【正文】 加器以頻率控制字為間隔采樣波形存儲(chǔ)器中所存波形，最后經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出波形。數(shù)據(jù)處理部分，主要進(jìn)行軟件處理。第三章 各模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案掃頻信號(hào)源的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)中的最重要的部分，它的主要任務(wù)是使數(shù)據(jù)采集卡NI USB6251產(chǎn)生一個(gè)幅值不變，頻率變化的正弦波。掃頻信號(hào)源設(shè)計(jì)的程序框圖如下： 信號(hào)源程序框圖信號(hào)源的前面板為： 信號(hào)源前面板（1）使用DAQ助手的方法基于上面的設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)可以虛擬設(shè)計(jì)出一個(gè)掃頻帶寬滿足要求的信號(hào)源。待寫入采樣數(shù)改為10K，采樣率為1MHz。下面將對(duì)這幾個(gè)VI進(jìn)行簡(jiǎn)介。物理通道：指定用于生成虛擬通道的物理通道。如輸入的名稱數(shù)量少于創(chuàng)建的虛擬通道的數(shù)量，NIDAQmx將為虛擬通道自動(dòng)分配名稱。如需將自定義換算用于通道，可為該輸入端連接自定義換算，并將單位設(shè)置為來自自定義換算。如任務(wù)使用按要求定時(shí)，VI只在設(shè)備生成全部采樣后返回。數(shù)據(jù)：包含要寫入任務(wù)的波形。如超時(shí)的值為0，VI將嘗試一次寫入所有已提交的采樣。錯(cuò)誤輸出：包含錯(cuò)誤信息。使用虛擬通道列表時(shí)，NIDAQmx將自動(dòng)創(chuàng)建任務(wù)。在清除之前，VI將中止該任務(wù)，并在必要情況下釋放任務(wù)保留的資源。錯(cuò)誤輸出：包含錯(cuò)誤信息。輸入信號(hào)是在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，輸出信號(hào)是在時(shí)間和幅度上都是離散的數(shù)字信號(hào)，從連續(xù)信號(hào)到離散信號(hào)的變換過程可以看成采樣和量化的過程。量化過程是把采樣值取整為最小單位的整數(shù)倍，最小單位稱為量化單位，用數(shù)字1來表示。二是A/D轉(zhuǎn)換速度。④定時(shí)計(jì)數(shù)器在應(yīng)用中還經(jīng)常用到定時(shí)/計(jì)數(shù)功能，比如脈沖周期信號(hào)測(cè)量、精確時(shí)間控制和脈沖信號(hào)產(chǎn)生等。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字、計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)器等，這些功能分別由相應(yīng)的電路來實(shí)現(xiàn)。同步采樣方式的數(shù)據(jù)采集卡每個(gè)通道使用獨(dú)立的放大器和S/H電路，經(jīng)過一個(gè)多路開關(guān)分別將不同的通道接入A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在這里，我們將DAQ助手設(shè)置為： 配置DAQ參數(shù)可以將DAQ助手轉(zhuǎn)換為程序代碼如下： DAQ助手采集程序代碼我們可以得到使用DAQ助手來進(jìn)行對(duì)通道AI0和AI1采集的程序框圖： DAQ助手采集兩路信號(hào)（2）使用DAQmx進(jìn)行采集的方法 安裝和配置DAQ的主要步驟使用DAQmx的方法設(shè)計(jì)AI0和AI1的方法如上圖所示。DAQmx讀取屬性包含用于讀取操作的其它配置選項(xiàng)。如讀取全部可用數(shù)據(jù)屬性的值為TRUE，VI將讀取緩沖區(qū)中當(dāng)前可用的采樣，而不等待任務(wù)獲取全部所需采樣。任務(wù)輸出：是在VI或函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，對(duì)任務(wù)的引用。錯(cuò)誤輸出：包含錯(cuò)誤信息。采樣率：指定采樣率，以單每通道每秒采樣為單位。包括連續(xù)采樣和有限采樣和硬件定時(shí)采樣。如將通道或通道列表連接至任務(wù)/通道輸入，NIDAQmx將自動(dòng)創(chuàng)建任務(wù)。對(duì)于每路信號(hào)，每周期取32個(gè)樣本，連續(xù)采集十個(gè)周期，使用索引數(shù)組函數(shù)把它分離為兩個(gè)單獨(dú)的波形后，先經(jīng)過butterworth帶通濾波器，濾掉可能含有的干擾信號(hào)；再使用幅度譜和相位譜VI分別求出幅值和相位，再求出幅值之比和相位之差；最后將相位差的單位轉(zhuǎn)換為度，并對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果做進(jìn)一步處理，以保證其在主值區(qū)間內(nèi)。