【正文】 6 函數(shù)選板 ............................................................................................... 6 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .................................................................................................. 8 數(shù)據(jù)采集技術(shù) .................................................................................................. 8 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)分類 ....................................................................... 8 基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部分的作用 ....................................... 8 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................................................................... 10 采樣 /保持器的工作原理 .................................................................... 11 多路轉(zhuǎn)換模擬開(kāi)關(guān) ............................................................................. 12 第 4 章 虛擬示波器的軟件設(shè)計(jì) ................................................................................ 14 系統(tǒng)總體構(gòu)成 ................................................................................................ 15 濾波器 ............................................................................................................ 16 存儲(chǔ)與回放模塊 ............................................................................................ 17 頻譜分析模塊 ................................................................................................ 19 參數(shù)測(cè)量模塊 ................................................................................................ 22 第 5 章 虛擬示波器的調(diào)試 ........................................................................................ 24 波形顯示 ........................................................................................................ 24 頻譜分析 ........................................................................................................ 24 參數(shù)測(cè)量 ........................................................................................................ 25 第 6 章 結(jié)論和展望 .................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 27 1 第 1章 緒論 虛擬儀器的基本概念 電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展到今天，總體上經(jīng)過(guò)了四個(gè)歷程，按出現(xiàn)的時(shí)間順序依次為 。與此同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)性價(jià)比的不斷提升，傳統(tǒng)儀器的價(jià)格又長(zhǎng)期居高不下，再加上傳統(tǒng)儀器的功能單一，發(fā)展虛擬儀器已經(jīng)成為一個(gè)不可阻擋的歷史潮流。虛擬儀器主要由硬件和軟件兩個(gè)部分構(gòu)成。 虛擬儀器的構(gòu)成 從構(gòu)成要素上講，虛擬儀器主要由計(jì)算機(jī)，儀器硬件（如數(shù)據(jù)采集卡）和應(yīng)用軟件構(gòu)成；從總線標(biāo)注上講，包括有 PCDAQ 系統(tǒng)， GPIB 系統(tǒng) ,VXI 系統(tǒng)等。虛擬儀器在國(guó)外發(fā)展很快，以 NI 公司為首的很多公司已經(jīng)在市場(chǎng)上推出了大量基于虛擬儀器技術(shù)的電子儀器產(chǎn)品。比如測(cè)量結(jié)果的頻譜分析，快速傅里葉變換，各種數(shù)字濾波器，卷積分析，微積分等。 它的基本特點(diǎn)是 (1)具有良好的用戶接口其用戶接口類似于傳統(tǒng)儀器的面板，包括按鈕、旋鈕、圖形顯示組件、控制組件等。前面板包含了旋鈕、按鈕、圖形和其他控制與顯示對(duì)象。一個(gè)虛擬儀器的圖標(biāo) /連接端口就像一個(gè)圖形 (表示某一虛擬儀器 )的參數(shù)列表。點(diǎn)擊它，則 LabVIEW 彈出錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其中 任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，選用 Find 功能，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。 操作工具 :使用該工具來(lái)操作前面板的控制和顯示。 漫游工具 :使用該工具就可以不需要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游 斷點(diǎn)工具 :使用該工具在 VI 的框圖對(duì)象上設(shè)置斷點(diǎn)。設(shè)計(jì)儀器模板時(shí)，只需根據(jù)需要選擇合適的“控件”放在面板相應(yīng)的位置上即可。