【正文】 波形 的存儲和讀取 模塊 波形的存儲和讀取模塊能夠?qū)崿F(xiàn) 虛擬無紙記錄儀 對所測波 形的保存和再讀取 功能，進一步擴展了 記錄儀 的功能這在 以前 的物理 儀 器 中是很難辦到的，這充分體現(xiàn)了 虛擬無紙記錄儀 的優(yōu)勢。 信號測量 模塊 在 LabVIEW 的函數(shù)庫中，有相當一部分函數(shù)用于測量數(shù)據(jù)，通過這些測量函數(shù)可以根據(jù)用戶的需要進行數(shù)據(jù)測量 。 圖 NIDAQmx 讀取函數(shù) NIDAQmx 讀取函數(shù)如圖 所示，其作用是需要從特定的采集任務(wù)中讀取采樣。它也可以用來創(chuàng)建多個虛擬通道并將他們都添加至一個任務(wù)。 其 主 程序流程圖如圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 所示： 運 行 記 錄 儀采 集顯 示是 否 保 存 波 形 ?保 存返 回是 否 讀 取 波 形 ?讀 取波 形 顯 示是否是否信 號 測 量 圖 虛擬無紙記錄儀 程序流程圖 設(shè)計的前面 板如圖附錄 A， 對應(yīng) 的程序框圖 如圖附錄 B。虛擬儀器從流程圖中接受命令。 在實際測試中，使用哪種采樣方法取決于信號的類型。如果超出這一范圍，則會發(fā)生信號頻譜的交疊，其結(jié)果是無法恢復(fù)原信號。這個電壓改變表示 成 數(shù)字值的 1LSB，常被 稱為代碼寬度。目前分辨率為 8 位的采集 卡 屬于較低的， 12 為屬中檔， 16 位的卡就比較高了。每個差分輸入都有自己的接地參考點。調(diào)理的作用是將傳感器輸出 的數(shù)字信號進行必要的整形或電平調(diào)理。大多數(shù)信號調(diào)理模塊有低通濾內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 波器，用來濾除噪聲。由于不同傳感器有不同的特性，因此，除了這些通用功能，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來設(shè)計特殊的信號調(diào)理功能。實際應(yīng)用中的抗混頻濾波器如圖 b 所示。換句話說，信號的最高穩(wěn)定頻率必須小于或者等于采樣頻率的一半。下圖顯示了采用不同的采樣頻率的效果 。如果信號頻率高于奈奎斯特頻率，信號將在直流和奈奎斯特頻 率之間畸變。采樣率決定了模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）的頻率。直流信號中最重要的信息是它在給定區(qū)間內(nèi)運載信息的幅度。 第一類數(shù)字信號是開關(guān)信號。 下列情況使用軟件觸發(fā)： （ 1） 用戶需要對所有 DAQ 操作有明確的控制 。 （ Triggering） 觸發(fā)涉及初始化、終止或同步 DAQ 事件的任何方法。需要注意的是 Buffer 與 DAQ 操作的速度及容量有關(guān)。上層應(yīng)用程序用來完成數(shù)據(jù)的分析，存儲和顯示等。 NI的數(shù)據(jù)采集設(shè)備支持的總線類型包括 PCI、 PCI Express、 PXI、 PCMCIA、 USB、CompactFlash、 Ether 以及火線等各種總線。 其 引腳圖如圖 ， 基本參數(shù) 如下： （ 1） 分辨率： 16Bit （ 2） 采樣率： 250 kS/s， 16 路模擬輸入 （ 3） 兩路 16位模擬輸出 （ 833 kS/s） （ 4） 24 路數(shù)字 I/O； 32位計數(shù)器 ； 數(shù)字觸發(fā) （ 5） NIMCal 校準支持 （ 6） NIDAQmx 測試軟件和硬件配置程序支持 （ 7） NIST 校準證書和多余 70 種的信號調(diào)理模塊選擇 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 虛擬無紙記錄儀 的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成 工程上使用具有 PCI、 PXI、 USB、并口及串口的計算機來獲取測試數(shù)據(jù)，稱之基于PC 的 DAQ 系統(tǒng)。 設(shè)定信號輸入通道號。 以上四個部分都處在 PC 的前向通道，是數(shù)據(jù)采集卡的主要組成部分。采樣率的選擇，取決于被測量的信號的變化速度，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，所需的采樣頻率應(yīng)為所測信號的最高頻率分量的兩倍以上，即選用 100KHz的板卡才能完成最高頻率為 50KHz的被測信號的測量工作。 CPU 的速度及計算機的內(nèi)存影響 記錄儀處理數(shù)據(jù)的速度， 計算機的硬盤決定了數(shù)據(jù)存儲的容 量。 （ 3） 既提供了傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點、單步運行，同時提供有獨到的高亮執(zhí)行工具 ，使程序動畫式運行，利于設(shè)計者觀察程序運行的細節(jié)，使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷。 用 LabVIEW 編制出的圖形化 VI 是分層次 和模塊化的。當 VI 程序運行到斷點被設(shè)置處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點，以閃爍表示。點擊它，則 LabVIEW 彈出錯誤清單窗口，點擊其中任何一個所列出的錯誤，選用 Find 功能，則出錯的對象或端口就會變成高亮。 該模板用來給前面板設(shè)置各種所需的輸出顯示對象和輸入控制對象。在許多情況下，使用 VI 可以仿真標準儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個惟妙惟肖的標準儀器面板，而且其功能也與標準儀器相差無幾。