高截止頻率：fh是高截止頻率，以Hz為單位。如階數(shù)小于等于0，VI可設(shè)置濾波后的X為空數(shù)組并返回錯(cuò)誤。將錯(cuò)誤連接至錯(cuò)誤代碼至錯(cuò)誤簇轉(zhuǎn)換VI，可將錯(cuò)誤代碼或警告轉(zhuǎn)換為錯(cuò)誤簇。設(shè)置dt為1/fs，fs是時(shí)域信號(hào)的采樣頻率。首先，VI通過下列方程計(jì)算雙邊幅度譜： （）A是雙邊幅度譜，X是信號(hào)的離散傅立葉變換，N是信號(hào)中的點(diǎn)數(shù)。具體程序框圖如下： 相位差的單位轉(zhuǎn)換通過這個(gè)設(shè)計(jì)步驟，可以在屏幕上看到曲線形成的過程。第四章 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果（1）文氏橋電路網(wǎng)絡(luò)（或系統(tǒng)）頻率特性的測(cè)量是十分重要的一個(gè)問題[21]。相頻特性：中心頻率,當(dāng)時(shí)，由逐漸下降且速度加快；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，下降速度逐漸變慢，且趨近于；綜上可知，文橋電路的頻率特性如圖所示： 文橋電路的理論頻率特性為了更準(zhǔn)確方便地得到文氏橋電路的幅頻特性與相頻特性曲線，這里使用軟件NI Multisim對(duì)電路進(jìn)行仿真。以計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和信號(hào)處理理論為基礎(chǔ)，利用數(shù)據(jù)采集卡的“模入”功能，使用通道和通道將激勵(lì)信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)輸出信號(hào)同時(shí)采集到計(jì)算機(jī)中，經(jīng)處理后構(gòu)成幅頻和相頻特性曲線，并顯示在屏幕上。本文運(yùn)用美國(guó)NI公司的開發(fā)軟件LabVIEW2010以及NI USB6251數(shù)據(jù)采集卡研制出一種新型頻率特性測(cè)試儀，最后經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，并對(duì)RC網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)行了頻率特性測(cè)試。參考文獻(xiàn)[1]宗榮芳. 基于虛擬儀器技術(shù)的頻率特性測(cè)試儀[D].南京理工大學(xué),2008. 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DAQmx定時(shí)VI任務(wù)/通道輸入：是操作要使用的任務(wù)的名稱或虛擬通道列表。NIDAQmx將把數(shù)據(jù)換算為測(cè)量單位，包括用于通道的自定義換算。錯(cuò)誤輸入：表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤情況。如任務(wù)進(jìn)行連續(xù)采樣且該輸入的值為1，VI將讀取緩沖區(qū)中當(dāng)前可用的全部采樣。 設(shè)置AI電壓類型②DAQmx讀取該子VI的功能是讀取用戶指定任務(wù)或虛擬通道中的采樣。由于DAQ助手可以同時(shí)采集兩路信號(hào)，所以我們使用數(shù)據(jù)采集卡的AI0和AI1通道對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集。在一次掃描（scan）中，數(shù)據(jù)采集卡將對(duì)所有用到的通道進(jìn)行一次采樣，掃描速率(scan rate)是數(shù)據(jù)采集卡每秒進(jìn)行掃描的次數(shù)。 安裝和配置DAQ的主要步驟需要提及的是，提供了兩套驅(qū)動(dòng)程序：Traditional NIDAQ（傳統(tǒng)NIDAQ）和NIDAQmx[14]。一般的數(shù)字I/O板卡均采用TTL電平。在DAQ產(chǎn)品中應(yīng)用較多的方法是逐次逼近法。采樣頻率的設(shè)置理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分的2倍就夠了，有時(shí)可能會(huì)考慮用采集卡支持的最大頻率，但較長(zhǎng)時(shí)間使用很高的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。數(shù)據(jù)采集卡中關(guān)鍵的器件是模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)模轉(zhuǎn)換，鑒于前面已描述過有關(guān)數(shù)模轉(zhuǎn)換的內(nèi)容，這里只簡(jiǎn)單介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換的內(nèi)容。錯(cuò)誤輸入：表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤情況。