【正文】 擬儀器的優(yōu) 點(diǎn) 與傳統(tǒng)儀器相比虛擬儀器主要有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)傳統(tǒng)儀器的面板只有一個(gè)，其上布置著種類繁多的顯示與操作元件，易于導(dǎo)致許多識(shí)別與操作錯(cuò)誤。 (2)在通用硬件平臺(tái)確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來(lái)完成儀器的功能。 (6)虛 擬儀器開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備 互聯(lián)。虛擬儀器技術(shù)目前在國(guó)外發(fā)展很快，以 NI公司為代表的一批廠商已經(jīng)在市場(chǎng)上推出了 基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計(jì)的商品化儀器產(chǎn)品?！?LabVIEW采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 這類指針式儀表借助指針來(lái)顯示最終結(jié)果。 20 世紀(jì) 70 年代，隨著集成電路的出現(xiàn)，誕生了以集成電路芯片為基礎(chǔ)的第三代儀器 —— 數(shù)字化儀器。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和微處理器的普及，以微處理器為核心的第四代儀器 —— 智能儀器迅速普及。它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)、通信技術(shù)和測(cè)量技術(shù)相結(jié) 合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大的變革，是傳統(tǒng)儀器儀器觀念的一次巨大變革，是儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。 虛擬儀器的展望 虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過十幾年發(fā)展，而今正沿著總線與驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)化、硬／軟件模塊化、編程平臺(tái)圖形化和硬件模塊的即插即用方向前進(jìn)，以開放式模塊化儀器標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)正 Et趨完善，加上計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，建立在虛擬儀器技術(shù)上的各種功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良的先進(jìn)儀器將層出不窮，價(jià)格也會(huì)越來(lái)越低，使用虛擬儀器進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試將成為一種趨勢(shì)，同樣，虛擬儀器及技術(shù)也將成為學(xué)校未來(lái)教 學(xué)科研的重要方法和手段，特別是在理工科學(xué)校其應(yīng)用前景非常廣闊 。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將由單臺(tái)虛擬儀器實(shí)現(xiàn)的三大功能（數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析及圖形化顯示）分開處理，分別使用獨(dú)立的基本硬件模塊實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的三大功能，以網(wǎng)線相連接，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享。 將他們安裝在一臺(tái)運(yùn)行 Windows系統(tǒng)的 PC 機(jī)上 ,即構(gòu)成一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)字示波器。此外，應(yīng)用高效數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn) FFT 算法，對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行分析。( 2) 便于觀察單次變化過程和緩慢變化信號(hào) 。這是因?yàn)閼?yīng)用軟件為用戶構(gòu)造或使用 vI提供了集成開發(fā)環(huán)境、高水平的儀器 硬件武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 接口和用戶接口。為此，美國(guó)國(guó)家儀器公司在軟件體系結(jié)構(gòu)的各個(gè)層次上形成了完整的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)、實(shí)用支持軟件、應(yīng)用軟件包互相支撐的格局，使虛擬儀器系統(tǒng)的概念不再“虛擬”。只有選擇了合適的軟硬件才能快速開發(fā)出應(yīng)用軟件，才能事半功倍。 CPU的速度及計(jì)算機(jī)的內(nèi)存影響示波器處理數(shù)據(jù)的速度；計(jì)算機(jī)的硬盤決定了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的容量。采樣精度由轉(zhuǎn)換器的位數(shù) 來(lái)決定，而采樣速度是與采樣頻率不可分的。采樣率的選擇，取決于被測(cè)量的信號(hào)的變化速度，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，所需的采樣頻率應(yīng)為所測(cè)信號(hào)的最高頻率分量的兩倍以上，即應(yīng)選用 100kHz的板卡才能完成最高頻率為 50kHz的被測(cè)信號(hào)的測(cè)量工作。信號(hào)檢測(cè)電路時(shí)信號(hào)調(diào)理輔助電路，接收傳感器傳送過來(lái)的物理信號(hào)，并從混合信號(hào)中提取出待測(cè)的微弱信號(hào)，輸出的多路信號(hào)時(shí)已經(jīng)放大濾波和電平變換后的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送入數(shù)據(jù)采集卡板（由硬件程序驅(qū)動(dòng)工作），通過系統(tǒng)總線送進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。