【正文】 ....................................42 數(shù)據(jù)分析 ............................................................................................................................................43 多線程技術(shù) ................................................................................................................................................44 Windows 的多線程機(jī)制 .....................................................................................................................44 LabVIEW 與多線程 ............................................................................................................................45 多線程技術(shù)在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ........................................................................................................45 并行處理 .............................................................................................................................................463．7 小結(jié) .........................................................................................................................................................47第四章 程序設(shè)計(jì)顯示 ...........................................................................................................484．1 前面板設(shè)計(jì) .............................................................................................................................................484．2 程序的總框圖 .........................................................................................................................................484．3 程序?qū)傩栽O(shè)置及調(diào)試結(jié)果 .....................................................................................................................494．4 小結(jié) .........................................................................................................................................................51第五章 總結(jié)與展望 ...............................................................................................................52謝 辭 .....................................................................................................................................53參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................54致 謝 .......................................................................................................................................563第一章：緒論1．1 虛擬儀器概述1．1．1 虛擬儀器的產(chǎn)生虛擬儀器技術(shù)是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。它推動(dòng)著傳統(tǒng)儀器朝著數(shù)字化，智能化，模塊化，網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今，大體上可以分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能一起和虛擬儀器。第一代模擬儀器，這類儀器在某些實(shí)驗(yàn)室里還能看到，它是以電磁感應(yīng)基本定律為基礎(chǔ)的指針式儀器，如指針式萬(wàn)用表、晶體管電壓表、指針式電流表等。第二代數(shù)字化儀器，這類儀器現(xiàn)在相當(dāng)普遍，這類儀器將模擬信號(hào)的測(cè)量值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應(yīng)和較高準(zhǔn)確度的測(cè)量，如數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字頻率計(jì)等。第三代智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試和數(shù)據(jù)處理功能，可能代替部分腦力老公，習(xí)慣上稱為智能儀器。它的功能模塊全部都是以硬件或固定軟件的形式存在，無(wú)論是開(kāi)發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測(cè)試技術(shù)高速發(fā)展孕育出的一項(xiàng)革命性技術(shù)，其導(dǎo)致了傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)都發(fā)生了巨大的變革，它的出現(xiàn)使得人類的測(cè)試技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展紀(jì)元。虛擬儀器（Virtual VI）的概念，是美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments NI）于 1986 年提出的。NI 公司同時(shí)也提出了“軟件即儀器”的口號(hào)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由廠家定義，用戶無(wú)法改變的局面，從而引起了儀器和自動(dòng)化工業(yè)的一場(chǎng)革命。隨著現(xiàn)在硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器的智能化和虛擬化成為各級(jí)實(shí)驗(yàn)室以及研究機(jī)構(gòu)發(fā)展的方向。虛擬儀器，它既具有傳統(tǒng)儀器的功能，又有別于其他傳統(tǒng)儀器。它能夠充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，使儀器的測(cè)試和測(cè)量及自動(dòng)化工業(yè)的系統(tǒng)測(cè)試和監(jiān)控變得異常方便和快捷。1．1．2 虛擬儀器的概念虛擬儀器是指通過(guò)應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(jī)、軟件的功能模塊和儀器硬件結(jié)合起來(lái)，用戶可以通過(guò)友好的圖形界面（通常叫做虛擬前面板，簡(jiǎn)稱前面板）來(lái)操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)個(gè)人儀器一樣，從而完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)字存儲(chǔ)等。虛擬儀器以透明的方式，通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)的分析處滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)4理、表達(dá)以及圖形化用戶接口，把計(jì)算機(jī)資源（如微處理器、顯示器等）和儀器硬件（如 A/D、D/A、數(shù)字 I/O、定時(shí)器、信號(hào)調(diào)理等）的測(cè)試能力和控制能力結(jié)合起來(lái)。虛擬一起突破了傳統(tǒng)儀器以硬件為主體的模式，實(shí)際上使用者是在操作具有測(cè)試軟件的電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量，猶如操作一臺(tái)虛設(shè)的電子儀器。