摘 要：”軟件就是儀器”，應(yīng)用LabView實現(xiàn)儀器領(lǐng)域的新革命，可方便的實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的數(shù)據(jù)采集，顯示，數(shù)字輸出，既可以控制單個步進(jìn)電機(jī)，也可以把步進(jìn)電機(jī)組成空間向量進(jìn)行控制，而且結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行高效。本文主要講了對單個步進(jìn)電機(jī)的控制，通過和單片機(jī)控制的對比可以看出LabView的優(yōu)勢。 關(guān)鍵字：LabView，步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 一.LabView簡介： 　　虛擬技術(shù)、計算機(jī)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)最重要的組成部分，它們被稱為是21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)中的三大核心技術(shù)。而虛擬儀器即使虛擬技術(shù)中的一個很重要的組成部分，自20世紀(jì)90年代以來,在計算機(jī)技術(shù)的推動下,以虛擬儀器為標(biāo)志的通用化,智能化和網(wǎng)絡(luò)化測量儀器及測試系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展,使得測量儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方法和實現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)生了深刻的變化.所謂的虛擬技術(shù),就是用戶在通用的計算機(jī)平臺上,根據(jù)測試任務(wù)的需要來定義和設(shè)計儀器的測試功能,其實質(zhì)是充分利用計算機(jī)來實現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)的儀器功能，虛擬儀器技術(shù)綜合也用了計算機(jī)技術(shù),數(shù)字信號處理技術(shù),標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和軟件工程方法,它縮短了開發(fā)和調(diào)試的周期。[1]“軟件就是儀器”反映了虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì), 這個概念克服了傳統(tǒng)儀器的功能在制造時就被限定而不能變動的缺陷,擺脫了由傳統(tǒng)硬件構(gòu)成一件件儀器再連成系統(tǒng)的模式,許多功能直接就由軟件來實現(xiàn),打破了儀器功能只能由廠家定義,用戶無法改變的模式。 　　以圖形化軟件編程方法和集成開發(fā)環(huán)境為標(biāo)志的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境是虛擬儀器技術(shù)研究的重要內(nèi)容。美國國家儀器公司（NATIONAL INSTRUMENTS 簡稱NI）的創(chuàng)新產(chǎn)品LabView是目前最成功，應(yīng)用最為廣泛的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境。而在中國LabView才剛開始應(yīng)用，它的應(yīng)用量只占全世界的2%左右。 　　本文主要以步進(jìn)電機(jī)的控制為例，通過和單片機(jī)的比較進(jìn)一步闡述LabView的優(yōu)勢! 二.傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)： 　　將輸入的模擬信號波形進(jìn)行調(diào)理（濾波，隔離，放大等）,并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由微處理器按照功能要求對采集的數(shù)據(jù)作必要的分析和處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)存儲、顯示或經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，傳統(tǒng)儀器是由廠家生產(chǎn)的，一般一種儀器只有一種功能或數(shù)種功能，步驟如下（圖1）。 　?。ㄒ唬┰跀?shù)據(jù)采集的過程中我們必須根據(jù)自己的需要開發(fā)自己的電路，總體的要求是設(shè)計最小應(yīng)用系統(tǒng)： 　　1、根據(jù)采樣要求選擇CPU，如8031，8051等,然后根據(jù)數(shù)據(jù)的大小配置ROM，RAM; 　　2、根據(jù)電極的多少擴(kuò)展I/O口; 　　3、根據(jù)采樣的信號的多少，范圍，干擾強(qiáng)弱選擇A/D和D/A等輸入輸出器件,如是應(yīng)用12位的或8位內(nèi)置的多路轉(zhuǎn)換器還是外置的等; 　　4、外圍器件選擇：電源，調(diào)制電路，隔離放大器，數(shù)碼顯示，液晶顯示，濾波器等系統(tǒng)要求的器件; 　　5、軟件選擇：如匯編，C51等;[3] 　　（二）這樣的電路從在很多的缺陷： 　　1、因為受單片機(jī)CPU時鐘信號的限制，它的頻率不高，一般只有40kh，因此采樣的速度慢，如果對采樣的速度要求和高，這樣的系統(tǒng)很難滿足要求; 　　2、可擴(kuò)展的ROM/RAM最大只有64K; 　　3、編程語言為匯編或是C51，這種語言要經(jīng)過一定的時間的學(xué)習(xí)，鍛煉，掌握了一定的知識結(jié)構(gòu)才能夠完成，對于一般從事數(shù)學(xué)，教學(xué)，測量，儀器儀表等的研究的科技人員是很不必要的，而且要便一個很好的程序難度很大，對一個中大的科研項目用這樣的開發(fā)是很有必要的，但是如果只是一個很小的試驗?zāi)康?，作這樣的事情既非時間又費(fèi)精力; 　　4、一旦硬件連接好了就很難改變,沒有靈活性. [align=center] 圖1 一般最小應(yīng)用系統(tǒng) Fig. 1 Normal minimal system[/align] 　　一種用動控制系統(tǒng)單片機(jī)原理圖如下（圖 2）: [align=center] 圖2 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī) Fig. 2 Single chip control step motor[/align] 三.LabView對步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)： 　　虛擬儀器是通過編制不同的測試軟件來構(gòu)成任何一種儀器,而不是某幾種儀器.