【正文】 變化。（2）放大器。一般最好能夠使進(jìn)入采集卡的電壓范圍剛好與其符合，以便利用其可靠的分辨率范圍。例如，三位的A/D 轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成 23=8 段，每段用二進(jìn)制代碼在 000 到 111 之間表示。（2）采樣方法采集卡通常都有好幾個(gè)數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個(gè)放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器，要比每個(gè)通道單獨(dú)使用各自的經(jīng)濟(jì)的多，但這僅適用于對(duì)時(shí)間不是很重要的場(chǎng)合。 數(shù)據(jù)采集卡的選擇數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關(guān)，要根據(jù)具體情況來(lái)具體分析。下列情況使用軟件觸發(fā)：用戶需要對(duì)所有采集操作有明確的控制，并且事件定時(shí)不需要非常準(zhǔn)確。硬件觸發(fā)可進(jìn)一步分為外部觸發(fā)和內(nèi)部觸發(fā)。（2）觸發(fā)(Triggering)觸發(fā)涉及初始化、終止或同步采集事件的任何方法。② 需要連續(xù)采集或產(chǎn)生 AC 數(shù)據(jù)(10 樣本/秒) ，并且要同時(shí)分析或顯示某些數(shù)據(jù)。需要注意的是 Buffer與采集操作的速度及容量有關(guān)。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)?duì)采集板卡初始化，板卡上和內(nèi)存中的 Buffer 是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。但是在具體情況中，我們要視情況而定，一般來(lái)說(shuō)單端輸入以一個(gè)共同點(diǎn)為參考點(diǎn)，這種方式適用于輸入信號(hào)為高電平（大于 1V）且信號(hào)源與采集端之間的距離較短（通常小于 5m）的應(yīng)用場(chǎng)合。在無(wú)參考地單端測(cè)量系統(tǒng)中，信號(hào)的一端接模擬輸入通道，另一端接一個(gè)公共參考端（AISENSE），但這個(gè)參考端電壓相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的地來(lái)說(shuō)是不斷變化的。 圖 32 八通道差分測(cè)量系統(tǒng)（2）參考地單端測(cè)量系統(tǒng)(RSE)所有信號(hào)均使用同一個(gè)參考電壓或接地電壓，也稱為接地測(cè)量系統(tǒng)。 一個(gè)理想的差分測(cè)量系統(tǒng)能夠精確測(cè)量（+）和（）輸入端口之間的電位差，并將共模電壓完全抑制掉。一個(gè)不與任何地（如大地或建筑物的地）連接的電壓信號(hào)稱為浮動(dòng)信號(hào)，浮動(dòng)信號(hào)的每個(gè)端口都與系統(tǒng)地獨(dú)立。 輸入信號(hào)的連接方式接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備的信號(hào)根據(jù)參考點(diǎn)的不同可以分為接地信號(hào)和浮動(dòng)信號(hào)兩種類型。模擬時(shí)域信號(hào)(Time Domain)運(yùn)載的信息不僅有信號(hào)的電平，還有電平隨時(shí)間的變化，如圖所示。用于測(cè)量一個(gè)頻域信號(hào)的系統(tǒng)必須有必要的分析功能，用于從信號(hào)中提取頻域信息。直流信號(hào)最重要的信息是它在給定區(qū)間內(nèi)運(yùn)載的信息的幅度。TTL 信號(hào)就是一個(gè)開關(guān)信號(hào)，一個(gè) TTL 信號(hào)如果在 到 之間，就定義它為邏輯高電平，如果在 0 到 之間，就定義為邏輯低電平。數(shù)字(二進(jìn)制)信號(hào)分為開關(guān)信號(hào)或脈沖信號(hào)。量化單位定義為量化器滿量程電壓 FSR（Full Scale Range）與 2n 的比值，用 q 表示，有： ，式中，n 為量化器的位FSRq2?數(shù)，也就是采集卡的采樣位數(shù) [10]。其次，應(yīng)使采樣頻率 帶限信號(hào)最高頻率的 2 倍，即sfHf。 有截止頻率(即最高頻率) ，即當(dāng) 時(shí)，f HfHf?。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過(guò)程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來(lái)控制某些物理量。 本章小結(jié)虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。正是由于 LabVIEW 和虛擬儀器的互相作用，才給了二者更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展空間。因此，LabVIEW 受到越來(lái)越多工程師、科學(xué)家的普遍青睞。傳統(tǒng)的文本式編程是一種順序的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)者必須寫出執(zhí)行的語(yǔ)句。 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)——LabVIEW LabVIEW 的基本概念LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。除了通用程序開發(fā)語(yǔ)言以外，還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語(yǔ)言和軟件，其中有影響的開發(fā)軟件有：NI 公司的 LabVIEW，LabWindows/CVI。 虛擬儀器的開發(fā)軟件 虛擬儀器的開發(fā)語(yǔ)言虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語(yǔ)言有：標(biāo)準(zhǔn) C，Visual C++ ，Visual Basic 等通用程序開發(fā)語(yǔ)言。對(duì)于傳統(tǒng)儀器，這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成；對(duì)于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實(shí)現(xiàn)。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。 虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的組成虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。專用的儀器驅(qū)動(dòng)器(和對(duì)應(yīng)的物理儀器)可以被改變，但應(yīng)用程序代碼保持不變。