【正文】 寬度采樣受采樣率的限制。多功能的 DAQ 卡提供所選的范圍，使得卡能處理各種不同的電壓電平。同一個(gè) ADC 對(duì)多個(gè)通道采樣，則每一個(gè)通道的采樣率是與采樣的通道數(shù)成反比的。 單 端輸入都有一個(gè)共同的接地點(diǎn)。 許多傳感器對(duì)被測(cè)量的響應(yīng)是非線性的，因而需要對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行線性化，以補(bǔ)償傳感器帶來(lái)的誤差。使用隔離的原因有兩個(gè) ：一是從安全的角度考慮；二是隔離可使從數(shù)據(jù)采集卡讀出來(lái)的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響。因而采樣頻率就將比輸入頻率的兩倍還要大。這個(gè)階段數(shù)據(jù)仍然處于模擬狀態(tài)，所以抗混頻濾波器是一個(gè)模擬濾波器。對(duì)于時(shí)域下的處理，可能需要您提高采樣率以接近于原始信號(hào)。例如， F1（ 25 Hz）顯示正確，而在分別位于 30 Hz、 40 Hz和 10 Hz的 F F3 和 F4 都發(fā)生了頻率畸變。這種信號(hào)畸變叫做混頻 。要以一定的速度進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)測(cè)量速率要能跟上波形的變化。安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的光學(xué)編碼 器的輸出就是脈沖信號(hào)。 數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn) 信號(hào)類(lèi)型 信號(hào)通常是指包含一定信息量的函數(shù)，這些函數(shù)可以是狀態(tài)、速率、電平、形狀、頻率等。當(dāng)某一模入通道發(fā)生一個(gè)指定的電壓電平時(shí)，讓卡輸出一個(gè)數(shù)字脈沖，這是 內(nèi)部觸發(fā)的例子。 （ 3） 采樣周期必須準(zhǔn)確、均勻地通過(guò)數(shù)據(jù)樣本。 這里的緩沖指的是 PC 內(nèi)存的一個(gè)區(qū)域（不是 DAQ 卡上的 FIFO 緩沖），它用來(lái)臨時(shí)存放數(shù)據(jù)。驅(qū)動(dòng)程序可以直接對(duì)數(shù)據(jù)采 集硬件的寄存器編程，管理數(shù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 據(jù)采集硬件的操作并把它和處理器 、 DMA 和內(nèi)存這樣的計(jì)算機(jī)資源結(jié)合在一起。信號(hào)調(diào)理的方法主要包括放大、衰減、隔離、多路復(fù)用、濾波、激勵(lì)和數(shù)字信號(hào)調(diào)理等 。 測(cè)量中都需將模擬信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，分辨率就是將滿量程信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后得到的二進(jìn)數(shù)的位數(shù)，分辨率越高，意味著可檢測(cè)出來(lái)的電壓變化越小，它和測(cè)量范圍（可測(cè)量的最高電平）及增益（板卡的放大倍數(shù)）一起決 定了該板卡可測(cè)的最小電壓變化量，也稱為二進(jìn)碼的寬度，產(chǎn)品中 使用 8 位 、 12 位、 16 位的 較 多。 設(shè)置信號(hào)的輸入方式：輸入信號(hào)是單端輸入還是雙端輸入，輸入信號(hào)是單極性信號(hào)還是雙極性信號(hào)等。如果被測(cè)信號(hào)變化很緩慢，也可以不用采樣 /保持器。從提高精度的角度出發(fā)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)與采樣頻率之間是相互制約的。隨著虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，圖形化的編程語(yǔ)言必將成為測(cè)試和控制領(lǐng)域內(nèi)最流行發(fā)展趨勢(shì)。首先設(shè)計(jì) SubVI 完成每個(gè)子任務(wù)，然后將之逐步組合成能夠解決最終問(wèn)題的 VI。這時(shí)顯示器上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)探針顯示窗口。使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地點(diǎn)中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用 Windows 菜單下的 Show Functions Palette 功能打開(kāi)它，也可以在流程圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。如果該模板沒(méi)有出現(xiàn)，則可以在 Windows 菜單下選擇 Show Tools Palette 命令以顯示該模板。我們可以看到流程圖中包括了前面板上的開(kāi)關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連線端子，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。 