【正文】 件存在冗余?；谛盘柊l(fā)生和信號采集卡，改變圖形化的虛擬儀器應(yīng)用程序進(jìn)行儀器的軟件重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同的測試功能。為此，我們把信息技術(shù)中的可重構(gòu)理論引入儀器的設(shè)計(jì)中來解決這種問題。它把計(jì)算機(jī)、儀器硬件、固件與計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合起來。圖21為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖。 電工表1的功能簡介虛擬電工表1是按照萬用表的功能設(shè)計(jì)的，其功能和臺式萬用表基本相似。5)高速數(shù)據(jù)采集:萬用表數(shù)據(jù)采集最高頻率可以達(dá)到50k，這是我們可以把萬用表當(dāng)作一個(gè)慢速的數(shù)據(jù)采集卡來使用，配合上位機(jī)軟件，數(shù)據(jù)不斷上傳并且用圖形方式顯示。在集中參數(shù)電路里，測量的主要參數(shù)是電壓。二、智能型DVM和DMM的工作原理智能型DVM是利用模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換原理，將被測的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入單片機(jī)進(jìn)行分析、運(yùn)算和處理，最終以數(shù)字形式顯示出來的一種測量儀表。（10）可選擇50～2400Ω的10種參考阻抗的分貝測量圖32數(shù)字萬用表VC9808+ 虛擬電工表1 虛擬電工表1的工作原理虛擬電工表1是按照萬用表的功能設(shè)計(jì)的，其工作原理框圖如圖33所示。整個(gè)系統(tǒng)通過USB接口完成數(shù)據(jù)傳輸。有效值、平均值、峰峰值測量：基于LabVIEW的信號測量也是十分方便的，有許多測量模塊，如最大值最小值測量，交流和直流分量測量，均方根測量，幅值和電平測量等等。圖37電工表1的數(shù)據(jù)回放顯示程序三、虛擬電工表1的測試結(jié)果基于LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬電工表1前面板如圖3325所示。從這一小小的儀表設(shè)計(jì)，我們也可以領(lǐng)悟到，采用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)的儀器，是測試測量儀器發(fā)展史上的又一次新的飛躍，虛擬儀器是智能儀器的新的發(fā)展方向。詳細(xì)測量原理及方法將在軟件設(shè)計(jì)中進(jìn)行介紹。 2 3 1圖45 采樣頻率與信號頻率成整數(shù)倍關(guān)系三種方法測量結(jié)果圖中1區(qū)為三點(diǎn)法測量數(shù)據(jù)及誤差顯示；2區(qū)為計(jì)數(shù)法測量數(shù)據(jù)及誤差顯示；3區(qū)為頻率估計(jì)法測量數(shù)據(jù)及誤差顯示。一般情況下多用第一種方法，其原理框圖如圖47，圖中基波抑制網(wǎng)絡(luò)即帶組濾波器，將基波電壓分量濾除。1內(nèi)，從而最大程度地抑制頻譜泄漏。綜合這兩點(diǎn)因素我們可選取適當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)來測量。 計(jì)算器設(shè)計(jì)當(dāng)我們進(jìn)行數(shù)據(jù)測量時(shí)，必然會進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄與計(jì)算。各種電子示波器實(shí)現(xiàn)的波2形測試方法則屬這一類，一般稱它為時(shí)域分析方法。圖中每一根縱線的長短代表一種正弦分量幅值（模）的大小，并且只取正值。實(shí)時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號振幅，其工作原理是針對不同的頻率信號而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器(Detector)，再經(jīng)由同步的多任務(wù)掃瞄器將信號傳送到CRT 屏幕上，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波(PeriodicRandom Waves)的瞬間反應(yīng)，其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍、濾波器的數(shù)目與最大的多任務(wù)交換時(shí)間(Switching Time)。下面對儀器工作原理及各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)思想作簡要介紹。這里分別用到矩形窗、漢寧窗、哈明窗、布來克曼窗等窗函數(shù)。簡稱FFT。例如，截取信號長度為tp=，則可獲得譜線的頻率為2Hz(基波)，4Hz，6Hz，SHz，10112，12HZ，…如果信號有5Hz的峰值分量，則被柵欄擋住而無法檢驗(yàn)出來。本設(shè)計(jì)采用吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院自主研制的“VIETS虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”中數(shù)據(jù)采集卡VI5102進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了儀器的重構(gòu)。它通過建立和連接圖標(biāo)來構(gòu)成虛擬儀器程序，而無需像傳統(tǒng)的文本編輯形式那樣，編寫源代碼來實(shí)現(xiàn)。在LabView中可以使用FFT控件實(shí)現(xiàn)FFT算法，編程很簡單。