【正文】 通過實驗對比，虛擬儀器測試精度高于傳統(tǒng)儀器，是能夠滿足測試精度要求的，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 說明 Real 實 數(shù) 快 速傅 里 葉 變換 輸入為實數(shù)數(shù)組，輸出結(jié)果為復數(shù)數(shù)組，如果輸入數(shù)組長度為 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 數(shù) 快 速傅 里 葉 反變換 因為實數(shù)快速傅里葉變換的輸出結(jié)果是復數(shù)，所以哦實數(shù)快速傅里葉反變換的輸入也是復數(shù)。這樣，將出現(xiàn)一系列的問題。在本文用Labview 實現(xiàn)的虛擬示波器中，當用軟件完成數(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，以便繼續(xù)研究。前面板上設(shè)有各個 功能模塊按鈕，當按下相應按鈕時，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。其核心是計算機，它對整個系統(tǒng)進行控制和數(shù)據(jù)處理。定時器包括三個重要信息 :門限信號、計時信號、輸出。 (2) 采樣方法 要從多個通道得到數(shù)據(jù)，通常使用多路開關(guān)把每個信號端連接到 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)信號分類 傳感器把物理信號轉(zhuǎn)化成電信號 (電壓或電流 )，例如熱電偶 (溫度 /電壓 )、RTDs(溫度 /電阻 )、應變片 (拉或壓 /溫度 )。就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種旋紐、開關(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。當從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標箭頭就會變成該工具相應的形狀，它包括了以下工具包。 (3)創(chuàng)建圖 標。 1992年 8 月 MaCintosh平臺到 Windows 又砰臺的移植，從 版本開始， LabVIEW 作為一個完整優(yōu)異的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境得到了工業(yè)界和學術(shù)界的認可，并開始迅速占領(lǐng)市場，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國家儀器公司（ National Instruments Corp，簡稱 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，美國 HP 公司， Tektronic 公司， Racal 公司也在此方面有了很多進展。介紹了與信號 處理相關(guān)的基礎(chǔ)知識，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平臺和 Labwindows/CVI 平臺。 (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，可以單步執(zhí)行，也可以啟動。運行和調(diào)試程序是任何一門編程語言編程的最重要的一步。當創(chuàng)建自由標簽時它會變成相應形狀。它只有當打開前面板窗口時才能調(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)儀器上的各種測試功能、信號分析文件操作以及輸入 /輸出 (1/0)接口設(shè)備的驅(qū)動做成可供直接調(diào)用的庫函數(shù)。當然，計算機的性能決定了整個過程的速度。在設(shè)定調(diào)理電路的放大或衰減倍 數(shù)時，一般應滿足這樣一個條件 :經(jīng)調(diào)理后的信號其最大值應盡可能地達到數(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。高分辨率意味著計數(shù)器可以計更多的數(shù)，時鐘頻率決定了產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號輸入的快慢，頻率越高，計數(shù)增長得越快，因而輸入端的信號頻率高，就可以產(chǎn)生高頻的脈沖波和方波。如果被測信號變化緩慢，也可以不用采樣 /保持器。圖 4 一 4 為 LF13508 單端 8 通道多路模擬開關(guān)原理框 圖，它有三個二進制控制輸入端口。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、通道選擇控制、采樣速率、采樣點數(shù)等，另外選擇采集的波形類型。枚舉 2 控制著系統(tǒng)的三個不同的功能模塊，即實時顯示，頻譜分析和參數(shù)測量模塊。 本文中可以實現(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 信號采樣是把連續(xù)時間信號變?yōu)殡x散時間序列的過程。用虛擬信號發(fā)生器來產(chǎn)生不同頻率和幅值的波形，通過虛擬示波器來顯示、測量、處理和分析這些波形，來檢測虛擬示波器的性能。因此在實驗室的建設(shè)中，應用虛擬技術(shù)是一個很好的選擇。 論文的主要工作包括以下幾個方面 : 分析討論了虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計原理，指出傳統(tǒng)測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)實意義的。 