【正文】 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，虛擬儀器測(cè)試精度高于傳統(tǒng)儀器，是能夠滿足測(cè)試精度要求的，并分析了產(chǎn)生誤差的 原因。 表 41 頻域分析模塊中主要模塊 名稱 圖示和端口 功能 說(shuō)明 Real 實(shí) 數(shù) 快 速傅 里 葉 變換 輸入為實(shí)數(shù)數(shù)組，輸出結(jié)果為復(fù)數(shù)數(shù)組，如果輸入數(shù)組長(zhǎng)度為 2 的整數(shù)次冪，則調(diào)用 FFT算法，否則將調(diào)用 DFT 算法 Inverse Real 實(shí) 數(shù) 快 速傅 里 葉 反變換 因?yàn)閷?shí)數(shù)快速傅里葉變換的輸出結(jié)果是復(fù)數(shù)，所以哦實(shí)數(shù)快速傅里葉反變換的輸入也是復(fù)數(shù)。這樣，將出現(xiàn)一系列的問(wèn)題。在本文用Labview 實(shí)現(xiàn)的虛擬示波器中，當(dāng)用軟件完成數(shù)據(jù)采集、處理等工作后，可以將采集到數(shù)據(jù)以及處理后的數(shù)據(jù)回放出來(lái)，以便繼續(xù)研究。前面板上設(shè)有各個(gè) 功能模塊按鈕，當(dāng)按下相應(yīng)按鈕時(shí)，即可調(diào)用該子程序。觸發(fā)控制包括觸發(fā)電平控制、觸發(fā)模式等 。圖 4 一 3 為采樣 /保持器的原理電路。其核心是計(jì)算機(jī)，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。定時(shí)器包括三個(gè)重要信息 :門(mén)限信號(hào)、計(jì)時(shí)信號(hào)、輸出。 (2) 采樣方法 要從多個(gè)通道得到數(shù)據(jù)，通常使用多路開(kāi)關(guān)把每個(gè)信號(hào)端連接到 A/D 轉(zhuǎn)化器(ADC)。例如，熱電偶、熱敏電阻、集成電路傳感器、應(yīng)變片等，都可以將溫度轉(zhuǎn)化成電壓和電阻。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)分類 傳感器把物理信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào) (電壓或電流 )，例如熱電偶 (溫度 /電壓 )、RTDs(溫度 /電阻 )、應(yīng)變片 (拉或壓 /溫度 )。就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種旋紐、開(kāi)關(guān) .、顯示屏等所有可能涉及到的操作部件，都做成外形相似的“控件”分類存于控制模板上。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀，它包括了以下工具包。 (3)創(chuàng)建圖 標(biāo)。 1992年 8 月 MaCintosh平臺(tái)到 Windows 又砰臺(tái)的移植，從 版本開(kāi)始， LabVIEW 作為一個(gè)完整優(yōu)異的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，并開(kāi)始迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，贏得了廣大用戶的青睞。 虛擬 儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 虛擬儀器的概念最初是由美國(guó)國(guó)家儀器公司（ National Instruments Corp，簡(jiǎn)稱 NI）于 1986 年提出， NI 公司在 80 年代研制和推出了許多總線系統(tǒng)的虛擬儀器，后來(lái)，美國(guó) HP 公司， Tektronic 公司， Racal 公司也在此方面有了很多進(jìn)展。介紹了與信號(hào) 處理相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，主要是傅里葉變換。模擬儀器，數(shù)字儀器，智能儀器，虛擬儀器。其中，比較具有代表性的是 NI 公司 Labview平臺(tái)和 Labwindows/CVI 平臺(tái)。 (4)提供程序調(diào)試功能程序調(diào)試工具包括在源代碼中可以設(shè)置斷點(diǎn)，可以單步執(zhí)行，也可以啟動(dòng)。運(yùn)行和調(diào)試程序是任何一門(mén)編程語(yǔ)言編程的最重要的一步。當(dāng)創(chuàng)建自由標(biāo)簽時(shí)它會(huì)變成相應(yīng)形狀。它只有當(dāng)打開(kāi)前面板窗口時(shí)才能調(diào)用 函數(shù)選板 圖 25 函數(shù)選板 7 圖 26 函數(shù)選板子選板 函數(shù)選板編程子選板功能模板就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種測(cè)試功能、信號(hào)分析文件操作以及輸入 /輸出 (1/0)接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)做成可供直接調(diào)用的庫(kù)函數(shù)。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)的性能決定了整個(gè)過(guò)程的速度。在設(shè)定調(diào)理電路的放大或衰減倍 數(shù)時(shí)，一般應(yīng)滿足這樣一個(gè)條件 :經(jīng)調(diào)理后的信號(hào)其最大值應(yīng)盡可能地達(dá)到數(shù)據(jù)采集卡可以接受的電壓范圍，最大限度地提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。 (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。高分辨率意味著計(jì)數(shù)器可以計(jì)更多的數(shù)，時(shí)鐘頻率決定了產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)輸入的快慢，頻率越高，計(jì)數(shù)增長(zhǎng)得越快，因而輸入端的信號(hào)頻率高，就可以產(chǎn)生高頻的脈沖波和方波。如果被測(cè)信號(hào)變化緩慢，也可以不用采樣 /保持器。圖 4 一 4 為 LF13508 單端 8 通道多路模擬開(kāi)關(guān)原理框 圖，它有三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端口。根據(jù)虛擬示波器功能的需要，程序至少應(yīng)包含以下模塊 : (1) 數(shù)據(jù)采集 :主要完成數(shù)據(jù)采集的控制，包括設(shè)備號(hào)、通道選擇控制、采樣速率、采樣點(diǎn)數(shù)等，另外選擇采集的波形類型。枚舉 2 控制著系統(tǒng)的三個(gè)不同的功能模塊，即實(shí)時(shí)顯示，頻譜分析和參數(shù)測(cè)量模塊。 本文中可以實(shí)現(xiàn)的頻譜分析控制包括 : (1)窗口選擇 :提供多種頻譜分析窗口。 (2) 采樣定理 信號(hào)采樣是把連續(xù)時(shí)間信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間序列的過(guò)程。用虛擬信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生不同頻率和幅值的波形，通過(guò)虛擬示波器來(lái)顯示、測(cè)量、處理和分析這些波形，來(lái)檢測(cè)虛擬示波器的性能。因此在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中，應(yīng)用虛擬技術(shù)是一個(gè)很好的選擇。 論文的主要工作包括以下幾個(gè)方面 : 分析討論了虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計(jì)原理，指出傳統(tǒng)測(cè)試儀器存在的缺陷和不足，提出了用虛擬儀器替代傳統(tǒng)儀器是具有現(xiàn)實(shí)意義的。 S 不滿足采樣定律，即ω S2ω m，在每隔ω S 重復(fù)出現(xiàn) X(ω )/T 譜線時(shí)均出現(xiàn)譜線的重迭。 傅里葉變換是信號(hào)處理中最基本，最重要的變換之一，其本質(zhì)是建立了信號(hào)的以時(shí)間為變量的時(shí)域分析與以頻率為變量的頻譜分析之間的映射關(guān)系。 LabVIEW 中列有各種數(shù)字濾波器，這些數(shù)字濾波器都可以直接調(diào)用而用考慮它的內(nèi)部設(shè) 計(jì)。 (4) 頻譜分析 :利用 FFT 窗口對(duì)波形進(jìn)行頻譜分析。正是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、量化采集和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的引入，使其對(duì)于各類簡(jiǎn)單信號(hào)、復(fù)雜信號(hào)、單次信號(hào)和周期信號(hào)波形的測(cè)量、記錄、存儲(chǔ)、分析復(fù)現(xiàn)都非常有效，在各行各業(yè)中均有廣泛的應(yīng)用。 。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是電子測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)，當(dāng)然也是虛擬儀器的基礎(chǔ)。例如，某 DAQ 板的分辨率為 16 位，范圍取 0 一 1OV，增益取 100，則有 1LSB=(10/100xZ’ 6)= 協(xié) v，這樣一來(lái)，在數(shù)字化的過(guò)成中，一位的分辨率為。 (5) 線性化 很多傳感器對(duì)被測(cè)量都有非線性響應(yīng)，因而需要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行線性化。數(shù)字信號(hào)又可以分為開(kāi)關(guān)信號(hào)和脈沖序列信號(hào)，模擬信號(hào)則可以分為直流信號(hào)、時(shí)域信號(hào)、頻域信號(hào)。 編制軟件時(shí)通過(guò)對(duì)控制和功能模塊中子模塊的靈活調(diào)用，選取相應(yīng)的功能子模塊，分別置于前后面板內(nèi)，使用連線工具即可完成虛擬儀器設(shè)計(jì)。程序調(diào)試員可以通過(guò)控針窗口來(lái)觀察該數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù) 變化狀況。 圖 21 Labview 前面板 圖 22 Labview 程序框圖 labview 的模板分析 labVIEW 是一種圖形化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在一個(gè)虛擬儀器 VI 的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主要 利用模板創(chuàng)建和運(yùn)行程序。若想要在數(shù)字控制中輸入或修改數(shù)值，只需要用操作工具 (見(jiàn)工具模板 )點(diǎn)擊控制部件和增減按鈕，或者用操作工具或標(biāo)簽工具雙擊數(shù)值欄進(jìn)行輸入數(shù)值修改。開(kāi)發(fā)虛擬儀器不僅可以實(shí)現(xiàn)儀器的自我生產(chǎn)，而且虛擬儀器易于改進(jìn)，提升性能，通過(guò)軟件和硬件的更換，還可以實(shí)現(xiàn)多方面的用途，大大提高了儀器的性價(jià)比。