【正文】 72 73 74 。相信在不久的將來，一臺裝有虛擬儀器的標準微機可能成為一個多功能儀器測量系統(tǒng)，從根本上改變傳統(tǒng)儀器的研制和生產(chǎn)模式。 (2) 進行更加廣泛的實驗，對實驗中產(chǎn)生 的誤差進行定量和定性分析，找出原因，給出改進方案。 利用 LABVIEW 語言研究和開發(fā)了虛擬實驗儀器虛擬 示波器和虛擬信號發(fā)生器，除了實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能外，在某些功能上進行了創(chuàng)新提高，并就如何準 確地恢復(fù)輸入信號對信號處理技術(shù)、存儲寬帶改善技術(shù)和顯示技術(shù)進行了研究。由此可以看出，由計算機、數(shù)據(jù)采集卡及相應(yīng)軟件構(gòu)成的虛擬實驗儀器是切實可行的，而且可以最大限度的利用計算機資源，降低了成本，提高了效率。 圖 51 波形 顯示結(jié)果 圖 52 頻譜分析結(jié)果 23 圖 53 均方根分析結(jié)果 圖 54 相位分析結(jié)果 圖 55 總體結(jié)果分析 24 第 6 章 結(jié)論和展望 本文主要以 labVIEW 軟件平臺作為軟件開發(fā)環(huán)境，對虛擬實驗儀器進行了探索性的開發(fā)和研究。用到的節(jié)點有：幅值和電平測量，信號的時間與瞬態(tài)特性測量參數(shù)測量模塊 程序前面板 圖 410 參數(shù)測量模塊程序前面板 21 圖 411 參數(shù)測量模塊程序框圖 22 第 5 章 虛擬示波器的調(diào)試 本虛擬示波器的設(shè)計一是參閱通用的雙通道臺式數(shù)字存儲示波器的功能，并月在儀器分析上有所擴展。 (4)Labview 中的頻域分析 LabVIEw 高級分析庫中的頻域分析模板提供了 豐富的信號頻域分析函數(shù)，包括傅里葉變換、 Hilbert 變換、小波變換、 Hartley 變換、功率譜分析、聯(lián)合時頻分析、諧波分析、系統(tǒng)辨識等。但是當(dāng)采樣頻率。這個過程相當(dāng)于在連續(xù)時間信號上“抽取”許多離散時刻 iT(i=0， 1， 2，? )上的信號瞬時值。 (l) 信號 XS(i)及其頻譜 XS(? ) 若連續(xù)時間信號 x(t)被數(shù)據(jù)采集卡 (DAQ)中的采樣器以等時間間隔 T 采樣，則采樣時刻 0， T， ZT? .，所得信號 x(t)的瞬時值，就構(gòu)成了連續(xù)信號的 x(t)的離散時間序列 xs(i)， (i==0， 1， 2，? )。 以上為三角函數(shù)的形式，或者轉(zhuǎn)換成復(fù)指數(shù)形式： x(t)= ????tjmmeC ? （ 44） 使用計算機完成信號處理工作的需求導(dǎo)致了離散傅里葉變換的產(chǎn)生。還能夠根據(jù)用戶選用的分析功能的不同自動顯示適當(dāng)?shù)臋M坐標。 (2)單位選擇 :有多種單位如 vrms、 vpk、 vrlnS‘ 2等供選擇。我們之所以將它稱作為“模塊”，主要是因為它在整個程序中舉足輕重，如果沒有它，開發(fā)出來的程序不能稱為“虛擬儀器”，只是一個“信號處理內(nèi)存”。其中低通截止頻率的設(shè)置必須滿足采樣定理規(guī)則，截止頻率不能高于采樣頻率的一半。數(shù)字濾波器即是以數(shù)值計算的方法來實現(xiàn)對離散化信號的處理，以減少干擾信號在有用信號中所占的比例，從而改變信號的質(zhì)量，達到濾波或加工信號的目的。通過在這個枚舉的三個選擇項之間切 換，可以分別實現(xiàn)對應(yīng)的功能。通過信號類型選擇器可以從信號發(fā)生器中選擇不同類型的波形，如正弦波形，方波波形，三角波波形，鋸齒波形等。由于虛擬面板直接面向用戶，是虛擬示波器控制軟件的核心。 (3) 參數(shù)測量 :完 成電壓參數(shù)、頻率和周期等參數(shù)的測量功能。 (2) 波形顯示 :對采集到的波形進行觸發(fā)控制和時基控制后再顯示波形，可 13 以實現(xiàn)單信道顯示和雙信道顯示，以及對波形運算后的輸出顯示，有 :A、 B、 A+B、A一 B、 Aamp。其中，參數(shù)測量模塊包括電壓參數(shù)和頻率、周期等時間參數(shù)的測量并顯示測量結(jié)果。根據(jù)這一思路， 本文設(shè)計的虛擬示波器主要功能是對采集到的數(shù)據(jù)進行觸發(fā)、時基控制后，完成對輸入信號的電壓、頻率和周期等參數(shù)的測量，同時，利用 FFT 窗口對波形進行頻譜分析，可以實現(xiàn)單、雙信道顯示波形，并可以對波形運算后進行輸出顯示。 圖 34 數(shù)據(jù)采集卡 12 圖 35 數(shù)據(jù)采集卡布局圖 第 4 章 虛擬示波器的軟件設(shè)計 虛擬示波器是隨著 電子計算機技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生并逐步發(fā)展起來的一種具有存儲功能的新型儀器，主要用于觀察、分析和測量非重復(fù)信號、重復(fù)信號、單次信號、沖激信號等。