前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類(lèi)對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象 ，前面板可以根據(jù)用戶的需要自己設(shè)定 。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。 設(shè)計(jì)采用模塊化的軟件設(shè)計(jì)思想編寫(xiě)，每個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)由一個(gè)模塊完成。介紹了總體設(shè)計(jì)思路，以及軟硬件的選用。虛擬儀器的出現(xiàn)，將徹底改變這種局面。 90 年代以來(lái)，隨著虛擬儀器技術(shù)的日益發(fā)展，采用低成本自動(dòng)化技術(shù)，研制與開(kāi)發(fā)各類(lèi)多功能智能型記錄儀表呈迅猛發(fā)展之勢(shì)，并逐漸批量進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。它們?yōu)閷?shí)現(xiàn)儀器編程提供了便捷的途徑。這些虛擬儀器在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院的測(cè)試結(jié)果表明，其產(chǎn)品性能完全達(dá)到同類(lèi)硬件儀器的技術(shù)指標(biāo)。虛擬儀器技術(shù)目前在國(guó)外發(fā)展很快，以 NI 公司為代表的一批廠商已經(jīng)在市場(chǎng)上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計(jì)的商品化儀器產(chǎn)品。同時(shí)，虛擬儀器面板上的顯示元件和操作 元件的種類(lèi)與形式不受標(biāo)準(zhǔn)件和加工工藝的限制，他們是由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)用戶的認(rèn)知要求和操作要求，設(shè)計(jì)儀器面板。它不僅可以用于電子測(cè)量、測(cè)試、分析、計(jì)量等領(lǐng)域，而 且還可以用于進(jìn)行設(shè)備的監(jiān)控以及工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化。 傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是實(shí)物，而且是由手動(dòng)和觸摸進(jìn)行操作的 ， 虛擬儀器前面板是外形與實(shí)物相像的圖標(biāo)，每個(gè)圖標(biāo)的通斷、放大等動(dòng)作通過(guò)用戶操作計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)來(lái)完成。 Virtual instrument。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 虛擬無(wú)紙記錄儀 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 摘 要 目前，在電子測(cè)量和自動(dòng)化控制領(lǐng)域，虛擬儀器技術(shù)取得了巨大的發(fā)展。 關(guān)鍵詞： 記錄儀 ； 虛擬儀器 ； 數(shù)據(jù)采集 ； LabVIEW 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） Design of Virtual Paperless Recorder based on LabVIEW Abstract At present the virtual instrument used widely in the measure and automatic control area. It make much of puter technology, bines the virtual instrument’s hardware with software acplish data acquisition, data analysis, then store the digital and display the result on the screen, achieve the function of traditional instrument. In this chapter the author used virtual instrument to design the virtual paperless recorder, it consists data acquisition, measurement, storage and display. We used the design of modularization software, each function can acplish by one module. The software used in the paper is LabVIEW, it is a kind of software based on graphic language. The hardware of this design is the PCI6221 of data acquisition card. After debugging, the virtual paperless recorder by LabVIEW would plete data acquisition, wave storage, display and read the data which is stored. Moreover, this virtual paperless recorder also have the function of measurement about fmplitude, average and RMS values. It well explain the strong function of puter and the various design of software. Key words: Paperless recorder。 (1)虛擬儀器的面板是虛擬的 虛擬面板上的各種圖標(biāo)與 傳統(tǒng)儀 器面板上的各種器件所完成的功能是相同的 ， 由各種開(kāi)關(guān)、按鈕、顯示器等圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)儀器電源的通斷，實(shí)現(xiàn)被測(cè)量信號(hào)的輸入通道、放大倍數(shù)等參數(shù)的設(shè)置，以及實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的數(shù)值顯示、波形顯示等。利用計(jì)算機(jī)豐富的軟、硬件資源，可以大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)分析、處理、表達(dá)、傳遞、存儲(chǔ)等方面的限制，達(dá)到傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的效果。這樣，在每個(gè)分面板上就可以實(shí)現(xiàn)功能操作的簡(jiǎn)單化與面板布置的簡(jiǎn)潔化，從而提高操作的正確性與便捷性。 80 年代以來(lái)， NI 公司研制和推出了許多總線系統(tǒng)的虛擬式儀器，成為這類(lèi)新型儀器世界第一大生產(chǎn)戶，此后，美國(guó)的惠普公司， Tektronix 公司， Racal 公司等也相繼推出了許多此類(lèi)儀器，并在短短的十年便占有了世界儀器市場(chǎng)的 10%左右。其中，成果比較顯著的是重慶大學(xué)檢測(cè)中心所研究的虛擬儀器，其研制的產(chǎn)品已包括 ： 分析儀、噪聲測(cè)試分析儀、小波變換信號(hào)分析儀、多通道數(shù)據(jù)采集器等 20 多個(gè)品種，并且可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)。浙江大學(xué)儀器系在 ”九五 ”期間也開(kāi)發(fā)了中文 VPP。此類(lèi)記錄儀由于其結(jié)構(gòu)與功能的局限性，無(wú)法滿足綜合生產(chǎn)管理、生產(chǎn)過(guò)程智能化、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化和在線數(shù)據(jù)分析處理的需要。設(shè)想要是能將儀器稍微改動(dòng)以實(shí)現(xiàn)更大的使用范圍該多好，但這對(duì)于傳統(tǒng)儀器來(lái)說(shuō)是非常困難的。 第二章為虛擬無(wú)紙記錄儀的總體設(shè)計(jì)。 本文設(shè)計(jì)的虛擬無(wú)紙記錄儀的工作原理是，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，根據(jù)使用者的不同要求由軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析、處理，并在顯示控件上顯示處理結(jié)果。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。 LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制 所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序，即虛擬儀器（ VI），它包括前面板、流程圖以及圖標(biāo) /連結(jié)器三部分。 圖 是與圖 對(duì)應(yīng)的流程圖。 該模板提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試 VI 程序的工具。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。 為了查找程序中的邏輯錯(cuò)誤，有時(shí)希望流程圖程序一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)地執(zhí)行。從 Tools 工具模板選擇探針工具，再用鼠標(biāo)左建點(diǎn)擊你希望放置探針的連接線。用戶可以把一個(gè)應(yīng)用題目分解為一系列的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)還可以進(jìn)一步分解成許多更低一級(jí)的子任務(wù)，指導(dǎo)把一個(gè)復(fù)雜的題目分解為許多子任務(wù)的組合。 圖形化程序設(shè)計(jì)編程簡(jiǎn)單、直接、開(kāi)發(fā)效率高。采樣精度由轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來(lái)決定，而采樣速度是與采樣頻率 相關(guān) 的。