【正文】 R。權電流型 D/A轉換器可解決這一問題。 分辨率：輸出模擬電壓應能區(qū)分 0~2n1共 2n 個輸入數(shù)字量。 轉換誤差有時也稱為線性誤差。 （ 2）輸出電壓滿刻度 FSR(Full Scale Range)的百分數(shù)。 (1)參考電源引起的誤差稱為比例系數(shù)誤差。 4）轉換速度 用完成一次轉換所需的時間－－建立時間 tset－－來衡量。 外接運放時，轉換時間還應加上運放的上升（下降）時間。 它有如下方便的性能： （ 1）即插即用功能 PCI6221 完全符合 PCI 規(guī)格 標準，支持即插即用。該電路能代替軟件控制采樣期間多路開關的切換。當 FIFO 半滿時，PCI6221 會產(chǎn)生一個中斷 。其中有一個計數(shù)器作為事件計數(shù)器，用于對輸入通道的事件進行計數(shù)。這樣能使信號間的交叉干擾降到最小，并使 EMI/EMC 問題得到了最終的解決。 硬件的安裝 第一步：關掉計算機，將您的板卡插入到計算機后面空閑的 PCI 插槽中 （ 注意：在您手持板卡之前觸摸一下計算機的金屬機箱殼以免手上的靜電損壞板卡。 PCI總線的板卡插好后計算機操作系統(tǒng)會自動識別， Device Manager 在 Installed Devices 欄中 My Computer 下也會自動顯示出所插入的器件，這一點和 ISA 總線的板卡不同，如上圖所示。 測試 （ 1）模擬輸出功能測試 在測試界面中點擊模擬輸出標簽，彈出圖 所示界面。 圖 數(shù)字量輸入功能測試 用戶可以方便地通過數(shù)字量輸入通道指示燈的顏色，得到相應數(shù)字量輸入通道輸入的是低電平還是高電平（紅色為高，綠色為低）。測量單端模擬信號輸入，標準連接方法，如圖 所示 : 本科生畢業(yè)論文 33 圖 單端模擬輸入連接 （ 2） 差分式模擬輸入連接 PCI6221 有 16個模擬輸入通道，可 以設置成 8對差分式輸入通道。連接方式如圖 所示： 圖 差分式模擬輸入連接 通過這種連接方式，可以消除在信號源和板卡地之間的共模干擾電壓 V（ CM）。軟件為用戶提供了集成開發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接口。 對于虛擬儀器應用軟件的編寫，大致可以分為兩種方式： （ 1）通用編程軟件進行編寫 。 具體選用哪一種軟件，應該由編程者根據(jù)實際情況選擇。 LABVIEW 具有模塊化特性，有利于程序的可重用性。 LABVIEW 雖然是為計算機測控領域開發(fā)的， 但它的函數(shù)包。這就大大縮短了虛擬儀器的開發(fā)周期、消除了虛擬儀器編程的復雜過程。 LABVIEW 是實驗室虛 擬儀器工 作平臺（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 的簡稱，是美國國家儀器公司（ NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。 （ 2）用專業(yè)圖形化編程軟件開發(fā)。所以正確選擇軟硬件對程序開發(fā)和設計起著非常重要的作用。連接方法如圖 所示： 圖 模擬信號輸出連接及外圍電路 （ 2）外部觸發(fā)源連接 PCI6221 也支持外部觸發(fā)源觸發(fā) A/D 轉換，當 +5V 連接到 TRGGATE 時，就允許外部觸發(fā)，當 EXTTRG有一個上升沿時觸發(fā)一次 A/D轉換，當 TRGGATE連接到 DGND時，不允許外部觸發(fā)。如果信號源連有參考地，則 PCI6221 的地端和信號源的地端之間會存在電壓差，這個電壓差會隨信號源輸入到輸入端，這個電壓差就是共模干擾。 （注：其它功能的測試就不再做介紹） 信號連接 管腳圖 PCI6221 的管腳圖如圖 所示： 基于 LABVIEW的虛擬示波器設計 32 圖 管腳圖 輸入連接 （ 1 ）單端模擬輸入連接 PCI6221 提供 16 路模擬量輸入通道，當測量一個單端信號時，只需一根導線將信號連接到輸入端口，被測的輸入電壓以公共地為參考。例如，要使通道 0輸出 電壓，在 “Manual Output”中設置輸出值為 ，點擊 “Out”按紐，即可 在管腳 AO0_OUT 與 AO_GND 之間輸出 電壓，這個值可用萬用表測得。設置完成后點擊 “OK”即可。 圖 硬件檢測圖 第三步：從開始菜單 /程序 /Advantech Device Driver Manager,打開 Advantech Device Manager。 注意：如果您的計算機沒有啟用自動安裝，可在 H：盤文件中點擊 文件啟動安裝程。 基于 LABVIEW的虛擬示波器設計 28 （ 5） 用于降低噪聲的特殊屏蔽電纜 PCL10168 屏蔽電纜是專門為 PCI6221 所設計的，它用來降低模 2 PCI6221 快速安裝使用手冊 擬信號的輸入 噪聲。 （ 4）卡上可編程計數(shù)器 PCI6221 提供了可編程的計數(shù)器，用于為 A/D 變換提供可觸發(fā)脈沖。這種設計能讓您對不同通道使用不同增益，并自由組合單端和差分輸入來完成多通道的高速采樣。實際上，所有與總線相關的配置，比如基地址、中斷，均由即插即用功能完成。 