此外，應(yīng)用高效數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn) FFT 算法，對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行分析。 [7] 另外，主面板的設(shè)計(jì)要力求簡(jiǎn)單、方便、 實(shí) 用、美觀。工具模板 (Tools Palette)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，當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀。[8] 圖 前面板和程序框圖 創(chuàng)建一個(gè) VI 1．前面板 使用輸入控制和輸出顯示來(lái)構(gòu)成前面板。兩種最常用的前面板對(duì)象是數(shù)字控制和數(shù)字顯示。 LabVlEW有二種節(jié)點(diǎn)類型 —— 函數(shù)節(jié)點(diǎn)和子Ⅵ節(jié)點(diǎn)。端點(diǎn)是只有～路輸入／輸出，且方向固定節(jié)點(diǎn)。當(dāng)在前面板創(chuàng)建或刪除面板對(duì)象時(shí)，可以 自動(dòng)創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的對(duì)象端點(diǎn)。如圖 21中的 a+b和 6*(a+b)端點(diǎn)。如循環(huán)控制、條件分支控制和順序控制等，編程人員可以使用它們控制 VI程序的執(zhí)行方式。數(shù)據(jù)是單向流動(dòng)的，從源端口向一個(gè)或多個(gè)目的端口流動(dòng)。這時(shí)該按鈕被稱作錯(cuò)誤列表。這樣，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動(dòng)狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。斷點(diǎn)的顯示對(duì)于節(jié)點(diǎn)或者圖框表示為紅框，對(duì)于連線表示為 紅點(diǎn)。也可以點(diǎn)擊暫停按鈕，這樣程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行直到下一個(gè)斷點(diǎn)。該窗口總是被顯示在前面板窗口或流程圖窗口的上面。一個(gè) vI用在其它 vI中，稱之為 SubVI， SubVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個(gè)圖標(biāo)的形式出現(xiàn)的。． 歸納起來(lái) LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)圖形化的編程方式，設(shè)計(jì)者無(wú)需寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師的語(yǔ)言。 (5)囊括了 DAQ， GPIB， PXI， VXI， RS一 232／ 485在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，使得不懂總線標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者也能夠驅(qū)動(dòng)不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備與儀器。隨著虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，圖形化的編程語(yǔ)言必將成為測(cè)試和控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的發(fā)展趨勢(shì)。 （ 1） 確定程序設(shè)計(jì)的總體方案 在編制虛擬儀器程序前，必須首先對(duì)程序進(jìn)行總體設(shè)計(jì)分析：一是要確定程序要實(shí)現(xiàn)的功能、要顯示的圖形對(duì)象、要輸出的報(bào)表；二是確定程序的層次關(guān)系，如主程序和子程序之間的關(guān)系等、虛擬儀器程序與硬件的連接關(guān)系等。如果沒有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，則必須針對(duì) I/O 接口儀器設(shè)備編寫驅(qū)動(dòng)程武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 序。在編制大型復(fù)雜的虛擬儀器應(yīng)用程序時(shí)，由于所用模塊很多，這時(shí)必須考慮程序的層次結(jié)構(gòu)，這可以通過靈活編制子程序、采用更為簡(jiǎn)單高效的計(jì)算原理等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 從上面五個(gè)方面可以看出，在計(jì)算機(jī)和儀器等資源確定的情況下，有不同的處理算法，就有不同的虛擬儀器。 CPU的速度及計(jì)算機(jī)的內(nèi)存影響示波器處理數(shù)據(jù)的速度；計(jì)算機(jī)的硬盤決定了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的容量。采樣精度由轉(zhuǎn)換器 的位數(shù)來(lái)決定，而采樣速度是與采樣頻率不可分的。采樣率的選擇，取決于被測(cè)量的信號(hào)的變化速度，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，所需的采樣頻率應(yīng)為所測(cè)信號(hào)的最高頻率分量的兩倍以上，即應(yīng)選用 100kHz的板卡才能完成最高頻率為 50kHz的被測(cè)信號(hào)的測(cè)量工作。 3． 采樣／保持器 采樣／保持器取出代測(cè)信號(hào)在某一瞬時(shí)的值，即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間離散化，并在 A／ D轉(zhuǎn)換過程中保持信號(hào)不變。 