【正文】 IIR 無限長(zhǎng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) ...............................................................23 第四章 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) ...........................................................................................................27 數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì) ..............................................................................................27 濾波器及 labVIEW實(shí)現(xiàn) ...................................................................................27 調(diào)用數(shù)字濾波器子程序的幾個(gè)問題 ..............................................................28 .調(diào)用的時(shí)的參數(shù)設(shè)置 ..........................................................................28 ........................................................................29 A/D前的搞混濾波器 ...........................................................................29 濾波器的設(shè)計(jì) ..................................................................................................29 選擇濾波器 ...........................................................................................29 數(shù)據(jù)保存部分 .......................................................................................30 數(shù)據(jù)寫入部分 .......................................................................................31 數(shù)字濾波器的整個(gè)框圖 ..................................................................................32 第五章 總結(jié)與展望 .......................................................................................................34 致 謝 ............................................................................................................................36 參 考 文 獻(xiàn) .....................................................................................................................37 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 引言 測(cè)控技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防科技等諸多領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，它的現(xiàn)代化已被認(rèn)為是科學(xué)技術(shù)、國(guó)防現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。 20世紀(jì) 70 年代以來，計(jì)算機(jī)、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展，在其推動(dòng)下，測(cè)控儀器與技術(shù)不斷進(jìn)步，相繼誕生了智能儀器、 PC 儀器、 VXI 儀器、虛擬儀器及互換性虛擬儀器等微機(jī)化儀器及其自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化儀器設(shè)備間的界限日漸模糊，測(cè)控領(lǐng)域和范圍不斷拓寬 [1]。 近年來，以計(jì)算機(jī)為中心、以網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)得到越 來越多的應(yīng)用，尤其是在航空航天等國(guó)防科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)控系統(tǒng)大體上由兩部分組成 ： 測(cè)控終端與傳輸介質(zhì)，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，測(cè)控終端的位置越來越多的被個(gè)人計(jì)算機(jī)所占據(jù)，其中，軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，甚至是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的靈魂，應(yīng)用于測(cè)控領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)稱為監(jiān)控軟件。傳輸介質(zhì)組成的通信網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)的通信與采集，這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的主體，是完成測(cè)控任務(wù)的主力。因此，這種“監(jiān)控軟件－數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”構(gòu)架的測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并形成了一套完整的理論 [1]。 課題背景 測(cè)控技 術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 早期的測(cè)控系統(tǒng)采用大型儀表集中對(duì)各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過操作盤進(jìn)行集中式操作；而計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被控對(duì)象 (生產(chǎn)過程 )共同構(gòu)成的整體。系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 2 檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能。