play 驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)之上的，它解決了儀器的互操作問(wèn)題。play 聯(lián)盟開發(fā)了儀器驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) VISA。硬件驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)處理用戶界面圖 23 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)（1）軟件開發(fā)平臺(tái)LabVIEW 是目前國(guó)際上唯一的基于數(shù)據(jù)流的編譯型圖形編程環(huán)境，它把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成用簡(jiǎn)單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能(圖形)，并用線條把各種圖形連接起來(lái)的簡(jiǎn)單圖形編程方式，使得不熟悉編程的工程技術(shù)人員都可以按照測(cè)試要求和任務(wù)快速“畫” 出自己的程序， “畫”出儀器面板，這大大提高了工作效率，減輕了科研和工程技術(shù)人員的工作量，因此，LabVIEW 是一種優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)。用戶可以采用各種編程軟件來(lái)開發(fā)自己所需要的應(yīng)用軟件。這樣可保證多廠商產(chǎn)品的互操作性和系統(tǒng)的易集成性。其核心是 Compact PCI 結(jié)構(gòu)和 Microsoft Windows 軟件?；?GPIB 總線結(jié)構(gòu)的接口卡數(shù)據(jù)傳輸速率一般低于 500kb/s，不適合與對(duì)系統(tǒng)速度要求較高的應(yīng)用。GPIB 的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議以納入國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 和，它是最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配備了遵循 IEEE488 的GPIB 接口。在計(jì)算機(jī)上掛接多個(gè) DAQ 功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以構(gòu)成一臺(tái)具有多功能的測(cè)試儀器。被測(cè)信號(hào)P C D A QG P I B 儀器串口儀器V X I 模塊P X I 模塊計(jì)算機(jī)圖 22 虛擬儀器構(gòu)成方式DAQ(Data Acquisition)數(shù)據(jù)采集卡是指基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線(如ISA、PCI 、USB 等)的內(nèi)置功能插卡。由于卡式儀器與計(jì)算機(jī)結(jié)合緊密，能夠充分利用已有的計(jì)算機(jī)資源，較之傳統(tǒng)儀器成本更低廉、使用更靈活、性能更強(qiáng)，因此它是一種極具潛力的儀器種類。 虛擬儀器的硬件技術(shù)（1）卡式儀器傳統(tǒng)儀器主要由控制面板和內(nèi)部處理電路組成；而卡式儀器自身不帶儀器面板，它必須借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，建立圖形化的虛擬面板，完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示。在當(dāng)前流行的 C/S/D 網(wǎng)絡(luò)模式下，利用嵌入式技術(shù)（包括數(shù)據(jù)庫(kù)嵌入和網(wǎng)絡(luò)模塊的嵌入）可以充分利用有效資源，提高測(cè)試效率 [6]。7）可方便地存貯和交換測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果的表達(dá)方式更加豐富多樣。3）儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟件來(lái)定義，不是事先由廠家定義的。虛擬儀器與之不同，它可以通過(guò)在幾個(gè)分面板上的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。在高速度、高帶寬和專業(yè)測(cè)試領(lǐng)域，獨(dú)立儀器具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。源代碼庫(kù)函數(shù)為用戶構(gòu)造自己的虛擬儀器（VI）系統(tǒng)提供了基本的軟件模塊。虛擬儀器以通用計(jì)算機(jī)和配備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口的測(cè)量?jī)x器（包括 GPIB、RS232 等傳統(tǒng)儀器以及新型的 VXI 模塊化儀器）為基礎(chǔ)，將儀器硬件連接到各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，直接利用計(jì)算機(jī)豐富的軟硬件資源，將計(jì)算機(jī)硬件（處理器、存儲(chǔ)器、顯示器）和測(cè)量?jī)x器（頻率計(jì)、示波器、信號(hào)源）等硬件資源與計(jì)算機(jī)軟件資源（包括數(shù)據(jù)的處理、控制、分析和表達(dá)、過(guò)程通訊以及圖形用戶界面）有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。從這一思想出發(fā)，基于電腦或工作站、軟件和 I/O 部件來(lái)構(gòu)建虛擬儀器。 本設(shè)計(jì)所做的工作本設(shè)計(jì)是以研究數(shù)據(jù)采集技術(shù)為目的，利用虛擬儀器技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，信號(hào)采用 NIPXI 6281 數(shù)據(jù)采集卡采集，由軟件進(jìn)行處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)功能等。因此，我國(guó)的虛擬儀器存在巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＣ绹?guó) NI 公司在 1997 年 9 月 1 日推出模塊化儀器的主流平臺(tái)PXI，這是與 CompactPCI 完全兼容的系統(tǒng)。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)室已成功地應(yīng)用于許多大型實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)研究和高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。