【正文】 用 SI Read函數(shù)一次讀完。數(shù)據(jù)采集卡是進(jìn)行高速直接控制以及低速控制的理想設(shè)備。 G 語言簡(jiǎn)介 LabVIEW是一個(gè)功能比較完整的軟件開發(fā)環(huán)境，但它是為代替常規(guī)的 BASIC和 C 30 語言而設(shè)計(jì)的，它是一種編程語言而不僅僅是一個(gè)軟件開發(fā)環(huán)境。在程序前面板上，輸入量被稱為控制 (Controls)，為虛擬儀器的框圖程序提供數(shù)據(jù)；輸出量被稱為顯示 (Indicators)，顯示虛 擬儀器流程圖中獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)端口是數(shù)據(jù)在前面板對(duì)象和框圖程序之間傳輸?shù)耐ǖ?，是?shù)據(jù)在框圖程序內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)慕涌凇D標(biāo)是 SubVI的直觀標(biāo)記，是 SubVI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式：而連接端口則表示該 SubVI與調(diào)用它的 VI之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入/輸出口，就像傳統(tǒng)編程語言子程序的參數(shù)。 聲卡的采樣頻率 (rate)有 4種選擇，即 8000Hz, 11025Hz, 22050Hz和 44100Hz,采樣頻率不同，采到的波形的質(zhì) 量也不同，應(yīng)視具體情況而采用合適的頻率，在本設(shè)計(jì)中，為了得到良好的演示效果，我采用了 44100Hz的采樣頻率。其中包含三項(xiàng)數(shù)據(jù)，分別為： sound quality； rate； bits per sample。用來選送垂直系統(tǒng)的被測(cè)信號(hào)，作為內(nèi)觸發(fā)同步信號(hào)。 觸發(fā)選送 放大器 脈沖發(fā)生器 輸入耦合 35 此脈沖與觸發(fā)同步信號(hào)成同步或分頻關(guān)系。 圖 47 Array subset 在子程序中，把子子程序“ slope”的輸出作為 Index值，而數(shù)組長(zhǎng)度選擇 1024。輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)入“內(nèi)部判斷”后，進(jìn)行觸發(fā)判斷。一個(gè)輸出：觸發(fā)后數(shù)據(jù)輸出。 (4) 脈沖發(fā)生器。為了保證在屏幕上出現(xiàn)穩(wěn)定的波形圖象， x軸通道必須能選擇適當(dāng)?shù)耐交蛘哂|發(fā)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)用于產(chǎn)生線性掃描電壓的閘門 (稱時(shí)基閘門 )，在這時(shí)基閘門控制下產(chǎn)生穩(wěn)定的線性掃描電壓。 3) Execution Control→ Case Structure選擇 Case循環(huán)。 當(dāng)然，還有一個(gè)更重要的原因是，如果選擇 mono(單聲道 )， SI出來的數(shù)據(jù)是 標(biāo)量，不能組成數(shù)組，進(jìn)而不便于數(shù)據(jù)的各種處理。 但一個(gè)虛擬儀器的圖標(biāo)被放置在另一個(gè)虛擬儀器的流程圖中時(shí)，它就是一個(gè)子儀器 (SubVI)[19]。節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)連線按照一定的邏輯關(guān)系相互連接，可定義框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。 LabVIEW 程序組成 該環(huán)境包含包括三個(gè)部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)連接端口 [18]。 DLL提供最大的靈活性，可以將 LabVIEW與其它開發(fā)工具如 VB， VC和 NI的 Measurement Studio結(jié)合起來。無論是使用基于計(jì)算機(jī)的插入式儀器設(shè)備，還是使用 GPIB， VXI， Ether 接口或是串口的獨(dú)立儀器設(shè)備， LabVIEW內(nèi)置 的驅(qū)動(dòng)程序庫和具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件都可以對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制 [21]。這時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)緩沖區(qū)大小，在采樣時(shí)間與數(shù) 據(jù)讀取之間找到一個(gè)理想的平衡點(diǎn)。表 31是 Sound Input中提供的函數(shù)。 2是雙頭為 (在市場(chǎng)上可以買到 )。 五、聲卡用于數(shù)據(jù)采集時(shí)的一些設(shè)置 (1) 聲卡的設(shè)置 一般聲卡主要用于輸出聲音，輸入部分可能沒有處于正常工作狀態(tài)。計(jì)算機(jī)總線的數(shù)據(jù)傳輸速率非常高，讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)所用時(shí)間極短，不會(huì)影響 A/D變換的連續(xù)性。使用聲卡比較大的局限在于，它不允許用戶在最高采樣頻率之下隨意設(shè)定采樣頻率，而只能分為 4檔設(shè)定。這個(gè)數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音也就越真實(shí)。一般聲卡有 45個(gè)對(duì)外接口。 LabVIEW提供了操作聲卡的函數(shù)。 在許多應(yīng)用程序中，運(yùn)行速度是至關(guān)重要的。 LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái) (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡(jiǎn)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(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境 [3]。