拟信号输入端口：接入电压不高于 10V，不低于0V 数字信号输入端口：接入电压不高于 5V，不低于0V
使用时先将采集卡连至计算机，后开 启信号源电源。关闭时先关信号源电 源，再断开采集卡 采集卡拔离计算机后，间隔5s以上再 插入卡 不要用手接触电路和芯片 不要带电操作！

15 3、已有实验设计 基于MPS-010602数据采集卡 16路 12Bit单端模拟信号采集（ADx） 4路 12Bit模拟信号输出（DAx）
8路 CMOS数字信号输入输出（Dx） 2路 CMOS 电平比较器（CPx+与CPx-） 2路 16bit TTL 或 CMOS (计数器) 2路 bit 或 16bit PWM输出 4个 地线端口（GND）

16 面包板 每行内的点相连通 每列内的五个点相连通

17 练习1：让LED发光 LED由一个PN结组成，具有单向导电性。 【长脚为正，短脚为负】
砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发 绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二 极管发蓝光。 工作电压一般为 V。【USB电源为 5 V，需接保护电阻。】 只需要极微弱电流即可正常发光。

18 练习2：用电位器调控LED的亮灭 AC：固定电阻 AC或BC：可调电阻 电路结构： 串联？ 并联？ 保护电阻？ 是否可能短路？ 电位器 A

19 练习3：用采集卡测量LED的开启电压 模拟采集端口：AD1 ~ AD16任选 采集卡综合应用程序的示波器功能 接地

20 实验列表总结 2.1 温度传感器(LM35) —— AD输入信号 2.2 光敏电阻 —— AD输入信号
2.3 LED系列实验—— D in 数字输入 / D out 数字输出 2.3.1 LED发光 2.3.2 带物理开关的LED 2.3.3 三基色LED 2.4 蜂鸣器 —— D out 数字输出 / DA输出 2.5 LED颜色渐变 —— PWM信号输出 2.6 舵机控制 2.7 步进电机控制电路（四相八步原理）

21 2.1 LM35温度传感器 输出电压与摄氏温度呈线性关系，0℃时为0 V，每升高1℃电压升高10 mV +Vs Vout GND

22 2.2 光敏电阻 将1K电阻与光敏电阻串联，根据分压原理，使用AD引脚检测光敏信号

23 2.3 LED系列实验 2.3.1 LED发光 2.3.2 带物理开关的LED 2.3.3 三基色LED

24 2.3.1 LED发光——Dx数字输入输出接口 DI 为一个一维数组，8 个数据位分别代表同一时刻采样得到的 8 路数字端口电平状态。 D1
序号 展开

25 接线 LED长脚为正，接D1 短脚为负，接GND 问题：如果用D5控制LED 的亮灭，程序应该如何 修改？

26 2.3.2带物理开关的LED D5初始高电平 开关闭合 D5低电平 D1输出高电平 LED亮 开关断开 D5高电平 D1输出低电平 LED灭
GND D1 电路1：D5-开关-GND 目的：用D5的状态反映实际开关的通断 电路2：D1-LED-GND 目的：用D1的高低电平控制LED的亮灭

27 六脚自锁开关 开关弹起 开关按下 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

28 实验列表总结 2.1 温度传感器(LM35) —— AD输入信号 2.2 光敏电阻 —— AD输入信号
2.3 LED系列实验—— D in 数字输入 / D out 数字输出 2.3.1 LED发光 2.3.2 带物理开关的LED 2.3.3 三基色LED 2.4 蜂鸣器 —— D out 数字输出 / DA输出 2.5 LED颜色渐变 —— PWM信号输出 2.6 舵机控制 2.7 步进电机控制电路（四相八步原理）

29 2.3.3 三基色LED的七色跳变 共阴极 共阳极 D1 高 D2 高 D3 低 D4 高 D5 高 D6 高 D7 高 D8 高 D1
恒定为低 D1 D2 D3 D5 低 高 恒定为高 D1 高 D2 高 D3 低 D4 高 D5 高 D6 高 D7 高 D8 高

30 2.4 蜂鸣器 有源蜂鸣器内部置源，通电即工作 稍大一些，两引脚长短有差异 无源蜂鸣器需调制频率驱动 引脚长度相同

31 PWM实验 LED颜色渐变（板卡自带PWM） 舵机控制（自行构造PWM）

32 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）
模拟信号直接调制： 优点：直观，方便 缺点：成本和功耗大（电热散耗），对噪声敏感 PWM ： 对模拟信号电平进行数字编码 等周期脉冲，每个脉冲内占空比( 高电位时间 / 脉冲周期)不一 输出电压 = 占空比* 最大电压 优点：噪声影响小

33 2.5 LED颜色渐变（板卡自带PWM） PWM输出通道：2个 EX3接口——PWM1输出 EX7接口——PWM2输出 PWM时基：
2M或24M PWM状态显示： 板卡上蓝色LED，指示占空比 程序： 调用采集卡自带封装函数SetPara.vi，即可设定占空比，从而调节LED亮度

34 2.6 舵机控制（自行构造PWM） 舵机：位置伺服的驱动器，用于控制角度。 控制器发出PWM信号 舵机内部基准信号与控制器信号比对
驱动芯片通过压差大小及正负控制电机正负旋转

35 9g舵机 转角：0~180° 引脚： 黄色—信号线；红色—电源；棕色—地线。
基准信号：脉宽0.5ms~2.5ms，周期为20ms（频率50Hz） PWM信号脉宽改变11μs，电机转动1° 构造PWM的方式： 模拟信号 数字信号 参数：占空比

36 2.7 步进电机 步进电机：电脉冲信号转变为角位移或线位移。 步进：每一个脉冲信号触发一个固定角度的旋转（步进角）。
脉冲个数：控制角位移量； 脉冲频率：控制电机转动的速度和加速度。 优点： 过载性好 以步为单位控制方便 结构简单，可以疾始和骤停 一圈中的误差仅受最后一步影响。

37 步进电机 电机的转子为永磁体 通过配置四个定子绕组的电流组合顺序，磁场改变 驱动转子转动与磁场相应方向。
A、B、C、D对应图中X',Y',X,Y

38