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡慨述 NI PCI6221 是 NI公司的 M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個 A/D 轉換器，雖然是多路采集，實際上是分時工作的，所 有在多路同時工作時采樣率會成倍降低。 輸入信號由全 0 變?yōu)槿?1 所需時間最長。 基于 LABVIEW的虛擬示波器設計 26 (3)模擬開關的導通內(nèi)阻和導通壓降以及電阻網(wǎng)絡中電阻的偏差引起的誤差稱為非線性誤差。 3）轉換誤差分析 D/A 轉換器的四個組成部分，均可引起轉換誤差。 轉換誤差的表示形式： （ 1）最低有效位的倍數(shù)。 (2)用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。因此，經(jīng)常用倒 T 型電阻網(wǎng)絡的分流作用來實現(xiàn)。因此，速度快。 （二）、倒 T型電阻網(wǎng)絡 D/A轉換器，如圖 所示。 D/A 轉換器。 LSB/2，就表明實際輸出 的數(shù)字量和理論上應得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個字。因為，在最大輸入電壓一定時，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。線性電壓發(fā)生器輸出線性斜變的參考電壓 Vr Vr=Kt （三）階梯波電壓比較型 A/D 轉換 這種方式與線性電壓比較型的轉換原理相同，差別僅在于用等增量的階梯波電壓代替線性增長的斜坡電壓作為比較基準。從轉換的角度看這是一種間接轉換，或者更確切地說是直接比較間接轉 換。初看起來只要增加 D/A轉換器的位數(shù)，就可以提高逐次比較型的精度，事實上由于這種形式的轉換抗干擾能力低以及電路結構等方面的原因，目前一般只達到五位讀數(shù)，實際精不夠高。轉換過程試碼是按權躍變進行的，每一個十進位只要四個節(jié)拍即可完成試碼。但 Vx﹥ 0 時， 若△ V=VxVf≥ 0 則加碼保持，編碼器計為 1；若△ V=VxVf＜ 0 則加碼撤掉，編碼器計為 0。最后保留的砝碼總和即為轉換結果。 （一）逐次比較反饋編碼型 A/D 轉換 這種模型類似一架自動“電壓天平”，其“砝碼”是一組不都量值的參考電壓。如可按轉換速度分類，也可按轉換精度、轉換位數(shù)、轉換原理等進行分類。一個理想的 A/D 轉換器的輸入、輸出關系可用下式表示： D≈ ( a1+a2+a3+? +an)Vr=DVr 式中的 D是轉換器的數(shù)字輸出， Vr 為基準電壓。取樣電容 CH上的電荷無泄放回路，將保持。 A/D 轉換的基本步驟： 采樣（取樣）；保持；量化；編碼。實際上每個 信號總要疊加上噪音，這就使模擬信號的精度受到限制。盡管如此，采樣得到的信號有時候仍然含有一定的工頻干擾成分。這種帶有干擾的有效信號（低通或帶通），它除了含有有效的帶限信號頻譜外，在干擾信號頻率點 f0處有一單一頻率的譜線，即含有工頻周期干擾信號的頻譜。采樣定理的出發(fā)點是從采樣數(shù)據(jù)中能夠完全恢復原始信號。 香農(nóng)采樣定理給出了低通型帶限信號的最低采樣頻率，即采樣頻率 fs必須大于被測信號最高頻率的兩倍，采樣后的信號才不會出現(xiàn)混頻現(xiàn)象。 量化和編碼是在同一個電路中完成的。因此，對于任意輸入模擬電壓 , 首先 應把它量化為 的整數(shù)倍。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用 S 表示。所以在此做數(shù)據(jù)采集基礎的講解。實際采集時，噪聲也可能帶來一些麻煩。對于高級程序員來說，還要考慮程序的性能如何，能否滿足速度與響應的要求以及內(nèi)存的使用情況。測試過程是項目開發(fā)的重要組成部分。鮮明就是說：需要強調的部分一定要用顏色加以突出，體現(xiàn)測控系統(tǒng)程序的特點，減少用戶操作過程中犯錯誤 機會。 用戶界面也稱 GUI，即 graphical user interface。選擇適當?shù)墓ぞ甙鼘_到事半功倍的效果。在此基礎上，程序開發(fā)人員對所要解決的問題有了大致的了解，甚至可以畫出一個系統(tǒng)的框圖，之后還要進行程序的可行性分析，考慮選用器件的性價比、開發(fā)風險等。本章將詳細討論對 基于 LabVIEW 虛擬儀器的 智能火車車輪測試系統(tǒng) 設計 時幾種方案的比較。 軟件模塊設計是 本章 重點，詳細講述了各個功能模塊具體的實現(xiàn)過程。本論文開發(fā)了一臺 基于 LabVIEW 虛擬儀器的 智能火車車輪測試系統(tǒng) 設計 。儀器硬件可以是插入式數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍電路（含信號調理電路、 A/D轉換器 、數(shù)字 I/O、定時器、 D/A 轉換器等 ） ，或者是帶標準總線接口的儀 器，如 GPIB、 VXI、 PXI、 STD、 PCI 總線儀器和網(wǎng)絡化儀器等。 