【正文】 對所測量的參數(shù)進行顯示，包括有波形的頻率，峰峰值，占空比等。設(shè)計前面板時，主要考慮界面美觀，操作簡潔，用戶可以通過前面板中的開關(guān)和旋鈕模擬傳統(tǒng)儀器的操作，通過鍵盤和鼠標實現(xiàn)對虛擬示波器的控制。B、 XY、 Aamp。時基控制主要控制采集掃描數(shù)據(jù)的掃描率、信道掃描次數(shù) (取樣數(shù) )。 EN為使能端，當 EN=0時，通道斷開，禁止模擬量輸入 。在采樣方式下，采樣 /保持器的輸出必須跟蹤模擬輸入電壓 :在保持方式下，采樣 /保持器的輸出將保持采樣命令發(fā)出時刻的電壓輸入值，直到保持命令結(jié)束為止。 A/D 轉(zhuǎn)換器將采樣信號量化，將轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號輸入到計算機中。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機、智能儀器與外界物理世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。數(shù)據(jù)系統(tǒng)一 個主要方面是驅(qū)動軟件的使用。 (6) 定時 I/0 許多場合都要用到定時器，如數(shù)字脈沖定時、產(chǎn)生方波等。如果增加到 16 位，代碼增加到 655536，這樣就可以得到較為精確地反映原始信號的數(shù)字信號。根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少是輸入最高頻率的兩倍，才可能不產(chǎn)生失真。 (3) 濾波 濾波的目的是消除噪音信號，提高輸入信號的信噪比。 1 傳感器 傳感器將被測試的物理量轉(zhuǎn)化成電信號的最基本的環(huán)節(jié)。歸類的標準是信號中有用的不同信息。一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本任務(wù)是測量和產(chǎn)生現(xiàn)實世界的物理信號。該模板上的每一個頂層圖標都表示一個子模板 (如圖所示 )。 6 自動選擇工具 控件選板 圖 24 控件選版 控件選板擬儀器的面板是通過軟件實現(xiàn)的。如果聯(lián)機幫助的窗口被打開時， 把該工具放在任一條連線上，就會顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。該模板可以在 windows 菜單下選擇 ShowToolsPalette 命令以顯示該模板。如果一個VI 程序存在語法錯誤，則在面板工具條上的運行按鈕將會變成一個折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。用數(shù)據(jù)連線將這些端口和節(jié)點的圖標連接起來，形成一個完整的框圖程序。前面板是圖形化用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。其特點是用圖形化的符號來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的文本語言，從而達到直觀， 簡潔，易懂的目的。 作為一本新興技術(shù)，虛擬儀器在國內(nèi)尚屬于起步階段，但也初步取得了一些成果。 （ 5）虛擬儀器的發(fā)展可與計算機的發(fā)展同步，與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備同步。虛擬儀器是電子計算機技術(shù) 與現(xiàn)代測量技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是用戶在普通 PC 機上，應(yīng)用各種軟件平臺，根據(jù)自身的需要，設(shè)計和定義的軟硬件相結(jié)合的一種測量儀器。對虛擬儀器的概念，結(jié)構(gòu)，發(fā)展趨勢進行了相關(guān)分析。 本課題在掌握了虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)及信號處理的相關(guān)知識基礎(chǔ)之上，設(shè)計了一套虛擬示波器。其中，為了與虛擬儀器區(qū)別開來，我們又把前三種稱為傳統(tǒng)儀器。 （ 4）由于用軟件替代硬件，儀器的更新升級大都只要更新軟件，從而使得儀器的升級換代更加迅速，研發(fā)周期縮短。相比而言， Labwindows 是為熟悉 C 語言的傳統(tǒng)2 軟件開發(fā)人員所設(shè)計的。