【正文】 ...25 程序設(shè)計的模塊化原則 ............................................................................25 軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計原則 ....................................................................26 本設(shè)計中的模塊化設(shè)計 ............................................................................27 數(shù)據(jù)庫技術(shù) .......................................................................................................28 數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述 ........................................................................................28 與數(shù)據(jù)庫的交互技術(shù) ........................................................................29 MySQL 數(shù)據(jù)庫 ...........................................................................................30 Access 數(shù)據(jù)庫 .............................................................................................30 LabSQL 數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù) ..........................................................................31 多線程技術(shù) .......................................................................................................31 Windows 的多線程機制 .............................................................................31 LabVIEW 與多線程 ...................................................................................32 多線程技術(shù)在本設(shè)計中的應(yīng)用 ................................................................32 本章小結(jié) ...........................................................................................................32第 5 章 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn) ........................................................................33 登陸系統(tǒng) ...........................................................................................................33 通道參數(shù)配置 ...................................................................................................34 實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ...........................................................................................35 實時數(shù)據(jù)顯示 ...................................................................................................37 數(shù)據(jù)存儲與查詢 ...............................................................................................38結(jié) 論 ............................................................................................................................40參考文獻 ......................................................................................................................41致 謝 ......................................................................................................................42附 錄 ......................................................................................................................43第 1 章 緒論 課題來源及研究的目的和意義隨著計算機的快速發(fā)展，由美國國家儀器公司 NI(National Instruments)提出的虛擬儀器技術(shù)引發(fā)了測試領(lǐng)域一場重大變革，開創(chuàng)了“軟件即是儀器” 的先河，目前虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。本文首先闡述了測控技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及以后的發(fā)展趨勢，探討了虛擬儀器的相關(guān)技術(shù)、LabVIEW 的相關(guān)知識，然后闡述了有關(guān)數(shù)據(jù)采集的理論，給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖和硬件結(jié)構(gòu)圖。在這種儀器系統(tǒng)中，不僅儀器的操作和測量結(jié)果的顯示是借助于計算機顯示器以及虛擬面板的形式來實現(xiàn)的，而且數(shù)據(jù)的傳送、分析、處理都是由計算機軟件來完成的，這就大大突破了傳統(tǒng)儀器儀表在這方面的限制，方便了用戶對儀器的使用、維護、擴展和升級等。前面板是 VI 的交互式用戶界面，即用戶與程序代碼發(fā)生聯(lián)系的窗口。但是測試的對象的空間位置卻日益分散，測試系統(tǒng)也日益龐大，就此提出了測控現(xiàn)場化、遠程化的要求。這種平臺采用獨特的圖形化編程方式，編程過程簡單方便，是目前最受歡迎的虛擬儀器主流開發(fā)平臺。（3）虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化、智能化初見端倪伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、虛擬儀器為核心的/虛擬實驗室( Virtual Laborato2ry) 0 的概念。我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，加快了企業(yè)的技術(shù)升級步伐，先進儀器設(shè)備的需求更加強勁，虛擬儀器賴以生存的個人計算機最近幾年以極高的速度在中國發(fā)展，這些都為虛擬儀器在我國的普及奠定了良好的基礎(chǔ)。 “軟件即是儀器” 這是 NI 公司提出的虛擬儀器理念的核心思想。