顯然，并非簡單地畫兩個控件就可以運行，在前面板后還有一個與之配套的流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標和概念 。它具有傳統(tǒng)儀器所沒有的許多優(yōu)點，如波形可以存儲為數(shù)據(jù)文件，可以長久保存并隨時調(diào)用，成本低廉，可以根據(jù)需要進行功能拓展。 結(jié)束語部分對設(shè)計的虛擬無紙記錄儀做了整體的評價， 對不足之處做了相應(yīng)的分析，有利于進一步改進。目前高精度、具有數(shù)據(jù)存儲能力的 記錄儀 ，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價格昂貴，所以 虛擬無紙記錄儀 的設(shè)計有內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 一定的經(jīng)濟價值 。這些儀器的測量精度和可靠性均低于國外，并且自動化程度較低。 專家預(yù)測：未來幾年內(nèi)，國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控。清華大學(xué)汽車系利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車發(fā)動機檢測系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動機的出廠檢驗。據(jù)世界儀表及自動化雜志預(yù)測，21 世紀初葉，世界儀器的生產(chǎn)廠家超過千家，其品種將達到數(shù)千種，市場占有率將達到內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 50%左右。 （ 4）儀器性能的改進和功能擴展只需要更新相關(guān)軟件設(shè)計而不需要購買新的儀器。 從構(gòu)成的方式上講，則 有 以 DQA 板卡和信號調(diào)理為儀器硬件而組成的 PCDAQ 測試系統(tǒng)，或以 GPIB、VXI、 Serial 和 Field bus 等標準總線儀器為硬件組成的 GPIB 系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等多種形式。因為可以通過不同測試功能軟件模塊組合來完成多種測試功能，所以 在硬件平臺確內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 定后，就有軟件就是儀器的說法。虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結(jié)果；利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理 ； 利用接口設(shè)備完成信號的采集 、 測量 和 調(diào)理，從而完成各種測試功能的計算機測試系統(tǒng) [1]。 本設(shè)計采用模塊化的軟件設(shè)計思想編寫，每個功能的實現(xiàn)由 一個模塊完成。設(shè)計采用的軟件為 美國 NI公司的 LabVIEW， 是 一種基于圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境，采用的硬件是 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 。使用這 種 鍵盤或者鼠標操作 的 虛擬面板，就如同使用一臺專用 的 測量儀器一樣。這也體現(xiàn)了測試技術(shù)與計算機深層次的結(jié)合。無論 哪 種 VI 系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦、臺式微機或工作站等各種計算機 平臺加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的 [3]。 （ 5）研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。虛擬儀器將成為本世紀儀器的發(fā)展方向，而且有逐步取代傳統(tǒng)硬件化電子儀器的趨勢。主要檢測發(fā)動機的功率特性、負荷特性等。隨著微型計算機的發(fā)展，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 為測試儀器的主流 。高檔儀器基本上依靠國外進口，每年都消耗國家大量外匯。本文 設(shè)計的 虛擬無紙記錄儀 ，可同時顯示、記錄和存儲輸入的波形，并且可以對波形進行數(shù)據(jù)分析和處理，具有一定的研究意義。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 虛擬無紙記錄儀 的 總體 設(shè)計 方案 總體設(shè)計思路 結(jié)合虛擬儀器技術(shù)和軟件編程技術(shù)，本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個虛擬 無紙記錄儀 ，整個系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個部分。 軟件開發(fā)平 臺 LabVIEW簡介 LabVIEW（ 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)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù) 采集和儀器控制軟件。 因此， LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。 流程圖提供 VI 的圖形化源程序。 從而可以 看出虛擬 儀器無論在設(shè)計上和應(yīng)用上比普通儀器有著絕對的優(yōu)勢。每個圖標代表一類子模板。 在 LabVIEW 的工具條上有一個畫著燈泡的按鈕，這個按鈕叫做“高亮執(zhí)行”按鈕。