硬件部分主要是普通 PC 機和數(shù)據(jù)采集卡；軟件部分則包括了前面板，采集卡驅(qū) 動程序及相關(guān)的應(yīng)用軟件（主要有頻譜分析，數(shù)字濾波，數(shù)據(jù)存儲和讀取，波形顯示等） 本論文主要分為以下幾個部分： 第 1 章 緒論 第 2 章 軟件開發(fā)平臺 Labview 的有關(guān)介紹 第 3 章 系統(tǒng)硬件部分 第 4 章 系統(tǒng)軟件部分 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 第 6 章 結(jié)論和展望 3 第 2章 系統(tǒng)軟件的開發(fā)平臺 Labview 簡介 labview 的基本概述 Labview 是美國國家儀器公司開發(fā)的，基于 G 語言（ Graphics Language）的虛擬儀器開發(fā)工具。 LabVIEW 創(chuàng)建虛擬儀器過程 創(chuàng)建虛擬儀器的過程分為四步 : (1)創(chuàng)建前面板。根據(jù)需要在功能模板中找到所需的節(jié)點，并將節(jié)點圖標放置到框圖程序窗口。在4 LabVIEW 中，用戶可以通過兩種方式來運行程序 :運行和連續(xù)運行。 5 圖 23 工具選版 工具模板 工具選板為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試 VI 程序的工具 (如圖所示 )。 連線工具 :用于在框圖程序上連接對象。它也顯示出對象的前景色和背景色。使用時只需根據(jù)預(yù)完成的功能與操作，從子模板上選擇相應(yīng)的“圖標”放在流程圖編輯窗口中相應(yīng)的位置上即可。 8 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 數(shù)據(jù)采集技 術(shù) 對計算機進行總線擴展以便將其用于實驗室研究、工業(yè)控制、測試和測量、這些都要用到基于計算機的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。在實時系統(tǒng)中，需要高速的處理器，在對數(shù)據(jù)采集功能模塊進行分析之前，我們先對信號進行歸類。下面逐一予以討論說明。 (2) 隔離 隔離是指使用變壓器、光或電容禍合等方法阻礙被測系統(tǒng)和測試系統(tǒng)之間傳遞信號，避免發(fā)生直接連接，使用禍合主要有兩個方面原因 :一是從安全的角度把傳感器信號同計算機隔離，因為被監(jiān)測系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬時高壓，另一個原因是隔離可以使從數(shù)據(jù)采集卡出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響，減少誤差。顯然，如果信號變化比采樣板的數(shù)字化要快，或采樣太慢，就會產(chǎn)生波形失真，見圖 4 一 1(b)。例如，三位轉(zhuǎn)化器把模擬電壓分成 2’ (8 位 )段，每段用二進制代碼在 000 到 In 之間表示，因而數(shù)字并不能真實反映原始信號，因為一部分信息被漏掉了。停滯時間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號幅值改變的快慢。 4 驅(qū)動軟件 沒有軟件，甚至沒有好的軟件，數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)不可能發(fā)揮很大的作用。 m)是信息科學的重要分支，11 它不僅應(yīng)用在現(xiàn)代智能檢測系統(tǒng)中，而且在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、國防軍事及科學研究等方面都得到廣泛應(yīng)用，無論是過程控制狀態(tài)檢測、還是故障診斷、質(zhì)量檢測，都離不開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。多路開關(guān)將各路信號輪流切換到輸入端，對各路信號分時采樣。采樣 /保持電路有兩種工作方式，即采樣方式和保持方式。三個二進制控制信號經(jīng)過三八譯碼器后，選擇 5158 個輸入通道中的一個通道與輸出端 D 接通。