由于通信協(xié)議不開放，因此這種測(cè)控系統(tǒng)是一個(gè)自封閉系統(tǒng)，一般只能完成單一的測(cè)控功能，一般通過接口，如 RS232 或 GPIB 接口可與本地計(jì)算機(jī)或其他儀器設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單互連 [1]。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在我國(guó)國(guó)防、通信、航天、航空、氣象、環(huán)境監(jiān)測(cè)、制造等領(lǐng)域，要求測(cè)控和 處理的信息量越來越大、速度越來越快。同時(shí)測(cè)控對(duì)象的空間位置日益分散，測(cè)控任務(wù)日益復(fù)雜，測(cè)控系統(tǒng)日益龐大，因此，提出了測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)化、遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化的要求。傳統(tǒng)的單機(jī)儀器己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)大數(shù)量、高質(zhì)量的信息采集要求，產(chǎn)生了由計(jì)算機(jī)控制的測(cè)控系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)單元通過各種總線互連，進(jìn)行信息的傳輸。 網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)控技術(shù)興起于國(guó)外，是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)高速發(fā)展，以及對(duì)大容量分布式測(cè)控的大量需求背景下發(fā)展起來。主要可分為以下幾個(gè)階段。 第一階段 ： 起始于 20 世紀(jì) 70 年代通用儀器總線 (GPIB)的出現(xiàn)， GPIB 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與測(cè)控系統(tǒng)的首次結(jié)合，使得測(cè)量?jī)x器從獨(dú)立的手工操作單臺(tái)儀器開始走向計(jì)算機(jī)控制的多臺(tái)儀器的測(cè)控系統(tǒng)。此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的雛形與起始階段。 第二階段 ： 起始于 20 世紀(jì) 80 年代 VXI 標(biāo)準(zhǔn)化儀器總線的出現(xiàn)， VXI 系統(tǒng)可以將大型計(jì)算機(jī)昂貴的外設(shè)、 VXI 設(shè)備、通信線路等硬件資源以及大型數(shù)據(jù)庫(kù)程序等軟件資源納入網(wǎng)絡(luò)，使得這些寶貴的資源得以共享。此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的初步發(fā)展階段。 第三階段 ： 隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)帶動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) (FCS)的迅速發(fā)展，使得可以在一個(gè)工廠范圍內(nèi)通過總線將成千上萬個(gè)智能 傳感器 /變送器等智能化的儀表組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控儀器系統(tǒng)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的快速發(fā)展階段。 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 3 第四階段 ： 在對(duì)現(xiàn)代化要求極高的領(lǐng)域，傳統(tǒng)的測(cè)控系統(tǒng) 已經(jīng) 逐漸無法滿足用戶的要求。許多部門或大型企業(yè)迫切要求構(gòu)建基于 Inter 或大型局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)，即通常所說的分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)發(fā)展的成熟階段。 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 虛擬儀器是微電子、通信、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。自從1785 年庫(kù)侖發(fā)明靜電扭秤， 1834 年哈里斯提出靜電電表結(jié)構(gòu)以來，電測(cè)儀表和電子儀器隨相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步 、儀器儀表元器件質(zhì)量的提高和測(cè)量理論方法的改進(jìn)得到飛速發(fā)展。有一種較普遍地說法將測(cè)量?jī)x器的發(fā)展分為五個(gè)階段，如圖 所示。 圖 測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 從十九世紀(jì)初到二十世紀(jì)末 ， 測(cè)量?jī)x器經(jīng)歷了模擬儀器 、 電子儀器 、 數(shù)字儀器 、 智能儀器等階段 ， 發(fā)展到現(xiàn)在的虛擬儀器。模擬儀器主要有模擬式電壓表 、電流表等 ， 這些儀表解決了當(dāng)時(shí)對(duì)某些量的測(cè)量的需求。從二十世紀(jì)初到五十年代左右，測(cè)量?jī)x器的材料性能得到改善出現(xiàn)了電子管，同時(shí)測(cè)量理論和方法與電子技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了以記錄儀和示波 器為代表的電子儀表五十年代以后隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)以及應(yīng)用電子技術(shù)的發(fā)展 將 數(shù)字技術(shù)成功地應(yīng)用到測(cè)量?jī)x器。這時(shí)電子控制集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)開始融為一體成為測(cè)量?jī)x器的主要特征。七十年代初第一片微處理器問世，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)從此發(fā)展迅猛，在其影響下測(cè)量?jī)x器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算模擬儀 器 電子儀 器 數(shù)字儀器 智能儀 器 虛擬儀 器 19 世紀(jì) 五十年 代 20 世紀(jì) 70 年代 九十年代 XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 4 機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展及在電工電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，測(cè)量?jī)x器也不斷進(jìn)步和發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。智能儀器是將微機(jī)置于儀器內(nèi)部，使儀器具有控制、存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)操作等智能特點(diǎn)，并在測(cè)量準(zhǔn)確度、靈 敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用能力及解決測(cè)量技術(shù)問題 的 深度和廣度等方面都有明顯的進(jìn)步。這種內(nèi)置微處理器的儀器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試又能完成數(shù)據(jù)處理，可取代部分的腦力勞動(dòng)。