基于這種情形，本文引入虛擬儀器技術的思想和設計方法，在 LabVlEW 虛擬儀器開發(fā)環(huán)境下，運用 LabVIEW 的逐點分析庫，研發(fā)了火車車輪狀態(tài)實時檢測系統(tǒng)。目前，虛擬儀器技 術在 測量方面的應用已日趨成熟，它已成為測試及測量領域的工業(yè)標準 ，故此，本文主要探討虛擬儀器技術在遠程控制領域中的開發(fā)與應用。虛擬儀器技術是計算機和傳統(tǒng)的儀器技術融合的產(chǎn)物，是現(xiàn)代測試技術與系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。一方面，大力引進國外虛擬儀器方面的生產(chǎn)技術；另一方面，發(fā)展基于計算機的插卡式硬件模塊為主的測控技術，發(fā)展圖形化平臺的軟件產(chǎn)品，充分利用我們現(xiàn)有的計算機及測控技術硬件，縮短與國際先進水平的差距。 圖形化編程平臺的進一步發(fā)展和完善是虛擬儀器發(fā)展的一個重要方向。它可以取代測量技術在傳統(tǒng)領域的各類儀器。國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對生產(chǎn)設備的運行狀況進行實時監(jiān)測。一臺發(fā)動機檢測完后，就可打印出完整的檢測報告。其中，華中理工大學機械學院工程測試實驗室將其開發(fā)成果在網(wǎng)上公開展示。 是目前已經(jīng)發(fā)布的最高傳輸速度。世界各國的公司，特別是美國 NI 公司，為使虛擬儀器能夠適應上述各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件以及適應要求的硬件（插件） ，可以靈活的組建不同復雜程度的虛擬儀器自動檢測系統(tǒng)。最早和最具有影響力的開發(fā)軟件，是 NI 公司的 LABVIEW 軟件和 Lab windows/CVI開發(fā)軟件。 價格低廉，儀器間資源可重復利用率高 價格昂貴，儀器間一般無法相互利用 用戶可定義儀器功能 只有廠家能定義儀器功能 可 以與網(wǎng)絡 及周邊設備方便互連 與其他設備儀器的連接十分有限 軟件使得開發(fā)和維護費用降至最低 開發(fā)和維護開銷高 技術更新周期短（ 12年） 技術更新周期長（ 510年） 數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印 數(shù)據(jù)無法編輯 1． 2 虛擬儀器的現(xiàn)狀 1． 2． 1 國外現(xiàn)狀 虛擬儀器技術目前在國外發(fā)展很快，以美國國家儀器公司（ NI 公司）為代表的一批廠商已經(jīng)在市場上推出了基于虛擬儀器技術而設計的商品化儀器產(chǎn)品。 因此，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇不同廠家的產(chǎn)品，使儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活、效率更高，縮短了系統(tǒng)組建和維修的時間。 （ 4） 基于計算機 數(shù)據(jù)庫及報表技術 和接口技術，使 VI 系統(tǒng)具有方便、靈活的互聯(lián)能力，廣泛支持諸如 CAN， Field Bus， PROFIBUS 等各種工業(yè)總線標準。與傳統(tǒng)儀器相比虛擬儀器主要有以下幾個優(yōu)點： （ 1） 融合了計算機強大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的限制 ，大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。但是 USB 在儀器控制方面上亦有一些缺點?，F(xiàn)在，有關 MCN（ Measurement and Control Networks ）方面的標準正在積極進行，并取得一定的進展。這種新型模塊化儀器系統(tǒng)是 在 PCI 總線內(nèi)核技術上增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的，具有多板同步觸發(fā)、精確定時的星形觸發(fā)、相鄰模塊間高速通訊的局部總線以及高度的可擴展性等優(yōu)點，適用于大型高精度集成系統(tǒng)。 （ 4） VXI 總線方式的 VI VXI 總線是 VMEbus eXtension for Instrumentation 的縮寫，是高速計算機總線 VME 在 VI 領域的擴展，有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格 的 RFI/EMI 屏蔽。 在標準情況下，一塊 GPIB 接口卡可帶多達 14 臺的儀器，電纜長度可達20m。它的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式 PC相連，實現(xiàn)臺式和 便攜式兩用，非常方便。這種方式受 PC機機箱、總線限制，存在電源功率不足，機箱內(nèi)噪聲電平較高、無屏障，插槽數(shù)目不多、尺寸較小等缺點。 1． 1． 3 虛擬儀器的構成 虛擬儀器從構成要