所以正確選擇軟硬件對(duì)程序開發(fā)和設(shè)計(jì)起著非常重要的作用。測(cè)試過程是程序開發(fā)的重要組成部分。用戶界面也稱 GUI，即 graphical user interface。在此基礎(chǔ)上，程序開發(fā)人員對(duì)所要解決的問題有了大致的了解，甚至可以畫出一個(gè)系統(tǒng)的框圖，之后還要進(jìn)行程序的可行性分析，考慮選用器件的性價(jià)比、開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等。虛擬示波器也是由這三大部分組成，但是除了信號(hào)采集部分是由硬件實(shí)現(xiàn)之外，其它兩部分都是由軟件實(shí)現(xiàn) [12]。 虛 擬示波器的工作原理 模擬信號(hào)經(jīng)同軸電纜進(jìn)入采集卡的輸入通道，經(jīng)過前置濾波電路、衰減電路、可變?cè)鲆娴姆糯箅娐?，將信?hào)處理成 A/D轉(zhuǎn)換器可以處理的標(biāo)準(zhǔn)電平，經(jīng)過 A/D 采樣量化轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)并緩存到卡上的存儲(chǔ)器。 控制邏輯電路一旦接受到來自觸發(fā)放大器的觸發(fā)信號(hào)，就啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)寫入循環(huán)，產(chǎn)生寫功能信號(hào)送至 RAM讀寫控制，同時(shí)使寫地址計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 Fs稱為奈奎斯特頻率。在這種示波器中，信號(hào)處理功能和信號(hào)顯示功能是分開的。放大后產(chǎn)生足夠大的信號(hào)④和⑤，加到示波管的 Y軸偏轉(zhuǎn)板上。 被測(cè)電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，因而，每一瞬間射線的位置單值的對(duì)應(yīng)于這一瞬間被測(cè)信號(hào)的值。它能快速的把肉眼不能直接看見的電信號(hào)的時(shí)變規(guī)律，以可見的形式形象的顯示出來 [17]。本論文開發(fā)了一臺(tái)虛擬示波器。 本文的研究?jī)?nèi)容 虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái) (簡(jiǎn)稱硬件平臺(tái) )和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。傳統(tǒng)的 VI 方式為一個(gè)儀器功能開發(fā)一個(gè)軟件，每個(gè)軟件都獨(dú)立具有數(shù)據(jù)采集功能，但多個(gè)軟件不能同時(shí)使用。發(fā)展到這一階段，人們也認(rèn)識(shí)到了虛擬儀器軟件框架才是數(shù)據(jù)采集和儀器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵 [2]。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性價(jià)比 的不斷上升，用計(jì)算機(jī)控制測(cè)控儀器成為一種趨勢(shì)。當(dāng)硬件平臺(tái) I/O 接口設(shè)備與計(jì)算機(jī)確定后，編制某種測(cè)量功能的軟件就成為該種功能 6 的測(cè)量?jī)x器。只有這樣才能為用戶快速建立高可靠性的應(yīng)用系統(tǒng)提供最大方便。 (1) GPIB 儀器控制系統(tǒng)的構(gòu)成方法 GPIB 技術(shù)可以說是虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的第一階段。 虛擬儀器的概念 虛擬儀器（ Virtual instrument，簡(jiǎn)稱 VI）是虛擬技術(shù)在儀器儀表領(lǐng)域中的一個(gè)重要應(yīng)用，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)（硬件、軟件和總線技術(shù)）和虛擬儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（ CAT）領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù) [7]。 虛擬儀器的概述 虛擬儀器是隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)、電子儀器技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型儀器，它經(jīng)歷了電磁指針式儀器、分立元件式儀器、數(shù)字式儀器、智能式儀器發(fā)展的一步步進(jìn)程。 48 小結(jié) 28 LabVIEW 簡(jiǎn)介 20 LabVIEW 中有關(guān)聲卡函數(shù)簡(jiǎn)介 12 數(shù)字示波器基本方框圖 5 本文的研究?jī)?nèi)容 IV 第 1 章 緒 論 該簡(jiǎn)易示波器的 Y 軸通道采用計(jì)算機(jī)中的聲卡，它具有 16 位的轉(zhuǎn)換精度和 的采樣頻率，致使本虛擬示波器可以達(dá)到 20K左右的模擬帶寬，適合低頻 (0～ 20KHz)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場(chǎng)合。 I 虛擬示波器設(shè)計(jì) 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，儀器工業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)巨變。 本設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是成本低。 I Abstract II 目 錄 1 虛擬儀器的概述 11 數(shù)字示波器的基本原理 31 觸發(fā)控制模塊 41 頻譜分析模塊 本章將重點(diǎn)介紹虛擬儀器的概念和其結(jié)構(gòu)、發(fā)展以及開發(fā)虛擬儀器所需的軟硬件選擇和本文的主要內(nèi)容 [2]。