根據(jù)這一思路，本文設(shè)計的虛擬示波器主要功能是對采集到的數(shù)據(jù)進 行觸發(fā)、時基控制后，完成對輸入信號的電壓、頻率和周期等參數(shù)的測量，同時，利用 FFT 窗口對波形進行頻譜分析，可以實現(xiàn)單、雙信道顯示波形，并可以對波形運算后進行輸出顯示。 (2) 波形顯示 :對采集到的波形進行觸發(fā)控制和時基控制后再顯示波形，可以實現(xiàn)單信道顯示和雙信道顯示，以及對波形運算后的輸出顯示，有 :A、 B、 A+B、A 一 B、 Aamp。由于虛擬面板直接面向用戶，是虛擬示波器控制軟件的核心。通過在這個枚舉的三個選擇項之間切換，可以分別實現(xiàn)對應(yīng)的功能。其中低通截止頻率的設(shè)置必須滿足采樣定理規(guī)則，截17 止頻率不能高于采樣頻率的一半。 (2)單位選擇 :有多種單位如 vrms、 vpk、 vrlnS‘ 2 等供選擇。 以上 為三角函數(shù)的形式，或者轉(zhuǎn)換成復指數(shù)形式： x(t)= ????tjmmeC ? （ 44） 使用計算機完成信號處理工作的需求導致了離散傅里葉變換的產(chǎn)生。這個過程相當于在連續(xù)時間信號上“抽取”許多離散時刻 iT(i=0， 1， 2，? )上的信號瞬時值。 (4)Labview 中的頻域分析 LabVIEw 高級分析庫中的頻域分析模板提供了豐富的信號頻域分析函數(shù)，包括傅里葉變換、 Hilbert 變換、小波變換、 Hartley 變換、功率譜分析、聯(lián)合時頻分析、諧波分析、系統(tǒng)辨識等。 波形顯示 圖 51 波形顯示結(jié)果 頻譜分析 圖 52 頻譜分析結(jié)果 25 參數(shù)測量 圖 53 均方根分析結(jié)果 圖 54 相位分 析結(jié)果 圖 55 總體結(jié)果分析 26 第 6章 結(jié)論和展望 本文主要以 labVIEW 軟件平臺作為軟件開發(fā)環(huán)境，對虛擬實驗儀器進行了探索性的開發(fā)和研究。 利用 LABVIEW 語言研究和開發(fā)了虛擬實驗儀器虛擬示波器和虛擬信號發(fā)生器，除了實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能外，在某些功能上進行了創(chuàng)新提高，并就如何準 確地恢復輸入信號對信號處理技術(shù)、存儲寬帶改善技術(shù) 和顯示技術(shù)進行了研究。相信在不久的將來，一臺裝有虛擬儀器的標準微機可能成為一個多功能儀器測量系統(tǒng)，從根本上改變傳統(tǒng)儀器的研制和生產(chǎn)模式。 (2) 進行更加廣泛的實驗，對實驗中產(chǎn)生的誤差進行定量和定性分析，找出原因，給出改進方案。由此可以看出，由計算機、數(shù)據(jù)采集卡及相應(yīng)軟件構(gòu)成的虛擬實驗儀器是切實可行的，而且可以最大限度的利用 計算機資源，降低了成本，提高了效率。用到的節(jié)點有：幅值和電平測量，信號的時間與瞬態(tài)特性測量參數(shù)測量模塊程序前面板 23 圖 410 參數(shù)測量模塊程序前面板 圖 411 參數(shù)測量模塊程 序框圖 24 第 5章 虛擬示波器的調(diào)試 本虛擬示波器的設(shè)計一是參閱通用的雙通道臺式數(shù)字存儲示波器的功能，并月在儀器分析上有所擴展。但是當采樣頻率。 (l) 信號 XS(i)及其頻譜 XS(? ) 若連續(xù)時間信號 x(t)被數(shù)據(jù)采集卡 (DAQ)中的采樣器以等時間間隔 T 采樣，則采樣時刻 0， T， ZT… .，所得信號 x(t)的瞬時值，就構(gòu)成了連續(xù)信號的 x(t)的離散時間序列 xs(i)， (i==0， 1， 2，? )。還能夠根據(jù)用戶選用的分析功能的不同自動顯示適當?shù)臋M坐標。我們之所以將它稱作為“模塊”，主要是因為它在整個程序中舉足輕重，如果沒有它，開發(fā)出來的程序不能稱為“虛擬儀器”，只是18 一個“信號處理內(nèi)存”。數(shù)字濾波器即是以數(shù)值計算的方法來實現(xiàn)對離散化信號的處理，以減少干擾信號在有用信號中所占的比例，從而改變信號的質(zhì)量，達到濾波或加工信號的目的。通過信號類型選擇器可以從信號發(fā)生器中選擇不同類型的波形，如正弦波形，方波波形，三角波波形，鋸齒波形等。 (3) 參數(shù)測量 :完成電壓參數(shù)、頻率和周期等參數(shù)的測量功能。其中，參數(shù)測量模塊包括電壓參數(shù)和頻率、周期等時間參數(shù)的測量并顯示測量結(jié)果。 13 圖 34 數(shù)據(jù)采集卡 圖 35 數(shù)據(jù)采集卡布局圖