例如激勵信號可先由微機(jī)產(chǎn)生數(shù)字信號,再經(jīng)D/A變換產(chǎn)生所需的各種模擬信號,一塊DAQ卡可以完成A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸入輸出、記數(shù)器/定時器等多種功能,再配以相應(yīng)的信號調(diào)理電路組件,即可構(gòu)成能生成各種虛擬儀器的硬件平臺，現(xiàn)在的虛擬儀器硬件系統(tǒng)還擴(kuò)展了和各種儀器的接口，例如BG、VXI總線儀器、PC總線儀器以及帶有RS-232接口的儀器或儀器卡,虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器最大的不同之處,就在于應(yīng)用的靈活性上.虛擬儀器是用戶自己定義的,用戶可以將各種計算機(jī)平臺、硬件、軟件和附備件結(jié)合起來,組裝成所需要的應(yīng)用設(shè)備。它的界面和功能與真的儀器十分相似，一個LabView程序有交互式用戶接口，數(shù)據(jù)流框圖，和圖表連接端口組成，各部分的功能如下： 　　1、前面板可以包含旋鈕，刻度盤，開關(guān)，圖表和其他界面工具，允許用戶通過鍵盤或鼠標(biāo)獲取數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果;LabView程序從數(shù)據(jù)流框圖接受指令;LabView程序模塊化特征。一個vi既可以作為上層的獨(dú)立程序，也可以作為其他程序的子程序。當(dāng)一個LabView程序作為子程序，稱為subvi。LabView程序圖表和連接端口的功能就像一個圖形化參數(shù)列表，可以在LabView程序和subvi之間傳遞數(shù)據(jù)。 　　2、每塊運(yùn)動控制卡可以控制四個步進(jìn)電極,可以采取開環(huán)或閉環(huán),可以控制加速度和減速度,可以是速度控制,位置控制,或者是以一步為單位進(jìn)行控制,方便靈活. 　　3、要控制多于四塊的運(yùn)動控制卡只需要多插一塊運(yùn)動控制卡 　　4、用于不同的控制用途只要改變一下控制框圖即可. 　　正是因為上述的原因，LabView最佳的實現(xiàn)了模塊化編程思想，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇系統(tǒng)配置，它的硬件配置如下（圖 3）： [align=center] 圖3 LabView硬件配置 Fig. 3 LabView hardware configure[/align] 　　（一）用LabView實現(xiàn)用動控制過程（以一個步進(jìn)電機(jī)為列）: 　　1、作前面板（圖 4）： [align=center] 圖4 前面板 Fig. 4 Front Panel[/align] 　　Axis or Vector Space:軸或三坐標(biāo)空間 Position Mode: 控制方式 　　Board ID：板卡號 Loop Mode：開環(huán)或閉環(huán) 　　Tarqet Position：距離 Limit Type：限位開關(guān) 　　Stop Type：停止時減速 Stop：停止 　　2、相應(yīng)的框圖程序（圖 5）: [align=center] 圖 5 框圖程序 Fig.5 Block Diagram[/align] 　　1.確定板卡號及是否要限位 2.位置控制方式即通過移動的距離控制步進(jìn)電機(jī) 　　3.開環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)是2000Counts/r，不需要反饋 4.給定速度，移動的距離 　　5.等待運(yùn)動結(jié)束，復(fù)位到坐標(biāo)原點 6.移動過程中的錯誤處理 四、總結(jié): 　　由于虛擬儀器是以PC為基礎(chǔ)的,不需要用戶更多的經(jīng)濟(jì)投入!經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)律告訴我們,在我國這樣一個發(fā)展中國家,推廣虛擬儀器就顯得更加必要:更低的花費(fèi),更高的效率.虛擬儀器的各種優(yōu)點讓用戶可以放心地舍棄舊有的傳統(tǒng)測量設(shè)備,接受更新型、以PC為基礎(chǔ)的虛擬儀器系統(tǒng).由于計算機(jī)的性能價格比的不斷改進(jìn),使得虛擬儀器的價格更為大眾所接受,有了虛擬儀器這個解決方案,用戶可以降低成本、減少系統(tǒng)開發(fā)費(fèi)用和系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用! 　　1、用于測量和測試：LabView以成為測試與測量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過GPIB，VXI串行設(shè)備和插卡式數(shù)據(jù)采集卡可以構(gòu)成實際的控制系統(tǒng); 　　2、用于過程控制和工業(yè)自動化：它提供了強(qiáng)大的硬件驅(qū)動，圖形顯示功能和便捷的快速程序設(shè)計為過程控制和工業(yè)自動化應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案; 　　3、應(yīng)用于實驗室和自動化：它為科學(xué)家和工程師提供了功能強(qiáng)大的高級數(shù)學(xué)分析庫，包括統(tǒng)計，估計，回歸分析，線性代數(shù)，信號生成算法，時域和頻域算法等眾多的科學(xué)領(lǐng)域，可滿足各種計算和分析需要。即使在聯(lián)合時域分析，小波和濾波器設(shè)計等高級或特殊分析場合，LabView也為此提供了鉆模的附加軟件包。 　　4、應(yīng)用于教學(xué): LabView在學(xué)校得到了更為廣泛的應(yīng)用,在教學(xué)的過程中可以實行連網(wǎng),從而使個人計算機(jī)顯示器可以充當(dāng)儀器的面板,它的通用性和靈活性得到了全面的體現(xiàn),既是教學(xué)變得容易,又節(jié)約了資金和維護(hù)硬件的繁瑣. 參考文獻(xiàn) 　　1.王敏生 等譯著, LabView基礎(chǔ)教程[M],電子工業(yè)出辦社 2002 　　2. [美] Gary W.Johnson, Richard Jennings 著, 武嘉蓬 陸勁昆 譯, LabView 圖形編程 [M], 北京大學(xué)出版社 2002 , 4-72 　　3.何立民 編著，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計（MCS-51系列）[M] 北京航空航天大學(xué)出版社2002，24-54 　　4.竇振中 編著, 單片機(jī)外圍器件使用手冊（貯存器分冊）[M] 北京航空航天大學(xué)出版社1998, 10-94