【正文】 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。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。伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算機(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。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。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。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。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)。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]?；谔摂M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。 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信號(hào)，進(jìn)行濾波，保存打印。虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器” 。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點(diǎn)之一，有了這一點(diǎn)，儀器的開發(fā)和換代時(shí)間將大大縮短。這樣，當(dāng)用戶從一個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)向另一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，就能簡(jiǎn)單地構(gòu)造出新的VI系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨(dú)立儀器無法比擬的優(yōu)勢(shì)（如表11所示）。由此導(dǎo)致許多識(shí)讀和操作錯(cuò)誤。2）在通用硬件平臺(tái)確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。6）由于其以PC為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過程不必像過去那樣由測(cè)試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用PC機(jī)CPU的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度、速度大為提高，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、多任務(wù)測(cè)量。這是一種新型的基于Web技術(shù)的虛擬儀器，使得虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)成為Internet/Intranet的一部分，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和管理。這種結(jié)合基本有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。系統(tǒng)軟件部分通常用專用的虛擬儀器開發(fā)語言（如LabVIEW）編寫而成，并可通過Internet實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。PCDAQGPIB儀器串口儀器計(jì)算機(jī)被測(cè)信號(hào)VXI模塊PXI 模塊 虛擬儀器構(gòu)成方式1）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。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。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。基于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。其核心是Compact PCI結(jié)構(gòu)和Microsoft Windows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。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應(yīng)用軟件。 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器的開發(fā)軟件 虛擬儀器的開發(fā)語言虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標(biāo)準(zhǔn)C，Visual C++ ，Visual Basic等通用程序開發(fā)語言。除了通用程序開發(fā)語言以外，還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語言和軟件，其中有影響的開發(fā)軟件有：NI公司的LabVIEW，LabWindows/CVI。 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)——LabVIEWLabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一種圖形化的編程語言，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。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)行的語句。因此，LabVIEW受到越來越多工程師、科學(xué)家的普遍青睞。1）前面板：前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。② 設(shè)計(jì)的思路和運(yùn)行過程清晰而且直觀。在設(shè)計(jì)大型自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)一步完成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)有難度的。同時(shí)也對(duì)于將來系統(tǒng)的維護(hù)提供了便利。第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論該部分主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述，傳感器，輸入信號(hào)的分析、調(diào)理以及測(cè)量系統(tǒng)的選擇，下面分別予以說明。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來一些麻煩。它的倒數(shù)l/△t被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。采樣間隔是△t，注意，采樣點(diǎn)在時(shí)域上是離散的。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。這種信號(hào)畸變叫做混疊。 采集系統(tǒng)的一般組成及各部分功能描述內(nèi)存BufferDAQ板卡A/DLabview程序w驅(qū)動(dòng)程序硬件Buffer(FIFO)（FIFO） 信號(hào)顯示 外觸發(fā)圖 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖。