【正文】 通過(guò)本設(shè)計(jì)，深刻的認(rèn)識(shí)到了虛擬儀器技術(shù)是儀器發(fā)展的重要發(fā)展方向。見(jiàn)圖24 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面。圖22報(bào)警記錄部分程序系統(tǒng)軟件的具體實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的前面板由通道配置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄4個(gè)頁(yè)面組成。如果需要為兩個(gè)循環(huán)設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，可以通過(guò)定時(shí)循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在LabVIEW中，圖形化編程為開(kāi)發(fā)多線(xiàn)程代碼帶來(lái)了很大的好處，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)流的編程環(huán)境中，用戶(hù)可以很容易地“看到”并行代碼，例如兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)或子VI就代表兩段可以并發(fā)執(zhí)行的代碼。在用戶(hù)看來(lái)，這些任務(wù)是同時(shí)進(jìn)行著的。在模塊化問(wèn)題求解時(shí)，在最高抽象級(jí)可以采用面向問(wèn)題的環(huán)境語(yǔ)言的抽象術(shù)語(yǔ)進(jìn)行描述；而在較低抽象級(jí)，則可采用過(guò)程性術(shù)語(yǔ)。設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)，在硬件平臺(tái)確定之后，就可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同的軟件，實(shí)現(xiàn)不同的儀器功能。通常中的放大器都是增益可調(diào)的，使用者可根據(jù)需要來(lái)選擇不同的增益倍數(shù)。4）電壓動(dòng)態(tài)范圍電壓范圍指ADC能掃描到的最高和最低電壓。根據(jù)奈奎斯特理論采樣頻率至少是原信號(hào)的兩倍，但實(shí)際中，一般都需要5～10倍。如果系統(tǒng)共模電壓超過(guò)允許范圍，需要限制信號(hào)地與數(shù)據(jù)采集卡的地之間的浮地電壓，以避免測(cè)量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。一些常見(jiàn)的浮動(dòng)信號(hào)的例子有電池、熱電偶、變壓器和隔離放大器。模擬頻域信號(hào)也很多，比如聲音信號(hào)、地球物理信號(hào)、傳輸信號(hào)等。采集系統(tǒng)在采集模擬直流信號(hào)時(shí)，需要有足夠的精度以正確測(cè)量信號(hào)電平。1）數(shù)字信號(hào)(Digital)第一類(lèi)數(shù)字信號(hào)是開(kāi)關(guān)信號(hào)(OnOff)，如圖10所示。利用1mA恒定電流通過(guò)pt100熱電阻產(chǎn)生相應(yīng)的電壓再通過(guò)低通濾波器濾掉100hz以上的信號(hào)。4）激勵(lì) 信號(hào)調(diào)理也能夠?yàn)槟承﹤鞲衅魈峁┧璧募?lì)信號(hào)，比如應(yīng)變傳感器、熱敏電阻等就需要外界電源或電流激勵(lì)信號(hào)。信號(hào)調(diào)理模塊應(yīng)盡可能靠近信號(hào)源或傳感器，使得信號(hào)在受到傳輸信號(hào)的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。出現(xiàn)的混頻偏差是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對(duì)值。這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制索引，而不含有任何關(guān)于采樣率(或△t)的信息。假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(t)每隔△t時(shí)間采樣一次。如果將VI與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對(duì)應(yīng)的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線(xiàn)端子相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器箱內(nèi)的硬件電路。LabVIEW具有一系列無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)：首先，LabVIEW作為圖形化語(yǔ)言編程，采用流程圖式的編程，運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過(guò)程和思維過(guò)程非常相似；同時(shí)，LabVIEW提供了豐富的VI庫(kù)和儀器面板素材庫(kù)，近600種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序(可擴(kuò)充)如GPIB設(shè)備控制、VXI總線(xiàn)控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)；并且LabVIEW還提供了專(zhuān)門(mén)用于程序開(kāi)發(fā)的工具箱，使得用戶(hù)能夠設(shè)置斷點(diǎn)，調(diào)試過(guò)程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動(dòng)態(tài)執(zhí)行程序來(lái)觀察數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程，更加便于程序的調(diào)試。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開(kāi)發(fā)的模塊化、復(fù)用化，和各種硬件儀器驅(qū)動(dòng)軟件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)將變得更加快速、方便。各儀器廠家生產(chǎn)了大量的DAQ卡功能模塊供用戶(hù)選擇，如示波器、串行數(shù)據(jù)分析儀、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、任意波形發(fā)生器等。通常虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)硬件組成部分是由傳感器部件、信號(hào)調(diào)理及信號(hào)采集部件（如外置或內(nèi)置數(shù)據(jù)采集卡、圖形圖像采集卡及攝像機(jī)及其用于輔助測(cè)量并能與計(jì)算機(jī)通訊的常規(guī)儀器等）、通用計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等構(gòu)成。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。源代碼庫(kù)函數(shù)為用戶(hù)構(gòu)造自己的虛擬儀器（VI）系統(tǒng)提供了基本的軟件模塊。所謂虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動(dòng)控制、工業(yè)控制系統(tǒng)之中；可自由構(gòu)建成專(zhuān)有儀器系統(tǒng)。 課題背景虛擬儀器（VI）是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。本文首先概述了測(cè)控技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，探討了虛擬儀器的總線(xiàn)及其標(biāo)準(zhǔn)、框架結(jié)構(gòu)、LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，然后介紹了數(shù)據(jù)采集的相關(guān)理論，給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。在分析本系統(tǒng)功能需求的基礎(chǔ)上，介紹了程序模塊化設(shè)計(jì)中用到的技術(shù)，最后一章給出了本設(shè)計(jì)的前面板圖。LabVIEW是一個(gè)基于圖形化編程語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測(cè)量?jī)x器。由于VI的模塊化、開(kāi)放性和靈活性，以及軟件是關(guān)鍵的特點(diǎn)，當(dāng)用戶(hù)的測(cè)試要求變化時(shí)可以方便地由用戶(hù)自己來(lái)增減硬、軟件模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿(mǎn)足新的測(cè)試要求。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類(lèi)儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。系統(tǒng)軟件部分通常用專(zhuān)用的虛擬儀器開(kāi)發(fā)語(yǔ)言（如LabVIEW）編寫(xiě)而成，并可通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。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。圖3 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu) 圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)——LabVIEWLabVIEW(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。因此，LabVIEW受到越來(lái)越多工程師、科學(xué)家的普遍青睞。在許多情況下，使用VI可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無(wú)幾。時(shí)間間隔△t被稱(chēng)為采樣間隔或者采樣周期。所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它的采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號(hào)x(t)的頻率。為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集(A/D)之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。2）隔離 隔離是指使用變壓器、光或電容耦合等方法在被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)之間傳遞信號(hào)，避免直接的電連接。很多信號(hào)調(diào)理模塊都提供電流源和電壓源以便給傳感器提供激勵(lì)。然后輸出到數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行信號(hào)采集。一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)運(yùn)載的信息與信號(hào)的瞬間狀態(tài)有關(guān)。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13所示。圖 14 模擬頻域信號(hào)現(xiàn)實(shí)中的信號(hào)并不是互相排斥的，一個(gè)信號(hào)可能運(yùn)載有不只一種信息，可以用幾種方式來(lái)定義信號(hào)并測(cè)量它，用不同類(lèi)型的系統(tǒng)來(lái)測(cè)量同一個(gè)信號(hào)，從信號(hào)中取出需要的各種信息。 測(cè)量系統(tǒng)分類(lèi)1）差分測(cè)量系統(tǒng)(DEF)差分測(cè)量系統(tǒng)中，信號(hào)