以上四個(gè)部分都處在 PC的前向通道，是組成數(shù)據(jù)采集卡的主要部分。待設(shè)置的參數(shù)主要有采集卡的設(shè)備號(hào)及地 址碼，此外還有如下設(shè)置項(xiàng)。選擇增益：根據(jù)輸入信號(hào)幅值變化范圍和分辨率要求，選擇增益。設(shè)定信號(hào)輸入通道號(hào)。設(shè)定采樣速率。分辨率越高，意味著可檢測(cè)出來(lái)的電壓變化越小，它和測(cè)量范圍 (可測(cè)量的最高電平 )及增益 (板卡的放大倍數(shù) )一起決定了該板卡可測(cè)的最小電壓變化量，也稱為二進(jìn)碼的寬度，現(xiàn)產(chǎn)品中有 8位、 12位、 16位的最多。這種模擬示波器體積大、重量輕、成本高、價(jià)格貴，并不適合于對(duì)非周期的、單次信號(hào)的測(cè)量。其中： 1）觸發(fā)控制包括觸發(fā)模式、觸發(fā)斜坡、觸發(fā)電平控制； 2）通道選擇主要控制單通道或雙通道測(cè)量； 3）時(shí)基控制主要控制采集卡掃描率、每一通道掃描次數(shù) (取樣數(shù) )。 3） A＋ B， A－ B 模式：當(dāng)兩通道處于選通狀態(tài)時(shí)，使用此模式顯示兩通道信號(hào)代數(shù)相加、相減后的波形。 4．頻譜分析模塊 采用快速 FFT 算法，完成頻域信號(hào)分析。從軟盤或硬盤上讀取的數(shù) 據(jù)同實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)一樣，能夠進(jìn)行自動(dòng)參數(shù)測(cè)量以及顯示波形，并保留在顯示窗口 (顯示模式可以設(shè)置為三種模式中 的任意一種 )，還可以根據(jù)需要設(shè)置進(jìn)行頻譜分析。功能結(jié)構(gòu)框圖如圖 ： 武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 圖 結(jié)構(gòu)框圖 、 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊主要完成數(shù)據(jù)采集的控制，包括觸發(fā)控制、通道選擇控制、時(shí)基控制等。B模式：在此模式下，通過顯示通道選擇按鍵“ A”和“ B”，可以任意顯示某一通道或兩通道輸入信號(hào)的波形。A積分模式：當(dāng) A通道處于選通狀態(tài)時(shí)，使 用此模式顯示 A通道信號(hào)和 A通 道信號(hào)對(duì)采樣間隔的離散積分的波形。前面板單位的顯示是通過 一個(gè)布爾輸出來(lái)顯示的。 模塊圖標(biāo)和程序框圖分別如圖 、圖 。 ◆ 利用數(shù)組最大值與最小值（ Array Maxamp。 ◆ 分別利用均方根節(jié)點(diǎn)（ ）和均值節(jié)點(diǎn)（ ）求均方根值和平均值。 ◆ 點(diǎn)擊暫停可以暫停參數(shù)測(cè)量，點(diǎn)擊返回可以退出參數(shù)測(cè)量前面板。可實(shí)現(xiàn)的頻譜分析控制包括： ?? 利用按窗函數(shù)縮放 (Scaled )完成信號(hào)加窗，提供 9種頻譜分析窗口； ?? 利用頻譜單位轉(zhuǎn)換 (Spectrum Unit ) 完成 Log/Linear選擇，提供 3種坐標(biāo)顯示模式和 8種頻譜單位； ?? 利用頻譜分析顯示模塊子 VI完成頻譜分析結(jié)果的顯示和主 VI對(duì)其的調(diào)用。另外，通過在其前面板上添加了暫停和返回按鍵和兩個(gè)條件結(jié)構(gòu)，使其可以暫停分析和關(guān)閉該子 VI。 圖 頻譜分析模塊程序框圖 頻譜分析顯示模塊圖標(biāo)如圖 。主面板提供了一個(gè)文件名輸入框，這一個(gè)文件由寫盤功能和讀盤功能共用。 圖 寫盤模塊框圖如圖 。子 Vi將數(shù)組的第一個(gè)元素讀出，這個(gè)元素就是掃描周期， 是在存盤時(shí)存入數(shù)組的元素。為了完善該示波器的功能，本虛擬示波器的設(shè)計(jì)添加了一個(gè)波形打印模塊，將主面板的波形數(shù)據(jù)送到波形打印模塊子 VI顯示面板，模塊程序框圖如圖 。 圖 。點(diǎn)擊手動(dòng)以后，可以任意改變掃描率。 模擬信號(hào)控制 可通過對(duì)模擬信號(hào)選擇內(nèi)參數(shù)的調(diào)整，來(lái)改變使用的兩模擬信號(hào)的類型及相關(guān)數(shù)據(jù)；可通過刷新控制滑動(dòng)條實(shí)現(xiàn)屏幕刷新的快慢程度。 雖然以前從沒學(xué)過如何運(yùn)用 labview 應(yīng)用軟件，但是通過畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我們?cè)诒容^短的時(shí)間里學(xué)到了不少有關(guān) labview 的知識(shí)，同時(shí)也大大的開闊了眼界。 未完成自動(dòng) /手動(dòng)按鈕切換，在主 VI程序框圖中加入事件結(jié)構(gòu)后，發(fā)現(xiàn)循環(huán)不能正常進(jìn)行，各功能按鍵失去相應(yīng)的功能，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)時(shí)間結(jié)構(gòu)的左上角“超時(shí)”接線端未連接值，給“超時(shí)”連線端連接上數(shù)值常量 1后，問題得以解決。 通過驗(yàn)證， 由于現(xiàn)實(shí)條件和時(shí)間上的原因，本文設(shè)計(jì)的兩通道數(shù)字示波器系統(tǒng)還很不完善，還有以下幾方面的工作要做： 1） 含有數(shù)據(jù)采集卡的示波器設(shè)計(jì)，由于沒有數(shù)據(jù)采集卡，本次設(shè)計(jì)的示波器，它的數(shù)據(jù)采集是通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)的 。 武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 參考文獻(xiàn) ： [1] 劉勝 .LabVIEW 2021 程序設(shè)計(jì) [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2021. 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