該輸出將提供標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出功能。如在循環(huán)中多次使用“DAQmx讀取”VI或“DAQmx寫入”VI時(shí)，未使用“DAQmx開始任務(wù)”VI和DAQmx停止任務(wù)VI，任務(wù)將反復(fù)進(jìn)行開始和停止操作，導(dǎo)致應(yīng)用程序的性能降低。如將通道或通道列表連接至任務(wù)/通道輸入，NIDAQmx將自動(dòng)創(chuàng)建任務(wù)。默認(rèn)的超時(shí)時(shí)間為10秒。 DAQmx寫入VI任務(wù)/通道輸入：是操作要使用的任務(wù)的名稱或虛擬通道列表。②DAQmx寫入該VI的功能是在用戶指定的任務(wù)或虛擬通道中寫入采樣數(shù)據(jù)。輸入接線端配置：指定通道的輸入接線端配置。如將自定義的虛擬通道名稱連接至該輸入端，在其它NIDAQmx VI或?qū)傩怨?jié)點(diǎn)（例如，DAQmx觸發(fā)VI的源輸入端）中引用這些通道時(shí)，必須使用自定義名稱。 模擬輸出電壓VI任務(wù)輸入：指定要添加VI創(chuàng)建的虛擬通道的任務(wù)的名稱。（2）使用DAQmx的方法 使用DAQmx產(chǎn)生信號(hào)源使用DAQmx的方法設(shè)計(jì)掃頻源的方法如上圖所示。使用它可以實(shí)現(xiàn)模擬輸入輸出和數(shù)字輸入輸出的數(shù)據(jù)采集功能。依照公式在程序框圖中給出如下的公式節(jié)點(diǎn)： 計(jì)算掃描所用頻率的公式節(jié)點(diǎn)本設(shè)計(jì)中，頻率分點(diǎn)數(shù)為100，即圖中輸入變量N=100。本章主要概述了頻率特性測(cè)試儀的發(fā)展歷史，以及電路頻率特性的基本概念和測(cè)量方法，最后簡(jiǎn)述了使用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬頻率特性測(cè)試儀的總體方法，并主要化分了3個(gè)模塊。它與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成了系統(tǒng)的硬件環(huán)境，是應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。掃頻信號(hào)源的產(chǎn)生，主要為系統(tǒng)提供信號(hào)源掃頻信號(hào)源簡(jiǎn)稱頻率源是掃頻儀的重要部件，主要用于產(chǎn)生測(cè)試用正弦掃頻信號(hào)，其掃頻范圍應(yīng)是可調(diào)的，掃頻規(guī)律是線性的或?qū)?shù)的，掃頻信號(hào)的幅度應(yīng)等幅的。穩(wěn)態(tài)測(cè)量法需要制作一個(gè)頻率可步進(jìn)或可掃頻的并符合相應(yīng)指標(biāo)要求的正弦信號(hào)源，適用于很寬的頻段，缺點(diǎn)是每次測(cè)量的是網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，需要等待網(wǎng)絡(luò)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，測(cè)量時(shí)間比較長(zhǎng)。所以沖激響應(yīng)測(cè)試法只被用于低頻系統(tǒng)的測(cè)量中。系統(tǒng)如圖21所示 系統(tǒng)輸入激勵(lì)與輸出響應(yīng)輸入激勵(lì)信號(hào)為，響應(yīng)信號(hào)為，系統(tǒng)的頻率特性可按式計(jì)算： （）當(dāng)輸入激勵(lì)為單位沖激函數(shù)，則輸出為系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)，式（）中的恒等于1，于是有 （）計(jì)算得到的為復(fù)數(shù)，包含了幅頻特性和相頻特性的完整信息。對(duì)于低頻電路網(wǎng)絡(luò)，若只關(guān)心電路系統(tǒng)的傳輸特性，可以用傳輸函數(shù)來描述。其相關(guān)原理為，被測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)經(jīng)一個(gè)不接地和獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓轉(zhuǎn)換成脈沖，基頻振蕩正負(fù)半周脈沖數(shù)之差，正比于輸入幅度的大小。其一體式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測(cè)量范圍為：30KHz~30MHz，其動(dòng)態(tài)范圍90dB，頻率分辨率1Hz。1253的頻率測(cè)量范圍為1mHz~20KHz，幅度和相位精度分別達(dá)到1%和1度。1986年推出了既有良好的性能又有自動(dòng)測(cè)量能力的8753型自動(dòng)化矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，成為業(yè)界頻率特性測(cè)試儀的標(biāo)準(zhǔn)。