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） /保持器 采樣 /保持器取出 被 測(cè)信號(hào)在 某一瞬時(shí)的值，即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間離散化，并在 A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持信號(hào)不變。待設(shè)置的參數(shù)主要有采集卡的設(shè)備號(hào)及地址碼，此外還有如下設(shè)置項(xiàng)。在選取產(chǎn)品時(shí)需要注意：可測(cè)通道數(shù)是否滿足要求；當(dāng)需要差分輸入測(cè)量時(shí)，板卡上有無(wú)差分輸入以及差分輸入的通道數(shù)，應(yīng)注意產(chǎn)品能否擴(kuò)展 以 及最多可擴(kuò)展的 通 道數(shù)。 （ 2） 信號(hào)調(diào)理裝置 從傳感器得到的信號(hào)可能會(huì)很微弱，或者含有大量噪聲，或者是非線性的等等，這種信號(hào)在進(jìn)入采集卡之前必須經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理。軟件分為驅(qū)動(dòng)程序和上層應(yīng)用程序。需要注意的兩個(gè)問(wèn)題是：是否使用 Buffer？是否使用外觸發(fā)啟動(dòng)、停止或同步一個(gè)操作 [15]。 （ 2） 需要連續(xù)采集或產(chǎn)生 AC 數(shù)據(jù)（ 10 樣本／秒），并且要同時(shí)分析或顯示某些數(shù)據(jù)。硬件觸發(fā)可進(jìn)一步分為外部觸發(fā)和內(nèi)部觸發(fā)。 （ 3） DAQ 事件需要與外部裝置同步。這種信號(hào)包括一系 列 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，信息就包含在狀態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)生的數(shù)目、轉(zhuǎn)換速率、一個(gè)轉(zhuǎn)換間隔或多個(gè)轉(zhuǎn)換間隔的時(shí)間里。為了測(cè)量一個(gè)時(shí)域信號(hào)，必須有一個(gè)精確的時(shí)間序列 ，序列的時(shí)間間隔也應(yīng)該合適，以保證信號(hào)的有用部分被采集到。采樣率過(guò)低的結(jié)果 使還原信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。而頻率高 于奈奎斯特的信號(hào)采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變。如果把采樣率增加到 2f，那么轉(zhuǎn)換后的波形具有正確的頻率（與周期數(shù)相同），并可以還原成原始波形，如例 c 所示 。因?yàn)樗ㄟ^(guò)對(duì)高頻信號(hào)（高于奈奎斯特信號(hào)頻率）進(jìn)行削弱，減少了混頻信號(hào)的干擾，所以這個(gè)濾波器被稱為抗混頻濾波器。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，采樣頻率應(yīng)當(dāng)大于過(guò)渡帶的最高頻率的兩倍。 隔離是指使用變壓器、光或電容耦合等方法在被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)之間傳遞信號(hào)，避免直接的電連接。很多信號(hào)調(diào) 理模塊都提供電流源和電壓源以便給傳感器提供激勵(lì)。模擬輸入的通道數(shù)目是由卡上兩種類(lèi)型的輸入 — 單端輸入和差分輸入決定的。將多 路 轉(zhuǎn)換器與某一通道接通， ADC 對(duì)此采樣然后多路轉(zhuǎn)換接通到下一個(gè)通道采樣， 以此 類(lèi)推。 動(dòng)態(tài)范圍即為 ADC 進(jìn)行量化的最小和最大電壓之間的電平。實(shí)時(shí)采樣是 虛擬無(wú)紙記錄儀 最常用的采樣方式，以這種方式采樣既能捕捉重復(fù)的信號(hào)，又能捕捉單次瞬態(tài)信號(hào)。這 種固定延遲時(shí)間的有順序的采樣與實(shí)時(shí)采樣的主要區(qū)別在于，非實(shí)時(shí)采樣不是在一個(gè)信號(hào)波形內(nèi)完成全部采樣過(guò)程，其采樣信號(hào)分別取自若干個(gè)信號(hào)波形的不同位置。虛擬儀器的交互式用戶接口被 稱 為前面板，它是模仿實(shí)際儀器的面板。由于虛擬面板直接面向用戶，是 虛擬無(wú)紙記錄儀 控制軟件的核心。 數(shù)據(jù)采集 模塊 數(shù)據(jù)采集模塊是 虛擬無(wú)紙記錄儀 的核心，主要完成數(shù)據(jù)的采集 功能 。 圖 NIDAQmx 定時(shí)函數(shù) 圖 NIDAQmx 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù) NIDAQmx 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)如 圖 所示，其作用是顯示地將一個(gè)任務(wù)轉(zhuǎn)換至運(yùn)行狀態(tài)。一但一個(gè)任務(wù)被清除，除非重新創(chuàng)建 它。均方根一行用于輸出一段時(shí)間內(nèi) 電壓的均方根值 ，這樣可以看書(shū)電壓的穩(wěn)定