虛擬儀器技術(shù)的實(shí)質(zhì)是充分利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，當(dāng)基本硬件確定以后，就可以通過(guò)不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用要求。利用計(jì)算機(jī)豐富的軟、硬件資源，可以大大突破傳統(tǒng)儀器的數(shù)據(jù)的分析、處理、表達(dá)、傳遞、存儲(chǔ)等方面的限制，達(dá)到傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的效果。它不僅可以用于電子測(cè)量、測(cè)試、分析、計(jì)量等領(lǐng)域，而且還可以用于進(jìn)行設(shè)備的監(jiān)控以及工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化。虛擬儀器還可以廣泛用于電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等多個(gè)方面。1．1．3 虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器從構(gòu)成要素上講，由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件等構(gòu)成；從構(gòu)成分式上講則由以 DAQ 板和信號(hào)調(diào)理為儀器硬件而組成的 PCDAQ 測(cè)試系統(tǒng)，或已GPIB，VXI，Serial 和 Field bus 等標(biāo)準(zhǔn)總線儀器為硬件組成的 GPIB 系統(tǒng)、VXI 系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)等多種形式。虛擬儀器的構(gòu)成如圖 所示。顯示器信號(hào)分析及處理器入機(jī)接口 各類接口A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)發(fā)生器信號(hào)調(diào)理器信號(hào)調(diào)理器輸入信號(hào) D/A 轉(zhuǎn)換器信號(hào)調(diào)理器信號(hào)輸出圖 11 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)目前，虛擬儀器的構(gòu)成方式有以下幾種：5（1） PCDAQ 插卡式的 VI這種方式用數(shù)據(jù)采集卡配以計(jì)算機(jī)平臺(tái)和虛擬儀器軟件，便可構(gòu)成各種數(shù)據(jù)采集和虛擬儀器系統(tǒng)。它充分利用了計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源以及軟件的便利，其關(guān)鍵在于 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)。這種方式受 PC 機(jī)機(jī)箱、總線限制，存在電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)噪聲電平較高、無(wú)屏障，插槽數(shù)目不多、尺寸較小等缺點(diǎn)。隨著基于 PC 的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PCDAQ 方式存在的缺點(diǎn)已經(jīng)和正在被克服。因個(gè)人計(jì)算機(jī)數(shù)目非常龐大，插卡式儀器價(jià)格便宜，因此其用途廣泛，特別適用于工業(yè)測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)、各種實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)部門(mén)使用。（2） 并行口式的 VI最新發(fā)展的可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置，其硬件集成在一個(gè)采集盒里或探頭上，軟件裝在計(jì)算機(jī)上，可以完成各種 VI 功能。它的最大好處是可以與筆記本計(jì)算機(jī)相連，方便野外作業(yè)，又可與臺(tái)式 PC 相連，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用，非常方便。（3） GPIB 總線方式的 VIGPIB（General Purpose Interface Bus）技術(shù)是 IEEE488 標(biāo)準(zhǔn)的 VI 早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量由獨(dú)立的單臺(tái)的手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展。典型的 GPIB 系統(tǒng)由一臺(tái) PC 機(jī)，一塊 GPIB 接口卡和若干臺(tái) GPIB 儀器通過(guò) GPIB 電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊 GPIB 接口卡可帶多達(dá) 14 臺(tái)的儀器，電纜長(zhǎng)度可達(dá) 20m。GPIB 技術(shù)可以用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作方式，很方便的把多臺(tái)機(jī)器組合起來(lái)，形成大的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。GPIB 測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，主要市場(chǎng)在臺(tái)式儀器市場(chǎng)。適用于精確度要求高，但對(duì)計(jì)算機(jī)速率要求和總線控制實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合應(yīng)用。（4） VXI 總線方式的 VI VXI 總線是 VMEbus eXtension for Instrumentation 的縮寫(xiě)，是高速計(jì)算機(jī)總線 VME 在 VI 領(lǐng)域的擴(kuò)展，有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的 RFI/EMI 屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，VXI 系統(tǒng)的組建和使用越來(lái)越方便，有其他儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，適用于組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合，但 VXI 系統(tǒng)要求有專用的機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價(jià)比較高。（5） PXI 總線形式的 VI滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)6PXI 總線是 PCI eXtension for Instrumentation 的縮寫(xiě)，是 PCI 在 VI 領(lǐng)域的擴(kuò)展。這種新型模塊化儀器系統(tǒng)是在 PCI 總線內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，具有多板同步觸發(fā)、精確定時(shí)的星形觸發(fā)、相鄰模塊間高速通訊的局部總線以及高度的可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，適用于大型高精度集成系統(tǒng)。（6） 網(wǎng)絡(luò)接口方式的 VI盡管 Inter 技術(shù)最初并沒(méi)有考慮如何將嵌入式智能儀器設(shè)備連接在一起，不過(guò) NI 等公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了通過(guò) Web 瀏覽器觀測(cè)這些嵌入式儀器設(shè)備的產(chǎn)品，使人們可以通過(guò) Inter 操作儀器設(shè)備。根據(jù)虛擬儀器的特性，我們能夠方便的將虛擬儀器組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將分散在不同地理位置不同功能的設(shè)備聯(lián)系在一起，使昂貴的硬件設(shè)備、軟件在網(wǎng)絡(luò)上得以共享，減少了設(shè)備重復(fù)投資。現(xiàn)在，有關(guān) MCN（Measurement and Control Networks ）方面的標(biāo)準(zhǔn)正在積極進(jìn)行，并取得一定的進(jìn)展。由此可見(jiàn)，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將具有廣泛的應(yīng)用前景。（7） USB 接口方式的 VIUniversal Serial Bus（USB）因?yàn)槠湓?PC 機(jī)上的廣泛使用、即插即用的易用性和 高達(dá) 480Mbits/s 的傳輸速率，逐漸的成為儀器控制的主流總線技術(shù)?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)上的 USB 接口越來(lái)越多，也使得工程師可以很方便的將基于 USB 的測(cè)量?jī)x器連接到整個(gè)系統(tǒng)中。但是 USB 在儀器控制方面上亦有一些缺點(diǎn)。比如說(shuō) USB 的排線沒(méi)有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，在惡劣的環(huán)境下，可能造成數(shù)據(jù)的丟失，此外，USB 對(duì)排線的距離也有一定的限制。無(wú)論哪種 VI 系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦，臺(tái)式微機(jī)