隨著電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。 但是在數(shù)字化儀器、智能儀器階段基本上沒有擺脫傳統(tǒng)儀器那種獨(dú)立使用、手動(dòng)操作的模式，難以勝任更復(fù)雜、多任務(wù)的測(cè)量需求。為解決這樣的問題，總線式儀器與系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。人們發(fā)明制造出 CAMAC、 RS232 和 GPIB等多種儀器通訊接口總線，用于將多臺(tái)智能儀器連在一起 ， 以構(gòu)成更復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng) 。1982 年美國(guó)西北儀器公司總裁德伯克提出了微機(jī)化儀器的概念，也就是人們現(xiàn)在常提到的卡式儀器?？ㄊ絻x器是虛擬儀器的雛形 ， 是將傳統(tǒng)獨(dú)立式儀器的測(cè)量電路部分與接口部分集合在一起制成儀器功能卡，將其插入微機(jī)的內(nèi)部插槽或外部插件箱中形成的儀器。 PC 總線儀器系統(tǒng)是卡式儀器的一種，它是利用 PC機(jī)內(nèi)部的總線，把若干塊儀器卡插在 PC 機(jī)內(nèi)部或外部擴(kuò)展機(jī)箱內(nèi)而組成的。插卡總線機(jī)箱與 PC 機(jī)間的通信，可利用 RS23 GPIB 接口總線或以太網(wǎng)電纜等進(jìn)行。 雖然許多廠家通過定義新的儀器總線，不斷對(duì)卡式儀器進(jìn)行改進(jìn)，但其大多是在微 機(jī)內(nèi)總線的插槽上進(jìn)行開發(fā)，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，且各廠家生產(chǎn)的插卡尺寸大小不一，設(shè)備兼容性較差。在這種情況下，用戶自然會(huì)提出標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 1987年，美國(guó)的惠普和泰克等 5 家公司在 VME 總線的基礎(chǔ)上，聯(lián)合提出了一種新型總線系統(tǒng) VXI(VME eXtension For Instrumentation)總線，即由微機(jī)總線 VME 擴(kuò)展而成的微機(jī)化儀器專用總線。 1997 年美國(guó) NI 公司推出了一種新的儀器總線標(biāo)準(zhǔn) PXI總線標(biāo)準(zhǔn)。制定 PXI規(guī)范的目的是為了將 PC 的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)和 PCI總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展結(jié)合起來，以期形成 一種主流的虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)。XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 5 相對(duì) VXI 儀器，按 PXI 總線標(biāo)準(zhǔn)制成的 PXI 儀器具有成本低、便 于組成便攜式測(cè)試系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn) [2]。這些以 PC 為核心、由測(cè)量功能軟件支持，具有虛擬控制面板、必要儀器硬件和通信能力的 PC 儀器或 VXI 儀器就是虛擬儀器。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實(shí)際需求。隨著虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)及硬件的發(fā)展，基于虛擬儀器的儀器系統(tǒng)的開發(fā)周期更短，費(fèi)用更低，測(cè)量速度、準(zhǔn)確度及可復(fù)用性提高，且更便于相應(yīng)儀器系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展 [3]。 當(dāng)今社會(huì) 正處于一個(gè)正在高 速發(fā)展的 狀態(tài)中 ，要在有限的時(shí)空內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量的信息交換，隨之而來的是信息密度急劇增大，因而在研究和生產(chǎn)過程中要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)信息的處理速度越來越高，功能越來越強(qiáng)。先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅希望設(shè)備能夠單獨(dú)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還希望他們之間能夠互相通信，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，甚至是測(cè)試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，以便對(duì)眾多的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比、綜合和自動(dòng)分析、從而得出準(zhǔn)確的判斷。然而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀器在此方面受到很大的限制。 基于虛擬儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的提出在一定程度上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集所面臨的問題，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為 當(dāng)今數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。本文正是在虛擬儀器技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的采集，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄、分析處理。 虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢(shì)和新方向，并且是信息技術(shù)的重要領(lǐng)域擴(kuò)充，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。 本設(shè)計(jì)所做的工作 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)以 4 個(gè)通道進(jìn)行設(shè)計(jì)，從傳感器來的模擬輸入信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理XX 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 6 后，輸入到 NI PCI6254 數(shù)據(jù)采集卡，然后經(jīng)過 PCI 總線送入 PC 機(jī)，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理，包括數(shù)據(jù)的平均值濾波，采樣波形的實(shí)時(shí)顯示，并以一定的時(shí)間間隔插入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存，邊采集邊保存，然后通過數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的檢索。 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器是把采集來的