S 不滿足采樣定律，即ω S2ω m，在每隔ω S 重復出現(xiàn) X(ω )/T 譜線時均出現(xiàn)譜線的重迭。 傅里葉變換是信號處理中最基本，最重要的變換之一，其本質(zhì)是建立了信號的以時間為變量的時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。 (4) 頻譜分析 :利用 FFT 窗口對波形進行頻譜分析。正是由于計算機技術(shù)、量化采集和數(shù)字信號處理技術(shù)的引入，使其對于各類簡單信號、復雜信號、單次信號和周期信號波形的測量、記錄、存儲、分析復現(xiàn)都非常有效，在各行各業(yè)中均有廣泛的應用。 。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是電子測量儀器的基礎(chǔ)，當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，在數(shù)字化的過成中，一位的分辨率為。 (5) 線性化 很多傳感器對被測量都有非線性響應，因而需要對輸出信號進行線性化。數(shù)字信號又可以分為開關(guān)信號和脈沖序列信號，模擬信號則可以分為直流信號、時域信號、頻域信號。 編制軟件時通過對控制和功能模塊中子模塊的靈活調(diào)用，選取相應的功能子模塊，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。程序調(diào)試員可以通過控針窗口來觀察該數(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)計語言，在一個虛擬儀器 VI 的開發(fā)過程中，主要 利用模板創(chuàng)建和運行程序。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 (見工具模板 )點擊控制部件和增減按鈕，或者用操作工具或標簽工具雙擊數(shù)值欄進行輸入數(shù)值修改。開發(fā)虛擬儀器不僅可以實現(xiàn)儀器的自我生產(chǎn)，而且虛擬儀器易于改進，提升性能，通過軟件和硬件的更換，還可以實現(xiàn)多方面的用途，大大提高了儀器的性價比。而虛擬儀器可以有多個控制面板，各個面板之間的切換十分方便，使每個面板變得簡單，從而提高了操作的正確性和方便性。I 摘要 隨著電子計算機技術(shù)和軟件開發(fā)技術(shù)的日新月異，電子計算機在數(shù)據(jù)的實時分析和處理，顯示，存貯等方面的優(yōu)勢與傳統(tǒng)的儀器相比越來越明顯。 虛擬儀器的較傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢 （ 1）傳統(tǒng)儀器的控制面板只有一個，在這個操作面板上 ，需要放置各種按鈕，容易導致混亂和混淆。 本論文的主要工作 我國 在科學技術(shù)方面與世界頂級國家還有一定距離，我國的高檔儀器大部分還要依賴進口，這種儀器往往價格昂貴，使用面窄，花很多的外匯只能起到有限的作用，因此，研究虛擬儀器對我國來說具有很重要的意義。通過鼠標和鍵 盤輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，也可在計算機顯示器上直接觀看結(jié)果。調(diào)試程序時可以利用單步執(zhí)行、設(shè)置斷點、設(shè)置探針來顯示數(shù)據(jù)流動方向。 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)值運算子模板、布爾邏輯子模板、字符串運算子模板、數(shù)組子模板、類子模板、比較子模板、時間和對話框子模板、文件輸入 /輸出子模板、儀器控制子模板、儀器驅(qū)動程序庫、數(shù)據(jù)采集子模板、信號處理子模板、數(shù)學模型子模塊、圖形與聲音子模塊、通訊子模板、應用程序控制子模塊、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，模擬信號包括了隨時間變化的連續(xù)信息。 (4) 激勵 由于電工測量試驗中經(jīng)常要要用到正弦波、方波等信號，且有時需要為一些傳感器提供激勵信號，故由虛擬信號發(fā)生器產(chǎn)生各種信號并由信號調(diào)理電路進行功率放大后輸出。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 虛擬示波器是隨著電子計算機技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生并逐步發(fā)展起來的一種 具有存儲功能的新型儀器，主要用于觀察、分析和測量非重復信號、重復信號、單次信號、沖激信號等。 (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。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。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。但是當采樣頻率。由此可以看出，由計算機、數(shù)據(jù)采集卡及相應軟件構(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。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。 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。這個過