圖58諧波失真度分析程序圖LabVIEW軟件中對信號的互相關(guān)運(yùn)算子VI已給出，我們可以直接調(diào)用來實(shí)現(xiàn)該功能，很容易實(shí)現(xiàn)。在實(shí)用的信號采樣系統(tǒng)中，即使考慮采樣定理及采樣條件，也只能取得一部分局限的信號記錄。用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為取樣地址，對正弦波波形存儲器進(jìn)行相位幅值轉(zhuǎn)換，即可在給定的時(shí)間上確定輸出的波形幅值。表52為虛擬頻譜分析儀與傳統(tǒng)頻譜分析儀一些功能的比較。常見的有靜態(tài)正弦波點(diǎn)頻測量法、動態(tài)的掃頻測量法、采用具有素?cái)?shù)關(guān)系的多正弦波序列的多頻測量法及采用偽隨機(jī)信號的廣譜快速測量法等。但是由于硬件系統(tǒng)有一定的局限性，采用掃頻信號實(shí)現(xiàn)頻率特性效果比較差，所以采用多步法。 測試電路測試電路很簡單，這里選擇阻容式無源濾波電路，如圖67所示為一阻容式高通濾波電路，電阻R=510Ω，電容C=。圖71典型邏輯分析儀的組成方框圖被測數(shù)據(jù)系統(tǒng)的并行輸入數(shù)據(jù)加到多通道探極，在被測系統(tǒng)或儀器內(nèi)部時(shí)鐘的控制下，將數(shù)據(jù)存入高速RAM?；赨SB接口的虛擬邏輯分析儀,利用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)邏輯分析儀的顯示、分析、控制等功能,可以降低硬件電路設(shè)計(jì)難度和成本、提高儀器的可靠性和性能。FIFO輸出端通過一個(gè)三態(tài)門實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)用，由REN（輸出使能）控制。若輸入電壓Ui超過下限值UL，而在上限值UH以下時(shí)，A2輸出低電平經(jīng)反相器反相，再經(jīng)與非門相與輸出低電平，即可表示窗口的范圍。邏輯狀態(tài)顯示程序：基于LabVIEW設(shè)計(jì)的這部分程序也應(yīng)用到了一個(gè)For循環(huán)語句，這部分主要是解決轉(zhuǎn)換后的數(shù)字波形如何顯示問題，首先將測量數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換成數(shù)組，接著對該數(shù)組進(jìn)行轉(zhuǎn)置處理，在通過數(shù)字波形顯示模塊輸出，最后由前面板的波形顯示模塊顯示出來。 界面設(shè)計(jì)原則操作界面設(shè)計(jì)基本上有三項(xiàng)原則：一、 合理的功能設(shè)計(jì)1. 功能模塊化2. 減少不同功能間的相互耦合二、 強(qiáng)調(diào)可用性1. 易學(xué)易記2. 使用安全三、 盡可能給使用者帶來愉悅1. 布局合理2. 適當(dāng)使用顏色 LabVIEW的前面板設(shè)計(jì)前面板是VI的用戶界面，創(chuàng)建VI時(shí)，通常先設(shè)計(jì)前面板，然后設(shè)計(jì)程序框圖在前面板上創(chuàng)建的輸入/輸出任務(wù)。 圖82虛擬電子測量儀器的可執(zhí)行文件雙擊圖標(biāo)后將打開這樣一個(gè)界面，如圖83所示。 綜合面板設(shè)計(jì)一臺完整的通用虛擬電子測量儀面板如以下圖列所示，以控制卡的形式任意切換，選擇所需要的儀器進(jìn)行工作，部分儀器可以同時(shí)工作。、電工表1和電工表2的軟面板，實(shí)現(xiàn)了儀器功能仿真設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1] . 武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版), 2002,25(2).Wang XianLin. Virtual instrument and its applications. Journal of Wuhan University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2002,25 (2).[2] 廖開俊，. 國外電子測量技術(shù). 2006,2.Liao Kaijun, LIU Zhifei. Virtual Instrument Technology. Foreign Electronic Measurement Technology. 2006,2.[3] 吳忠杰，林君，韋建榮，2005（S2）：280~283Wu Zhongjie, Lin Jun, Wei JianRong, Xie Xuansong. Virtual Test System Key Techniques of modular equipment. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2005 (S2): 280 ~ 283[4] 黃為、何莉莉、陳維榮，虛擬儀器測控系統(tǒng)的動態(tài)可重構(gòu)性研究 ，自動化儀表， 2005（4）：27~29Huang Wei, HE Lili, Chen Weirong, virtual instrument measurement and control system of the dynamic study of reconfigurable, automated instruments, 2005 (4): 27 ~ 29[5] 馬文華. 虛擬儀器高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的發(fā)展方向. 儀器儀表用戶, 2005，1.Ma Wenhua. Virtual Instrument Colleges and Universities of the development of laboratory equipment. Instrumentation users, 2005,1.