（2）虛擬儀器開發(fā)向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展在 1998 年 9 月成立了 IVI(Interchangeable Virtual Instrument) 基金會(huì)，IVI基金會(huì)是最終用戶、系統(tǒng)集成商和儀器制造商的一個(gè)開放的聯(lián)盟。為了兼顧其他高級(jí)語(yǔ)言軟件開發(fā)者的習(xí)慣，NI 還推出了 LabWindows/ CVI、Componentworks 等交互式開發(fā)平臺(tái)。第三階段：隨著科學(xué)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)的飛速發(fā)展，使是的可以在一個(gè)工廠范圍內(nèi)通過(guò)總線將成千上萬(wàn)智能傳感器等智能化的儀表組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的快速發(fā)展階段。網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)控技術(shù)源起于國(guó)外，是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)迅猛發(fā)展，以及對(duì)大容量分布的測(cè)控終端的的大量需求的背景下發(fā)展起來(lái)，主要分為以下幾個(gè)階段：第一階段：起始于 20 世紀(jì) 70 年代通用儀器總線的出現(xiàn)時(shí) GPIB 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)和測(cè)控系統(tǒng)的首次結(jié)合，這樣使得測(cè)量?jī)x器從獨(dú)立的手工操作單臺(tái)儀器開始向總線計(jì)算機(jī)控制的多臺(tái)儀器的測(cè)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 測(cè)控技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀早期的測(cè)控系統(tǒng)利用的是大型的儀表對(duì)各個(gè)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，然后通過(guò)操作盤進(jìn)行操控；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則是以計(jì)算機(jī)為主體，配合檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被控對(duì)象構(gòu)成的整體，系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)用于生產(chǎn)過(guò)程的各種監(jiān)控。VI前面板是控件和指示器的組合，控件仿真常規(guī)儀器上的輸入輸出設(shè)備類型，如旋鈕和開關(guān)，并提供一種機(jī)制，將輸入從前面板傳送到基本框圖。虛擬儀器可以利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用，與傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器相比，具有成本低、功能強(qiáng)大、集成度高、質(zhì)量可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，能很方便地組建測(cè)試系統(tǒng)，滿足多種測(cè)量要求。NI 公司開發(fā)的 LabVIEW 是目前最為成功的虛擬儀器軟件之一，它是一種基于G 語(yǔ)言的 32 位編譯型圖形化編程語(yǔ)言，其圖形化界面可以方便地進(jìn)行虛擬儀器的開發(fā)，并在測(cè)試測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。s many features, breaking the traditional instruments of the framework, the formation of a new instrument model. This paper describes the measurement and control technology and virtual instrument technology status and future development trend of related technology of virtual instrument, LabVIEW related knowledge, and then expounded on the theory of data acquisition, data acquisition system is given and the hardware block diagram structure. In the analysis of the design features, based on the procedures introduced modular design, databaserelated knowledge, LabVIEW multithreading technology, given the design front panel and block diagram. This design uses a virtual NIPXI 6281 data acquisition card, the use of virtual instruments and related technology to achieve a multichannel data acquisition. The system has multichannel acquisition, display, storage management and password protection.Keywords: Virtual Instrument, DAQ, MySQL, LabVIEW 目 錄摘 要 .............................................................................................................................IABSTRACT ..................................................................................................................II第 1 章 緒論 ..................................................................................................................1 課題來(lái)源及研究的目的和意義 .........................................................................1 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 ...............................