由 LabVIEW開發(fā)的程序稱為虛擬儀器 (Virtual instrument)， 簡(jiǎn)稱 VI[3,7]。 目前較常用的虛擬儀器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、 GPIB 控制系統(tǒng)、 VXI 儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合 [4,11]。 圖 典型的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖 一個(gè)好的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品不僅包括高性能、高可靠性，還應(yīng)該 提供高性能的驅(qū)動(dòng)程序、簡(jiǎn)單易用的高層語言接口。從發(fā)展史來看，電子測(cè)量?jī)x器經(jīng)歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器 [10]。由于 GPIB 總線標(biāo)準(zhǔn)的確立，計(jì)算機(jī)與外界通信成為可能，只需要把傳統(tǒng)儀器通過 GPIB 和 RS232 同計(jì)算機(jī)連接起來，用戶就可以用計(jì)算機(jī)控制儀器。許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在硬件和軟件領(lǐng)域已產(chǎn)生，幾個(gè)虛擬儀器平臺(tái)已經(jīng)得到認(rèn)可并逐漸成為虛擬 儀器行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)工具。虛擬儀器的核心是 軟件，而虛擬儀器軟件構(gòu)架的精髓是虛擬儀器庫技術(shù)。虛擬儀器向節(jié)能、省電、輕便、小型化發(fā)展也是一個(gè)方向 [23]。 虛擬儀器的發(fā)展已經(jīng)具有 20多年的歷史，虛擬示波器作為虛擬儀器中的一種典型儀器，是儀器儀表、無線電通信、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域不可缺少的一部分。 10 第 2 章 虛擬示波器的基本原理 示波器的基本原理 示波器是利用電子射線的偏轉(zhuǎn)，來復(fù) 現(xiàn)電信號(hào)瞬時(shí)值圖像 (常成為時(shí)間波形 )的一種儀器。射線沿水平軸經(jīng)過的距離跟時(shí)間成正比。經(jīng)延遲級(jí)延遲 r1時(shí)間，到 Y2放大器。 圖 22 示波器的簡(jiǎn)化方框圖 數(shù)字示波器的基本原理 數(shù)字示波器用 A/D變換器把模擬波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后存儲(chǔ)在半導(dǎo)體存儲(chǔ) 器 RAM中，需要時(shí)，將 RAM中存儲(chǔ)內(nèi)容調(diào)出，通過相應(yīng)的 D/A變換器，再恢復(fù)為模擬量顯示在示波管屏幕上。取樣定理證明，對(duì)于一個(gè)最高頻率為 f0的信號(hào)，當(dāng)取樣頻率 fs≥ 2f0時(shí)，其取樣后所 得的脈沖系列將包括原信號(hào)的全部信息。 RAM地址選擇器在 RAM進(jìn)行寫操作時(shí)，將寫地址輸出選做 RAM地址；讀操作時(shí)，則將讀地址輸出選做 RAM地址。時(shí)基分頻電路也產(chǎn)生該脈沖，供讀地址計(jì)數(shù)器和顯示地址計(jì)數(shù)器，以產(chǎn)生穩(wěn)定的階梯掃描電壓 [24]。一般測(cè)試儀器由信號(hào)采集、信號(hào)處理和結(jié)果顯示三大部分組成，這三部分均由硬件構(gòu)成。在創(chuàng)建開發(fā)原型的過程當(dāng)中，開發(fā)人員要于程序的最終使用人員進(jìn)行充分的交流。 (3) 設(shè)計(jì)用戶界面。 (5) 程序測(cè)試。美國國家儀器公 司提出的“軟件即儀器” (The Software is the Instrument)形象的概括了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易虛擬示波器，在設(shè)計(jì)中必須考慮以下因素：開發(fā)成本低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、開放性架構(gòu)易于擴(kuò)充。 LabVIEW作為開發(fā)環(huán)境所具有的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下所述 [4,21,23,24]： (1) 圖形化編程，降低了對(duì)使用者編程經(jīng)驗(yàn)的要求，易于工程師使用； (2) 采用面向?qū)ο蟮姆椒ê透拍?，有利于軟件的開發(fā)和再利用； 20 (3) 對(duì)象、框圖及其構(gòu)成的虛擬儀器在 Windows、 Windows NT、 UNIX等多平臺(tái)之間和各種 PC機(jī)及工作站間兼容，便于軟件移植； (4) 支持 550多種標(biāo)準(zhǔn)總線設(shè)備及數(shù)據(jù)采集卡，如串行接口、 GPIB、 VXI等； (5) 具有豐富的庫 函數(shù)和例子，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序用戶可以從例子總?cè)〉贸绦蚩蚣埽阌谔岣唛_發(fā)速度； (6) 具有比較完備的代碼接口，可調(diào)用 Windows中的動(dòng)態(tài)連接庫 (DLL)中的函數(shù)及 C語言程序，以彌補(bǔ)自身的某些不足； (7) 直接支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換 (DDE)、對(duì)象連接與嵌入 (OLE)、結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)，便于與其他 Windows應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序接口； (8) 支持 TCP， UDP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，可遙控分布在其他機(jī)器上的虛擬儀器設(shè)備； (9) 為加強(qiáng) LabVIEW的