[6] 陳昊、[J].2007（3）：26~27Chen Hao,Cao Fukai. LabVIEWbased threepoint method based on frequency measurement techniques. Modern scientific equipment [J] .2007 (3): 26 ~ 27[7] 李冰、曲寶、[J].2005（2）：12~13Li Bing, Qu Bao, JinHui Liu. LabVIEWbased virtual spectrum analyzer design. Coal Mine Machinery [J] .2005 (2): 12 ~ 13[8] 趙清艷、[J].2008（1）：54~55Zhao Qingyan, ZHU Bin. LabVIEWbased virtual tester frequency characteristics. Manufacturing[J].2008 (1): 54 ~ 55[9] [M]. 北京：電子工業(yè)出 版社,2006.Lu Qirong. Based on Virtual Instrument Technology Laboratory to build individual [M]. Beijing: Electronic Industry Press, 2006.[10] [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2007.Zhang zhongxiong. analysis and design of the Virtual instrument technical[M]. Beijing: Electronic Industry Press, 2007.[11] 林君、[M].科學(xué)出版社，2006Lin Jun, Xie Xuansong. Principle and Application of The Virtual Instrument [M]. Science Press, 2006[12] —數(shù)字部分（第五版）.北京：高等教育出版社，Kang Huaguang. The basis of electronic technology digital part (fifth edition). Beijing: Higher Education Press, [13] —：高等教育出版社，Kang Huaguang. The basis of electronic technology analog part. Beijing: Higher Education Press, [14] [M]，北京：電子工業(yè)出版社，2003.Lin Zhanjiang . Electronic Measurement Technology [M], Beijing: Electronic Industry Press, 2003.[15] [16] 致謝本文從立題、方案的研究以及論文的撰寫過程中，都是在導(dǎo)師張秉仁教授的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，導(dǎo)師傾注了大量的心血。附錄A(電子測量儀器前面板) 圖1 密碼登陸成功初始界面 圖2 示波器界面 圖3 信號發(fā)生器界面 圖4 頻譜分析儀界面 圖5 頻率特性測試儀界面 圖6 邏輯分析儀界面 圖7 電工表1界面 圖8 電工表2界面附錄B(電子測量儀器實(shí)際測量照片) 吉 林 大 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)教師評語學(xué)生姓名 王洪偉 專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 班號 650501 題目名稱 。通過導(dǎo)師的精心指導(dǎo)，使我增強(qiáng)了對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的把握能力，在學(xué)術(shù)和科研水平上有了很大的提高。下一步研究的建議：1. 制作硬件模塊，將本文實(shí)現(xiàn)的仿真儀器連接起來，實(shí)現(xiàn)對外部信號的采集測量。例如：；打開一個(gè)新的面板則出現(xiàn)一臺新的儀器。圖83請輸入正確密碼使用該儀器這項(xiàng)功能的設(shè)置是其它通用電子測量儀器所沒有的，但是有時(shí)這項(xiàng)功能也是十分必要的，不同的密碼也可以控制儀器部分功能的使用，就如在學(xué)生用它做實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了培養(yǎng)學(xué)生的動腦分析計(jì)算能力，可以把有些功能鎖定，不能使學(xué)生養(yǎng)成投機(jī)取巧的習(xí)性，當(dāng)他們分析計(jì)算結(jié)束再輸入密碼與儀器分析的結(jié)果進(jìn)行比較、校對，當(dāng)然用途也不僅如此?？刂坪惋@示對象以各種各樣的圖形形式出現(xiàn)在前面板上，具體體現(xiàn)為旋鈕、按鈕、圖形、指示燈，以及其它的控制和顯示對象等，這時(shí)用戶界面更加直觀易懂。 8 7 6 5 4 2 3 1圖78虛擬邏輯分析儀的測試結(jié)果面板介紹：圖中1區(qū)為邏輯分析儀的時(shí)序儀選項(xiàng)卡；2區(qū)為邏輯分析儀的狀態(tài)儀選項(xiàng)卡；3區(qū)邏輯分析儀的仿真信號選項(xiàng)卡；4邏輯分析儀的測量結(jié)果顯示區(qū)；5為邏輯分析儀的開關(guān)；6為觸發(fā)設(shè)置；7為數(shù)據(jù)存儲與回放按鈕；8為模擬輸入信號設(shè)置區(qū)。變?yōu)楦唠娖健AC902為差分電流輸出，通過2個(gè)50Ω的取樣電阻將電流信號轉(zhuǎn)換成差分的電壓信號。硬件板上主要包含D/A、比較器、FPGA、FIFO、MCU等,實(shí)現(xiàn)的功能主要為接收來自PC機(jī)的信號觸發(fā)采集指令,并按照指定的方式對外部信號進(jìn)行采集、存儲,最后將存儲結(jié)果通過USB通信方式發(fā)回到PC