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的優勢。 關鍵字：LabView，步進電機，單片機，數據采集系統 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得到了迅速的發展,使得測量儀器和數據采集系統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,擺脫了由傳統硬件構成一件件儀器再連成系統的模式,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環境為標志的虛擬儀器開發環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環境。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的優勢! 二.傳統的步進電機控制系統： 　　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自己的電路，總體的要求是設計最小應用系統： 　　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 Fig. 1 Normal minimal system[/align] 　　一種用動控制系統單片機原理圖如下（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： 　　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,可以采取開環或閉環,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：開環或閉環 　　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!經濟的發展規律告訴我們,在我國這樣一個發展中國家,推廣虛擬儀器就顯得更加必要:更低的花費,更高的效率.虛擬儀器的各種優點讓用戶可以放心地舍棄舊有的傳統測量設備,接受更新型、以PC為基礎的虛擬儀器系統.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、減少系統開發費用和系統維護費用! 　　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; 　　2、用于過程控制和工業自動化：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自動化應用提供了優秀的解決方案; 　　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