接口軟件是為虛擬儀器驅(qū)動(dòng)層提供信息傳遞的底層軟件，是實(shí)現(xiàn)開放、靈活的虛擬儀器的基礎(chǔ)。 虛擬儀器構(gòu)成方式虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖13所示。PXI總線是PCI eXtension for Instrumentation 的縮寫，是PCI在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展。GPIB技術(shù)可以用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作方式，很方便的把多臺(tái)機(jī)器組合起來，形成大的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。并行口式的虛擬儀器。下表給出了虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較。這樣，在每個(gè)分面板上就可以實(shí)現(xiàn)功能操作的單純化與面板布置的簡(jiǎn)捷化，從而提高操作的正確性與便捷性。因此，設(shè)計(jì)虛擬儀器前面板就是在前面板設(shè)計(jì)窗口中擺放所需的圖標(biāo)，然后對(duì)圖標(biāo)的屬性進(jìn)行設(shè)置。它是測(cè)量技術(shù)，通訊技術(shù)以及現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的深層次的結(jié)合，導(dǎo)致了傳統(tǒng)儀器理念的巨大改變，是儀器研究和發(fā)展的一個(gè)重要方向。另一種是掃頻法，即使用掃頻儀測(cè)量RC網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。idea這種新型的測(cè)試儀將以其新穎、清晰的圖形曲線顯示更好地滿足科研和工程設(shè)計(jì)的需要。本文基于“虛擬儀器”的思想提出了虛擬頻率特性測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方法，其主要目標(biāo)是利用美國(guó)國(guó)家儀器公司提供的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)——LabVIEW并結(jié)合相應(yīng)的硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)頻率特性測(cè)試，該系統(tǒng)主要包括掃頻信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)采集和頻率特性分析三個(gè)模塊。put所謂虛擬儀器是指基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，它由通用計(jì)算機(jī)、模塊化功能硬件和控制專用軟件組成，用戶能夠根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)和擴(kuò)展儀器的測(cè)試功能。設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于虛擬儀器的電網(wǎng)絡(luò)幅頻特性測(cè)量系統(tǒng)。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，從而顯示各種形式表達(dá)結(jié)果的輸出：利用計(jì)算機(jī)的軟件功能，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分析和處理；利用I / O接口設(shè)備完成采集和信號(hào)調(diào)理。這也體現(xiàn)了測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)深層次的結(jié)合。 儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來定義，而不是事先由廠家定義好的。這種方式用數(shù)據(jù)采集卡配以計(jì)算機(jī)平臺(tái)和虛擬儀器軟件，便可構(gòu)成各種數(shù)據(jù)采集和虛擬儀器系統(tǒng)。GPIB總線方式的虛擬儀器。VXI總線方式的虛擬儀器。因此虛擬儀器的發(fā)展完全跟計(jì)算機(jī)的發(fā)展同步，顯示出虛擬儀器的靈活性。I/O接口設(shè)備是為計(jì)算機(jī)配置的電子測(cè)量?jī)x器硬件模塊，主要包括各種傳感器、信號(hào)調(diào)理器、模擬數(shù)字/轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)、數(shù)據(jù)采集器(DAQ)，GPIB總線儀器、VXI總線儀器、串口儀器等。并簡(jiǎn)述了虛擬儀器的特點(diǎn)、分類及組成，使自己對(duì)虛擬儀器的了解更加深刻，也為后面的設(shè)計(jì)做了鋪墊。2000年底的PNA系列300KHz~3GHz的E83