但是將采集卡的數(shù)據(jù)先送到Buffer，你就可以先將它們快速存儲(chǔ)起來，稍后再重新找回它們顯示或分析。下列情況需要使用Buffer I/O：① 需要采集或產(chǎn)生許多樣本，其速率超過了實(shí)際顯示、存儲(chǔ)到硬件，或?qū)崟r(shí)分析的速度。② 需要縮減存儲(chǔ)器的開支。硬件觸發(fā)讓板卡上的電路管理觸發(fā)器，控制了采集事件的時(shí)間分配，有很高的精確度。許多儀器提供數(shù)字輸出(常稱為“trigger out”)用于觸發(fā)特定的裝置或儀器，在這里，就是數(shù)據(jù)采集卡。③ 采集事件需要與外部裝置同步。沖激響應(yīng)本來是用于模擬系統(tǒng)，指系統(tǒng)對(duì)沖激函數(shù)δ（t）的響應(yīng)。遞歸表現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)過程中出現(xiàn)反饋回路。因此，盡管IIR、FFR與遞歸非遞歸有著密切的關(guān)系，但它們畢竟是從不同的角度看問題，在概念上不能混為一談。因此，如果你想從0～20kHz的信號(hào)中慮出1～4kHz的頻率成分，那么在0～20kHz的頻率范圍內(nèi)，帶通濾波器應(yīng)該只有1～4kHz的通帶。說一個(gè)數(shù)字頻率低通的帶通是0～,則時(shí)鐘為1Hz時(shí)是指0～50Hz，時(shí)鐘為2Hz時(shí)是指0～100Hz，時(shí)鐘為100kHz時(shí)是指0～5kHz，是相對(duì)頻率。二維濾波器主要用于圖象處理，其用途日益廣泛。 二、DF的性能要求（低通為例） 1— 0 通帶截止頻率 阻帶截止頻率 IIR 數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理 一個(gè)截止頻率為 (rad／s)的理想數(shù)字低通濾波器，其傳遞函數(shù) 表達(dá)式是： 相應(yīng)的單位取樣響應(yīng)為： 由式(1)和(2)可以看出，這個(gè)濾波器在物理上是不可實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)闆_激響應(yīng)具有無限性和因果性。 X（n） h（0） h（1） h（N2） h（N1）圖31 卷積型FIR濾波器從上面的z變換和結(jié)構(gòu)圖可以很容易得出FIR濾波器的差分方程表示形式。設(shè)計(jì)完成后對(duì)已設(shè)計(jì)的濾波器的頻率響應(yīng)進(jìn)行校核，運(yùn)算量也很大。不論是IIR濾波器還是FIR濾波器的設(shè)計(jì)都包括三個(gè)步驟：(1) 按照實(shí)際任務(wù)的要求，確定濾波器的性能指標(biāo)。FIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為： 其差分方程為： FIR濾波器卻可以得到嚴(yán)格的線性相位，然而由于FIR濾波器系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)固定在原點(diǎn)，所以只能用較高的階數(shù)達(dá)到高選擇性，對(duì)于同樣的濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)，F(xiàn)IR濾波器所要求的階數(shù)可以比IIR濾波器高510倍，成本較高，信號(hào)延時(shí)也較大。FIR濾波器沒有現(xiàn)成設(shè)計(jì)公式。在這方面，F(xiàn)IR濾波器具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。 圖 濾波器及l(fā)abVIEW實(shí)現(xiàn)濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器，分別處理模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。理想濾波器是一個(gè)理想化的模型。下面我們來了解LabVIEW中的濾波器VI。1)濾波器類型選擇：首先要選擇濾波器的通過頻帶類型，即在低通，高通，帶通或帶阻濾波器中選擇一個(gè)類型：其次要選擇有限沖擊響應(yīng)濾波器，因?yàn)檫@兩者涉及到完全不同的設(shè)計(jì)模板和參數(shù)。3）采樣頻率設(shè)定：一般軟件中數(shù)字濾波器模板中的頻率都是歸一化的頻率，歸一化的頻率通過采樣頻率這一參數(shù)和實(shí)際頻率對(duì)應(yīng)起來。4）濾波器的階數(shù)：濾波器階數(shù)越高，其，幅頻特性曲線過渡帶衰減越快。在后續(xù)處理時(shí)應(yīng)該忽略這一段開始的濾波結(jié)果。然后利用條件結(jié)構(gòu)進(jìn)行多個(gè)濾波器的選擇。 數(shù)據(jù)寫入部分在把以前保存的數(shù)據(jù)寫入，同樣采用的是“讀取測(cè)量文件”函數(shù)，圖45寫入文件的 程序框圖如下圖46圖46 數(shù)字濾波器的整個(gè)框圖如下圖47圖47前面板如圖48圖48第五章 總結(jié)與展望本設(shè)計(jì)在研究虛擬儀器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Web應(yīng)用技術(shù)以及軟件開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多通道數(shù)據(jù)采集，多功能濾波設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，是先設(shè)計(jì)各個(gè)子程序，測(cè)試其功能后再設(shè)計(jì)其他的子程序，所以程序調(diào)試階段很順利，在最后設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，考慮了很多框架，比如主從結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)－消費(fèi)結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了更高的效率，節(jié)省了更多的硬件開銷，方便了系統(tǒng)的維護(hù)和減輕了儀器更新的負(fù)擔(dān)。主要分為L(zhǎng)abVIEW，數(shù)字濾波器理論知識(shí)和數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)技術(shù)三個(gè)部分。（2）充分利用了計(jì)算機(jī)的外設(shè)連接能力，測(cè)試結(jié)果和波形顯示。因此需要選用各方面性能都方法，這才能充分發(fā)揮虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)。隨著PC技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)已成為一項(xiàng)前沿學(xué)科，代表著儀器發(fā)展的最新方向之一，不斷的被推向各個(gè)新的領(lǐng)域，在新的世紀(jì)將大行其道。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)字FIR濾波器系統(tǒng)的開發(fā)和研究將會(huì)獲得更大的推動(dòng)。致 謝感謝XXX老師的悉心指導(dǎo)，X老師對(duì)我的設(shè)計(jì)給予了很多的關(guān)心和指導(dǎo)，對(duì)于論文的形成自始自終都予以關(guān)注和督促，謝謝！感謝大學(xué)四年學(xué)校里的老師和同學(xué)們，為我提供的學(xué)習(xí)環(huán)境。感謝父母在物質(zhì)和精神上的支持。使得我設(shè)計(jì)的很多的問題都可以輕松的得到解決。通過學(xué)習(xí)你們的帖子，我知道了如何去編程，并完成了我的設(shè)計(jì)，這里非常感謝版主們的熱心幫助，認(rèn)真的回答了我的每一個(gè)細(xì)小