按下單步執(zhí)行按鈕，閃爍 的節(jié)點被執(zhí)行，下一個將要執(zhí)行的節(jié)點變?yōu)殚W爍，指示它將被執(zhí)行。每個 VI 既可以單獨運行，也可以被其他 VI 調(diào)用。 （ 4）囊括了 DAQ， GPIB， PXI， VXI， RS232/485 在內(nèi)的各種儀器通信總線標準的所有功能函數(shù)，使得不懂總線標準的開發(fā)者也能夠驅(qū)動不同總線標準接口設(shè)備與儀器。 LabVIEW 中數(shù)據(jù)采集庫包含了許多有關(guān)采樣和生成數(shù)據(jù)的函數(shù)，它們與 NI的插卡式或遠程數(shù) 據(jù)采集產(chǎn)品協(xié)同工作。 數(shù)據(jù)采集卡的主要組成部分 多路開關(guān)將多路信號輪流切換到放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。其他相關(guān)電路，如定時 /計數(shù)器、總線接口電路等也集成在一塊電路板上，完成對信號數(shù)據(jù)的采集、放大及模 /數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。 設(shè)定采樣點數(shù)。這種系統(tǒng)一般有兩種方案：一種是通過插入式的 DAQ 卡直接獲取數(shù)據(jù)傳輸給計算機；另外一種是由計算機外部的 DAQ 硬件獲取測試數(shù)據(jù)，然后通 過各種總線，傳輸給計算機。 數(shù)據(jù)采集卡的功能包括模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字 I/O、觸發(fā)采集和定時 I/O。 LabVIEW 就是一個極佳的開發(fā)上 層應(yīng)用程序的開發(fā)平臺。如果你的卡有 DMA 性能，模擬 輸入操作就有一個通向計算機內(nèi)存的高速硬件通道，這就內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 意味著所采集的數(shù)據(jù)可以直接送到計算機的內(nèi)存。觸發(fā)器通常是一個數(shù)字或模擬信號，其狀態(tài)可確定動作的發(fā)生。 （ 2） 事件定時不需要非常準確。一個開關(guān)信號運載的信息與信號的瞬間狀態(tài)有關(guān)。常見的直流信號有溫度、流速、壓力、應(yīng)變等。較高的采樣率意味著在給定時間內(nèi)采集更多的點，所以可以更好地還原原始信號?；祛l偏差是輸入信號的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對值。 圖 各種采樣率的效果 在例 a 中，對一個頻率為 f 的正弦波形進行采樣，每秒采樣數(shù)與每秒周期數(shù)相等，也就是一個周期采樣一次，還原的波形出現(xiàn)了畸變，成了一個直流信號。但是在實際應(yīng)用中，怎樣才能保證這一點呢？即使已經(jīng)確定被測的信號有一個最大的頻率值，雜散信號（例如來自于輸電線路或者當?shù)貜V播電臺的干擾）可能會帶來比奈奎斯特頻率高的頻率。它們通過所有低于 f1 的頻率，并過濾所有高于 f2 的頻率。下面僅介紹信號調(diào)理的通用功能。并且為了濾除信號中最高頻率以上的頻率信號，還需要抗混疊濾波器。大多數(shù)數(shù)字信號調(diào)理模塊還提供 其他一些電路模塊，使得用戶可以通過數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字 I/O 直接控制電磁閥、電燈、電動機等外部設(shè)備。因消除了連線引起的 共模 噪聲，隨之也減小了噪聲誤差。他們可以分別將輸入電壓量化為 25 409 65536 份。理想的代碼寬度是電壓范圍除以 增益乘以 2 的位分辨率次方。 由于實時采樣在被測信號頻率較高時，要求采樣信號的頻率也很高，這對相應(yīng)的電路、 A/D 變換器和存儲器等的要求也很高。對于周期性信號，實時和非實時采樣方法都可以使用，主要由被測信號的頻率來決定。（ 3）確定虛擬儀器的圖標和連接（表示某一虛擬子儀器）的參數(shù)列表，圖標和連接允許將 此 儀器作為最高的程序，也可以作為其他程序或子程序中的程序（子儀器）。 虛擬無紙記錄儀 的 前面板包括波形顯示控件、通道選擇（可根據(jù)具體情況設(shè)定）、樣本采樣數(shù)、樣本采樣率、波形的存儲和讀取、測量顯示、工作指示燈、采集和停止按鈕等。如果沒有指定一個任務(wù)，那么這個函數(shù)將創(chuàng)建一個任務(wù)。這個函數(shù)的不同實例允許選擇采集的類型（模擬、數(shù)字或計數(shù)器）、虛擬通道數(shù)、采樣數(shù)和數(shù)據(jù)類型。 這樣 就 很容易擴展儀器的測量部分的功用，充分體現(xiàn)了虛擬儀器在測量應(yīng)用中的優(yōu)越性。波形存儲和讀取程序流程圖如圖 、 所示 : 開 始寫 盤寫 波 形 文 件 程 序結(jié) 束 圖 波形存儲程序流程圖 開 始讀 盤讀 波 形 文 件 程 序結(jié) 束波 形 顯 示 圖 讀取已存波形程序流程圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 波形存儲和讀取模塊程序框圖如圖 所示： 圖 波形存儲和讀取模塊程序框圖 LabVIWE 有豐富的文件操作函數(shù)庫，可以方便進行文件的讀寫（ I/O）操作。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 通過對幅值和電平測量函數(shù)的屬性設(shè)置還可以增添一些測量功能，比如測量周期均值、周期均方根值等等，這些功能可以根據(jù)用戶的需要進行設(shè)置。 Error Handle 函數(shù) 圖 Simple Error Handle 函數(shù) Simple Error Handle 如圖 所示， 這是一個簡單的錯誤處理函數(shù)，通過它可以設(shè)定是否彈出錯誤對話框，若彈出對話框可以設(shè)定錯誤對話框的顯示格式，并