摘 要：”軟件就是儀器”，應用LabView實現儀器領域的新革命，可方便的實現對步進電機的數據采集，顯示，數字輸出，既可以控制單個步進電機，也可以把步進電機組成空間向量進行控制，而且結構簡單，運行高效。本文主要講了對單個步進電機的控制，通過和單片機控制的對比可以看出LabView的優(yōu)勢。 關鍵字：LabView，步進電機，單片機，數據采集系統(tǒng) 一.LabView簡介： 　　虛擬技術、計算機通信技術和網絡技術是信息技術最重要的組成部分，它們被稱為是21世紀科學技術中的三大核心技術。而虛擬儀器即使虛擬技術中的一個很重要的組成部分，自20世紀90年代以來,在計算機技術的推動下,以虛擬儀器為標志的通用化,智能化和網絡化測量儀器及測試系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展,使得測量儀器和數據采集系統(tǒng)的設計方法和實現技術產生了深刻的變化.所謂的虛擬技術,就是用戶在通用的計算機平臺上,根據測試任務的需要來定義和設計儀器的測試功能,其實質是充分利用計算機來實現和擴展傳統(tǒng)的儀器功能，虛擬儀器技術綜合也用了計算機技術,數字信號處理技術,標準總線技術和軟件工程方法,它縮短了開發(fā)和調試的周期。[1]“軟件就是儀器”反映了虛擬儀器技術的本質, 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,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)境為標志的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境是虛擬儀器技術研究的重要內容。美國國家儀器公司（NATIONAL INSTRUMENTS 簡稱NI）的創(chuàng)新產品LabView是目前最成功，應用最為廣泛的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境。而在中國LabView才剛開始應用，它的應用量只占全世界的2%左右。 　　本文主要以步進電機的控制為例，通過和單片機的比較進一步闡述LabView的優(yōu)勢! 二.傳統(tǒng)的步進電機控制系統(tǒng)： 　　將輸入的模擬信號波形進行調理（濾波，隔離，放大等）,并經A/D轉換成數字信號，由微處理器按照功能要求對采集的數據作必要的分析和處理，然后將處理后的數據存儲、顯示或經D/A轉換成模擬信號輸出，傳統(tǒng)儀器是由廠家生產的，一般一種儀器只有一種功能或數種功能，步驟如下（圖1）。 　?。ㄒ唬┰跀祿杉倪^程中我們必須根據自己的需要開發(fā)自己的電路，總體的要求是設計最小應用系統(tǒng)： 　　1、根據采樣要求選擇CPU，如8031，8051等,然后根據數據的大小配置ROM，RAM; 　　2、根據電極的多少擴展I/O口; 　　3、根據采樣的信號的多少，范圍，干擾強弱選擇A/D和D/A等輸入輸出器件,如是應用12位的或8位內置的多路轉換器還是外置的等; 　　4、外圍器件選擇：電源，調制電路，隔離放大器，數碼顯示，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] 　?。ǘ┻@樣的電路從在很多的缺陷： 　　1、因為受單片機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，這種語言要經過一定的時間的學習，鍛煉，掌握了一定的知識結構才能夠完成，對于一般從事數學，教學，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目的，作這樣的事情既非時間又費精力; 　　4、一旦硬件連接好了就很難改變,沒有靈活性. [align=center] 圖1 一般最小應用系統(tǒng) Fig. 1 Normal minimal system[/align] 　　一種用動控制系統(tǒng)單片機原理圖如下（圖 2）: [align=center] 圖2 單片機控制步進電機 Fig. 2 Single chip control step motor[/align] 三.LabView對步進電機的控制系統(tǒng)： 　　虛擬儀器是通過編制不同的測試軟件來構成任何一種儀器,而不是某幾種儀器.例如激勵信號可先由微機產生數字信號,再經D/A變換產生所需的各種模擬信號,一塊DAQ卡可以完成A/D轉換、D/A轉換、數字輸入輸出、記數器/定時器等多種功能,再配以相應的信號調理電路組件,即可構成能生成各種虛擬儀器的硬件平臺，現在的虛擬儀器硬件系統(tǒng)還擴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平臺、硬件、軟件和附備件結合起來,組裝成所需要的應用設備。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，數據流框圖，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，圖表和其他界面工具，允許用戶通過鍵盤或鼠標獲取數據并顯示結果;LabView程序從數據流框圖接受指令;LabView程序模塊化特征。一個vi既可以作為上層的獨立程序，也可以作為其他程序的子程序。當一個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列表，可以在LabView程序和subvi之間傳遞數據。 　　2、每塊運動控制卡可以控制四個步進電極,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行控制,方便靈活. 　　3、要控制多于四塊的運動控制卡只需要多插一塊運動控制卡 　　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最佳的實現了模塊化編程思想，用戶可以根據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] 　?。ㄒ唬┯肔abView實現用動控制過程（以一個步進電機為列）: 　　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 　　Stop Type：停止時減速 Stop：停止 　　2、相應的框圖程序（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電機 　　3.開環(huán)控制，步進電機是2000Counts/r，不需要反饋 4.給定速度，移動的距離 　　5.等待運動結束，復位到坐標原點 6.移動過程中的錯誤處理 四、總結: 　　由于虛擬儀器是以PC為基礎的,不需要用戶更多的經濟投入!經濟的發(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,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)測量設備,接受更新型、以PC為基礎的虛擬儀器系統(tǒng).由于計算機的性能價格比的不斷改進,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)費用和系統(tǒng)維護費用! 　　1、用于測量和測試：LabView以成為測試與測量領域的工業(yè)標準，通過GPIB，VXI串行設備和插卡式數據采集卡可以構成實際的控制系統(tǒng); 　　2、用于過程控制和工業(yè)自動化：它提供了強大的硬件驅動，圖形顯示功能和便捷的快速程序設計為過程控制和工業(yè)自動化應用提供了優(yōu)秀的解決方案; 　　3、應用于實驗室和自動化：它為科學家和工程師提供了功能強大的高級數學分析庫，包括統(tǒng)計，估計，回歸分析，線性代數，信號生成算法，時域和頻域算法等眾多的科學領域，可滿足各種計算和分析需要。即使在聯合時域分析，小波和濾波器設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、應用于教學: LabView在學校得到了更為廣泛的應用,在教學的過程中可以實行連網,從而使個人計算機顯示器可以充當儀器的面板,它的通用性和靈活性得到了全面的體現,既是教學變得容易,又節(jié)約了資金和維護硬件的繁瑣. 參考文獻 　　1.王敏生 等譯著, LabView基礎教程[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], 北京大學出版社 2002 , 4-72 　　3.何立民 編著，單片機應用系統(tǒng)設計（MCS-51系列）[M] 北京航空航天大學出版社2002，24-54 　　4.竇振中 編著, 單片機外圍器件使用手冊（貯存器分冊）[M] 北京航空航天大學出版社1998, 10-94