而且它只有打開(kāi)了框圖程序窗口后才能出現(xiàn)。信號(hào)調(diào)理附件能夠?qū)ξ⑷跣盘?hào)進(jìn)行放大、光電隔離、濾波等處理，以便更精確和安全地測(cè)量。一個(gè)數(shù)字信號(hào)只有兩個(gè)分離的狀態(tài) :低電平和高電平。對(duì)于每一種傳感器，電信號(hào)的大小都與被監(jiān)測(cè)信號(hào)的物理參數(shù)成正比。交流 信號(hào)通常需要抗失真的低通濾波器，因?yàn)檫@樣的濾波器有一陡峭的截止頻率，因而幾乎能夠完全消除高頻干擾信號(hào)。采用連續(xù)掃描方法，要比給每個(gè)通道一個(gè)放大器和 ADC 要經(jīng)濟(jì)得多，但這僅僅實(shí)用于在采樣點(diǎn)之間對(duì)時(shí)間不是很重要的場(chǎng)合。一般情況下，由于 DAQ 卡的電壓范圍可以 調(diào)節(jié)，所以將信號(hào)電壓范圍調(diào)到與微機(jī)相匹配以便利用其可靠的分辨率范圍。門限信號(hào)實(shí)際上是觸發(fā)信號(hào)一使它工作或不工作 。驅(qū)動(dòng)軟件在保持高性能、提高給用戶易于理解的基礎(chǔ)的同時(shí)，隱藏了復(fù)雜、詳細(xì)的硬件及程序設(shè)計(jì)。它所處理的是數(shù)字信號(hào)，因此輸入的模擬信號(hào)必須進(jìn)行模數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)量化 :，變成數(shù)字信號(hào)。有的系統(tǒng)不采用公用放大器，而根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)單獨(dú)配置。從圖中可以看到，采樣 /保持器由輸入緩沖放大器、輸出緩沖放大器、保持 電容和控制開(kāi)關(guān)組成。在實(shí)際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，有時(shí)采樣點(diǎn)數(shù)不止八路，因此需要使用多個(gè)集成模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行通到擴(kuò)展，以滿足要求。信道控制主要控制單信道或雙信道測(cè)量 。A 微分模式。 本系統(tǒng)包括了 27 個(gè)控件，其中輸入控件 12 個(gè)，顯示控件 15 個(gè)。 16 圖 42 系統(tǒng)總體前面板 圖 43 系統(tǒng)總體程序框圖 濾波器 利用濾波技術(shù)可以在被噪聲淹沒(méi)的信號(hào)中提取所需要的信號(hào)，抑制不需要的干擾信號(hào)。這樣的功能就依靠波形存儲(chǔ)回放顯示模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。可以在不同的縱坐標(biāo)單位之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ?，F(xiàn)將在頻域20 中分析其頻譜的變化。實(shí)際工程中的低通濾波器不可能有理想的低通特性，故采樣頻率需要更高，通常為ω S=(4~20) ω m。 如果輸入數(shù)組為長(zhǎng)度為 2 的整數(shù)次冪，則調(diào)用快速傅里葉反變換算法，否則將調(diào)用一個(gè)更高效的離散傅里葉反變換算法 22 圖 48 頻譜分析模塊程序框圖 圖 49 頻譜分析模塊前面板 參數(shù)測(cè)量模塊 參數(shù)測(cè)量模塊總共測(cè)量了 14 個(gè)有關(guān)參數(shù)，分別為：周期平均值，周期均方根，直流值，反峰，正峰，峰峰值，均方根值，頻率，周期，連續(xù)期，占空比，前沖，過(guò)沖，邊沿斜率。并通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)該虛擬儀器的功能進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果是令人滿意的。在本文的研究基礎(chǔ)上，下一步的工作是 : (l) 對(duì)虛擬示波器和虛擬信號(hào)發(fā)生器的功能進(jìn)行進(jìn)一步的完善。相信未來(lái)，虛擬技術(shù)將得到更大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也會(huì)越來(lái)越廣，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。 利用計(jì)算機(jī)和相關(guān)的硬件對(duì)虛擬示波器和虛擬信號(hào)發(fā)生器作了模擬實(shí)驗(yàn) 檢測(cè)和實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，得到了相關(guān)的波形顯示和數(shù)據(jù)。主要圍繞信號(hào)的采集、信號(hào)的分析和信號(hào)的處理幾個(gè)方面闡述了虛擬實(shí)驗(yàn)儀器的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)。下面簡(jiǎn)要介紹頻域分析模板中的主要模塊。其中 T是采樣間隔，ω S=2π /T 為采樣角頻率，它們的取值是一個(gè)很重要的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)只能處理離散且有限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，要用計(jì)算機(jī)完成頻譜分析和其它方面的工作，通常的處理方法是模擬信號(hào) x(t)進(jìn)入數(shù)字計(jì)算機(jī)前先經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡 (DAQ)中的采樣器，將連續(xù)時(shí)間信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間信號(hào)，成為采樣信號(hào)而后再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器在幅值 上量化變?yōu)殡x散的數(shù)字信號(hào)。 (3)坐標(biāo)模式選擇 :Log/Linear 兩種坐標(biāo)顯示模式可以選擇。濾波模塊的前面板如圖 圖 44 濾波器前面板 圖 45 濾波器程序框圖 存儲(chǔ)與回放模塊 波形存儲(chǔ)和回放模塊波形存儲(chǔ)功能主要適用于因特殊原因不能實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，或者是數(shù)據(jù)對(duì)以后的研究具有重要的參考價(jià)值的場(chǎng)合，我們?cè)趯?shí)際實(shí)驗(yàn)中，需要先把數(shù)據(jù)保存下來(lái)，日后再將原保存的數(shù)據(jù)文件讀取出來(lái) ，此時(shí)讀出的數(shù)據(jù)就和實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)一樣，也能進(jìn)行自動(dòng)參數(shù)測(cè)量，頻譜分析等。顯示控件主 要是