三個二進制控制信號經(jīng)過三八譯碼器后，選擇 5158 個輸入通道中的一個通道與輸出端 D 接通。 圖 32 采樣 /保持器 多路轉(zhuǎn)換模擬開關(guān) 模擬開關(guān)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中主要部件之一，它的作用是切換各路輸入信號。采樣 /保持電路有兩種工作方式，即采樣方式和保持方式。 。多路開關(guān)將各路信號輪流切換到輸入端，對 10 各路信號分時采樣。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖如 4一 2 所示，它由多路開關(guān)、采樣 /保持器、放大 器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、計算機等組成。 m)是信息科學(xué)的重要分支，它不僅應(yīng)用在現(xiàn)代智能檢測系統(tǒng)中，而且在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、國防軍事及科學(xué)研究等方面都得到廣泛應(yīng)用，無論是過程控制狀態(tài)檢測、還是故障診斷、質(zhì)量檢測，都離不開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 N 工一 DAQ 就是 N1 公司高性能數(shù)據(jù)采集及驅(qū)動程序。 4 驅(qū)動軟件 沒有軟件，甚至沒有好的軟件，數(shù)據(jù)采集硬件系 統(tǒng)不可能發(fā)揮很大的作用。計時信號也就是信號源，它提供了繼續(xù)其操作的時間基準 。停滯時間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號幅值改變的快慢。范圍、增益、分辨率決定了可分辨的最小電壓變化，它表示 ILSB。例如，三位轉(zhuǎn)化器把模擬電壓分成 2’ (8位 )段，每段用二進制代碼在 000 到 In之間表示，因而數(shù)字并不能真實反映原始信號，因為一部分信息被漏掉 了。如果采樣點之間對時間要求嚴格，則必須同時采樣。顯然，如果信號變化比采樣板的數(shù)字化要快，或采樣太慢，就會產(chǎn)生波形失真，見圖 4一 1(b)。 (4) 激勵 由于電工測量試驗中經(jīng)常要要用到正弦波、方波等信號，且有時需要為一些傳感器提供激勵信號，故由虛擬信號發(fā)生器產(chǎn)生各種信號并由信號調(diào)理電路進行功率放大后輸出。 (2) 隔離 隔離是指使用變壓器、光或電容禍合等方法阻礙被測系統(tǒng)和測試系統(tǒng)之間傳遞信號，避免發(fā)生直接連接，使用禍合主要有兩個方面原因 :一是從安全的角度把傳感器信號同計算機隔離，因為被監(jiān)測系統(tǒng)可能 產(chǎn)生瞬時高壓，另一個原因是隔離可以使從數(shù)據(jù)采集卡出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響，減少誤差。 2 信號調(diào)理 信號調(diào)理器是傳感器和數(shù)據(jù)采集卡之間的橋梁，負責(zé)將傳感器的輸出信號和數(shù)據(jù)采集模塊可以接受的信號聯(lián)系起來，從傳感器輸出的信號必須經(jīng)過調(diào)理才能夠連入數(shù)據(jù)采集板，信號調(diào)理包括放大和衰減、隔離、濾波、傳感器激勵、線性化處理。下面逐一予以討論說明。相反，模擬信號包括了隨時間變化的連續(xù)信息。在實時系統(tǒng)中，需要高速的處理器，在對數(shù)據(jù)采集功能模塊進行分析之前，我們先對信號進行歸類。同時它能夠激發(fā)和線性化某些傳感器及其信號。 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 對計算機進行總線擴展以便將其用于實驗室研究、工業(yè)控制、測試和測量、這些都要用到基于計算機的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。它包括結(jié)構(gòu)子模板、數(shù)值運算子模板、布爾 7 邏輯子模板、字符串運算子模板、數(shù)組子模板、類子模板、比較子模板、時間和對話框子模板、文件輸入 /輸出子模板、儀 器控制子模板、儀器驅(qū)動程序庫、數(shù)據(jù)采集子模板、信號處理子模板、數(shù)學(xué)模型子模塊、圖形與聲音子模塊、通訊子模板、應(yīng)用程序控制子模塊、底層接口子模塊、文檔生成子模板、示教課程子模板、用戶自定義的子 Vl 模板和選擇? VI 子程序等子模板。