而虛擬儀器可以有多個(gè)控制面板，各個(gè)面板之間的切換十分方便，使每個(gè)面板變得簡(jiǎn)單，從而提高了操作的正確性和方便性。I 摘要 隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的日新月異，電子計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和處理，顯示，存貯等方面的優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)的儀器相比越來(lái)越明顯。 虛擬儀器的較傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢(shì) （ 1）傳統(tǒng)儀器的控制面板只有一個(gè)，在這個(gè)操作面板上 ，需要放置各種按鈕，容易導(dǎo)致混亂和混淆。 本論文的主要工作 我國(guó) 在科學(xué)技術(shù)方面與世界頂級(jí)國(guó)家還有一定距離，我國(guó)的高檔儀器大部分還要依賴進(jìn)口，這種儀器往往價(jià)格昂貴，使用面窄，花很多的外匯只能起到有限的作用，因此，研究虛擬儀器對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)具有很重要的意義。通過(guò)鼠標(biāo)和鍵 盤(pán)輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，也可在計(jì)算機(jī)顯示器上直接觀看結(jié)果。調(diào)試程序時(shí)可以利用單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、設(shè)置探針來(lái)顯示數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。 探針工具 :可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線上設(shè)置探針。它包括結(jié)構(gòu)子模板、數(shù)值運(yùn)算子模板、布爾邏輯子模板、字符串運(yùn)算子模板、數(shù)組子模板、類子模板、比較子模板、時(shí)間和對(duì)話框子模板、文件輸入 /輸出子模板、儀器控制子模板、儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)、數(shù)據(jù)采集子模板、信號(hào)處理子模板、數(shù)學(xué)模型子模塊、圖形與聲音子模塊、通訊子模板、應(yīng)用程序控制子模塊、底層接口子模塊、文檔生成子模板、示教課程子模板 、用戶自定義的子 Vl 模板和選擇? VI 子程序等子模板。相反，模擬信號(hào)包括了隨時(shí)間變化的連續(xù)信息。 (4) 激勵(lì) 由于電工測(cè)量試驗(yàn)中經(jīng)常要要用到正弦波、方波等信號(hào)，且有時(shí)需要為一些傳感器提供激勵(lì)信號(hào)，故由虛擬信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生各種信號(hào)并由信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行功率放大后輸出。范圍、增益、分辨率決定了可分辨的最小電壓變化，它表示 ILSB。 N 工一 DAQ 就是 N1 公司高性能數(shù)據(jù)采集及驅(qū)動(dòng)程序。 。 13 圖 34 數(shù)據(jù)采集卡 圖 35 數(shù)據(jù)采集卡布局圖 14 第 4 章 虛擬示波器的軟件設(shè)計(jì) 虛擬示波器是隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生并逐步發(fā)展起來(lái)的一種 具有存儲(chǔ)功能的新型儀器，主要用于觀察、分析和測(cè)量非重復(fù)信號(hào)、重復(fù)信號(hào)、單次信號(hào)、沖激信號(hào)等。 (3) 參數(shù)測(cè)量 :完成電壓參數(shù)、頻率和周期等參數(shù)的測(cè)量功能。數(shù)字濾波器即是以數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)離散化信號(hào)的處理，以減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中所占的比例，從而改變信號(hào)的質(zhì)量，達(dá)到濾波或加工信號(hào)的目的。還能夠根據(jù)用戶選用的分析功能的不同自動(dòng)顯示適當(dāng)?shù)臋M坐標(biāo)。但是當(dāng)采樣頻率。由此可以看出，由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡及相應(yīng)軟件構(gòu)成的虛擬實(shí)驗(yàn)儀器是切實(shí)可行的，而且可以最大限度的利用 計(jì)算機(jī)資源，降低了成本，提高了效率。相信在不久的將來(lái)，一臺(tái)裝有虛擬儀器的標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)可能成為一個(gè)多功能儀器測(cè)量系統(tǒng)，從根本上改變傳統(tǒng)儀器的研制和生產(chǎn)模式。 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(cè)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(tái)作為軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行了探索性的開(kāi)發(fā)和研究。這個(gè)過(guò)