虛擬儀器中應(yīng)用程序?qū)⒖蛇x硬件（如 GPIB，VXI，RS232，DAQ 板）和可重復(fù)用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，實現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時與觸發(fā)。由此導(dǎo)致許多識讀和操作錯誤。6）由于其以 PC 為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過程不必像過去那樣由測試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用 PC 機 CPU 的強大的數(shù)據(jù)處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)的測試精度、速度大為提高，實現(xiàn)自動化、智能化、多任務(wù)測量。它功能強大，可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動機參數(shù)、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風格簡約，符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習(xí)慣，用戶不經(jīng)培訓(xùn)即可迅速掌握操作規(guī)程。虛擬儀器的構(gòu)成主要有五種類型，如圖 22 所示 [7]。GPIB(General Purpose Interface Bus)通用接口總線，是計算機和儀器的標準通信協(xié)議。PXI(PCI eXtension For Instrumentation)是 Compact PCI 總線在儀器領(lǐng)域的擴展，是 NI 公司于 1997 年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。 虛擬儀器的軟件技術(shù)虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件基本結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。為了能自由互換儀器硬件而無需修改測試程序，即解決儀器的互操作問題，VXI plugamp。應(yīng)用程序調(diào)用類驅(qū)動器，類驅(qū)動器再通過專用的驅(qū)動器與物理的儀器通信。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。系統(tǒng)軟件部分通常用專用的虛擬儀器開發(fā)語言（如 LabVIEW）編寫而成，并可通過Inter 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴展。除此以外還有 HP 公司的 HPVEE ，HPTIG 開發(fā)平臺，美國 Tektronix 公司的 EzTest ，TekTNS 平臺軟件，這些都是國際上公認的優(yōu)秀的虛擬儀器開發(fā)軟件平臺。LabVIEW 具有一系列無與倫比的優(yōu)點：首先，LabVIEW 作為圖形化語言編程，采用流程圖式的編程，運用的設(shè)備圖標與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程非常相似；同時，LabVIEW 提供了豐富的 VI 庫和儀器面板素材庫，近 600 種設(shè)備的驅(qū)動程序(可擴充) 如 GPIB 設(shè)備控制、VXI 總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲；并且 LabVIEW 還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設(shè)置斷點，調(diào)試過程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，更加便于程序的調(diào)試。（2）數(shù)據(jù)流框圖程序VI 從數(shù)據(jù)流框圖中接收指令，框圖程序是一種解決編程問題的圖形化方法，實際上是 VI 的程序代碼。在進行信號采樣時，需要遵循采樣定理：設(shè)連續(xù)模擬信號 的頻譜為 ，以采樣間隔 采樣得到的離散)(tX)(fXsT模擬信號為 ，如果 和 滿足以下條件，離散信號 可以完全)(nTsXfsT)(nX確定頻譜 。最小數(shù)量單位稱為量化單位。一個開關(guān)信號運載的信息與信號的瞬間狀態(tài)有關(guān)。模擬頻域信號(Frequency Domain)與時域信號類似，但從頻域信號中提取的信息是信號的頻域內(nèi)容，而不是波形的形狀，也不是隨時間變化的特性，如圖所示?，F(xiàn)實中存在許多不同的時域信號，比如心臟跳動信號、視頻信號等，測量它們通常是因為對波形的某些方面的特性感興趣。具有儀器放大器（Instrumentation Amplifier）的數(shù)據(jù)采集設(shè)備可配置成差分測量系統(tǒng)。圖 33 十六通道參考地單端測量系統(tǒng)（3）無參考地單端測量系統(tǒng)(NRSE)所有測量都有一個共同的參考源，但此類參考電壓可根據(jù)測量系統(tǒng)的地面實際情況而有所不同。 表 31 測量系統(tǒng)連接方式接地信號 浮動信號DEF √ √RSE √NRSE √ √ 采集系統(tǒng)的一般組成及各部分功能描述B u f f e r( F I F O )驅(qū)動程序L a b v i e w程序信號D A Q 板卡A / D外觸發(fā)內(nèi)存B u f f e r硬件顯示圖 35 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖圖 35 表示了數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)。下列情況需要使用 Buffer I/O：① 需要采集或產(chǎn)生許多樣本，其速率超過了實際顯示、存儲到硬件，或?qū)崟r分析的速度。硬件觸發(fā)讓板卡上的電路管理觸發(fā)器，控制了采集事件的時間分配，有很高的精確度。③ 采集事件需要與外部裝置同步。（3）分辨率ADC 的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。將各路信號輪流切換至放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。目前，通常將采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器集成在同一塊芯片上。 本章小結(jié)根據(jù)對數(shù)據(jù)采集知識的了解，差分輸入方式的精度較高，PXI 數(shù)據(jù)采集卡是一款高精度的，功能強勁的數(shù)據(jù)采集模塊，測量精度高，運用 DAQ 工具，可以方便完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)。塊內(nèi)聯(lián)系塊內(nèi)聯(lián)系統(tǒng)帥從屬塊間聯(lián)系塊間聯(lián)系圖 41 模塊化結(jié)構(gòu)信息抽象與信息隱含是模塊的基本特征。好的模塊結(jié)構(gòu)，塊間聯(lián)系應(yīng)盡可能小，塊內(nèi)聯(lián)系應(yīng)盡可能大。只要某模塊中含有依賴于某種判定操作，則該模塊就處于該判定的作用范圍之內(nèi)。（7）模塊結(jié)構(gòu)增加中間判斷層次，提高可擴充性圖 42a，模塊 A 調(diào)用 B，以后擴充時還要讓 A 調(diào)用 C(圖 42b)。當前，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為現(xiàn)代計算機信息系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)，數(shù)據(jù)庫已成為計算機信息系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)的組成核心，從某種意義來講，數(shù)據(jù)庫的建設(shè)規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個國家信息化程度的重要標志。物理層是數(shù)據(jù)抽象的最低層，用來描述數(shù)據(jù)物理存儲結(jié)構(gòu)和存儲方法。③ 數(shù)據(jù)庫的運行管理：數(shù)據(jù)庫在建立、運用和維護時由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)，從而保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運行。 MySQL 數(shù)據(jù)庫MySQL 是一個小型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，開發(fā)者為瑞典 MyS