使用時只需根據(jù)預(yù)完成的功能與操作，從子模板上選擇相應(yīng)的“圖標”放在流程圖編輯窗口中相應(yīng)的位置上即可。每個圖標代表一個子模板 (如圖所示 )。它也顯示出對象的前景色和背景色。 探針工具 :可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線上設(shè)置探針。 連線工具 :用于在框圖程序上連接對象。 使用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入值時，工具會變成標簽工具的形狀。 圖 23 工具選版 工具模板 工具選板為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試 VI 程序的工具 (如圖所示 )。調(diào)試程序時可以利用單步執(zhí)行、設(shè)置斷點、設(shè)置探針來顯示數(shù)據(jù)流動方向。在 LabVIEW 中，用戶可以通過兩種方式來運行程序 :運行和連續(xù)運行。這樣，其它的虛擬儀器才能將數(shù)據(jù)傳輸給子儀器。根據(jù)需要在功能模板中找到所需的節(jié)點，并將節(jié)點圖標放置到框圖程序窗口。通過鼠標和鍵盤輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，也可在計算機顯示器上直接觀看結(jié)果。 LabVIEW 創(chuàng)建虛擬儀器過程 創(chuàng)建虛擬儀器的過程分為四步 : 3 (1)創(chuàng)建前面板。通過鼠標和鍵盤向程序輸入數(shù)據(jù)，操作結(jié)果由軟件在計算機屏幕上生成。硬件部分主要是普通 PC 機和數(shù)據(jù)采集卡；軟件部分則包括了前面板，采集卡驅(qū)動程序及相關(guān)的應(yīng)用軟件（主要有頻譜分析，數(shù)字濾波，數(shù)據(jù)存儲和讀取，波形顯示等） 本論文主要分為以下幾個部分： 第 1章 緒論 第 2章 軟件開發(fā)平臺 Labview 的有關(guān)介紹 第 3章 系統(tǒng)硬件部分 第 4章 系統(tǒng)軟件部分 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試 第 6章 結(jié)論和展望 第 2 章 軟系統(tǒng)件的開發(fā)平臺 Labview 簡介 labview 的基本概述 Labview 是美國國家儀器公司開發(fā)的，基于 G 語言（ Graphics Language）的虛擬儀器開發(fā)工具。 我國在科學(xué)技術(shù)方面與世界頂級國家還有一定距離，我國的高檔儀器大部分還要依賴進口，這種儀器往往價格昂貴，使用面窄，花很多的外匯只能起到有限的作用，因此，研究虛擬儀器對我國來說具有很重要的意義。相比而言， Labwindows 是為熟悉 C語言的傳統(tǒng)軟件開發(fā)人員所設(shè)計的。據(jù)“世界儀表及自動化”雜志預(yù)測，虛擬儀器在 21 世紀中期將占到儀器市場 50%左右的份額。 （ 4）由于用軟件替代硬 件，儀器的更新升級大都只要更新軟件，從而使得儀器的升級換代更加迅速，研發(fā)周期縮短。 （ 1）傳統(tǒng)儀器的控制面板只有一個，在這個操作面板上，需要放置各種按鈕，容易導(dǎo)致混亂和混淆。其中，為了與虛擬儀器區(qū)別開來，我們又把前三種稱為傳統(tǒng)儀器。 關(guān)鍵詞： 虛擬儀器 虛擬示波器 頻譜分析 數(shù)據(jù)采集 II Abstract Along with the puter technology and software technology is developing rapidly, and the electronic puter in realtime data analysis and processing, storage, show， the advantages of the pared with traditional instruments is more and more obvious. Meanwhile, along with the puter costeffective rising, the price of traditional instruments, plus high and longterm single function of traditional instruments, development virtual instrument has bee an irreversible historical trend. The United States in this kind of environment in NI, pioneered the research and development of virtual instrume