【正文】 多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)都可完成一定的功能。像許多通用的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh OS等多種版本[12]。除了要花大量時(shí)間進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)外，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和底層控制程序。儀器專用總線在吸收IEEE488的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加了10MHz時(shí)鐘線，模擬和數(shù)字混合總線，星形總線等高速總線，定時(shí)關(guān)系嚴(yán)格，兼有計(jì)算機(jī)總線和儀器總線的優(yōu)點(diǎn)?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采用不同的I/O接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡/板(DAQ)、GPIB總線儀器、VXI總線儀器、串口儀器、USB等。8）虛擬儀器在高性價(jià)比的條件下，降低系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，縮短技術(shù)更新周期。虛擬儀器技術(shù)十分符合國(guó)際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢(shì)，因而常被稱作“軟件儀器” 。虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢(shì)和新方向，并且是信息技術(shù)的重要領(lǐng)域擴(kuò)充，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。PC總線儀器系統(tǒng)是卡式儀器的一種，它是利用PC機(jī)內(nèi)部的總線，把若干塊儀器卡插在PC機(jī)內(nèi)部或外部擴(kuò)展機(jī)箱內(nèi)而組成的。有一種較普遍地說法將測(cè)量?jī)x器的發(fā)展分為五個(gè)階段。系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能。本設(shè)計(jì)所采用的軟件是美國(guó)NI公司推出的LabVIEW，LabVIEW是一種基于圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境，具有十分強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫。 LabVIEW目錄摘 要 IAbstract II第一章 緒論 1 引言 1 課題背景 1 測(cè)控技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 3 本設(shè)計(jì)所做的工作 6 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 6第二章 虛擬儀器 7 虛擬儀器技術(shù)概述 7 虛擬儀器的概念 7 虛擬儀器的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) 7 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較 8 虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的組成 10 虛擬儀器I/O接口設(shè)備 11 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu) 13 虛擬儀器的開發(fā)軟件 14 虛擬儀器的開發(fā)語言 14 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)——LabVIEW 14 基于LabVIEW平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì) 15第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論 17 17 數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論 17 采集系統(tǒng)的一般組成及各部分功能描述 19 傳感器 21 21 按沖激響應(yīng)h(n)的長(zhǎng)度分類 21 按有無遞歸結(jié)構(gòu)分類 21 按頻域特點(diǎn)分 21 22 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 23 IIR 無限長(zhǎng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 23第四章 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 28 數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì) 28 濾波器及l(fā)abVIEW實(shí)現(xiàn) 28 調(diào)用數(shù)字濾波器子程序的幾個(gè)問題 29 .調(diào)用的時(shí)的參數(shù)設(shè)置 29 30 A/D前的搞混濾波器 30 濾波器的設(shè)計(jì) 30 選擇濾波器 30 數(shù)據(jù)保存部分 31 數(shù)據(jù)寫入部分 32 數(shù)字濾波器的整個(gè)框圖 33第五章 總結(jié)與展望 35致 謝 37參 考 文 獻(xiàn) 38第一章 緒論 引言測(cè)控技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防科技等諸多領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，它的現(xiàn)代化已被認(rèn)為是科學(xué)技術(shù)、國(guó)防現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。第二階段：起始于20世紀(jì)80年代VXI標(biāo)準(zhǔn)化儀器總線的出現(xiàn)，VXI系統(tǒng)可以將大型計(jì)算機(jī)昂貴的外設(shè)、VXI設(shè)備、通信線路等硬件資源以及大型數(shù)據(jù)庫程序等軟件資源納入網(wǎng)絡(luò)，使得這些寶貴的資源得以共享。隨著電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實(shí)際需求。 虛擬儀器的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的功能化硬件模塊和計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成的電子測(cè)試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心，其中軟件的基礎(chǔ)部分是設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件，而這些標(biāo)準(zhǔn)的儀器驅(qū)動(dòng)軟件使得系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關(guān)。同時(shí)，虛擬儀器的面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受標(biāo)準(zhǔn)元件和加工工藝的限制，由編程來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)用戶的要求和操作需要來設(shè)計(jì)儀器面板。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式[9]。2）GPIB(General Purpose Interface Bus)通用接口總線，是計(jì)算機(jī)和儀器的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件。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程都更加形象化。這種設(shè)計(jì)思想的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩方面：① 類似流程圖的設(shè)計(jì)思想，很容易被工程人員接受和掌握，特別是那些沒有很多程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程人員。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。 合適采樣率采樣波形 采樣率過低采樣波形采樣率過低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。下列情況可以不使用Buffer I/O：① 數(shù)據(jù)組短小，例如每秒只從兩個(gè)通道之一采集一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。 按沖激響應(yīng)h(n)的長(zhǎng)度分類 分為有限沖激響應(yīng)（FIR）DF和無限沖激響應(yīng)（IIR）DF兩種。也就是說，數(shù)字濾波器處理的頻率應(yīng)該小于f/2.關(guān)于數(shù)字頻率ω，一定要注意它是真實(shí)頻率于采樣頻率之比。從上面的公式可以看出，在對(duì)濾波器實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，整個(gè)過程的運(yùn)算量很大。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，如圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中，都越來越多的要求信道具有線性的相位特性。和其他編程語言一樣，LabVIEW中提供了許多現(xiàn)成的濾波器模板，合理設(shè)置參數(shù)即可方便地用來進(jìn)行信號(hào)慮波。 輸入信號(hào)經(jīng)過數(shù)字濾波器，相當(dāng)于輸入信號(hào)和數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng)進(jìn)行卷積運(yùn)算，從運(yùn)算的時(shí)間零點(diǎn)到獲得正確的濾波結(jié)果，中間會(huì)有一個(gè)過渡過程，需要一定的響應(yīng)時(shí)間。使用LabVIEW軟件平臺(tái)開發(fā)電氣參數(shù)測(cè)量?jī)x等虛擬儀器。PC技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)融合發(fā)展，虛擬儀器的功能得到進(jìn)一步的發(fā)展，例如更多的嵌入式和實(shí)時(shí)功能。感謝百度、谷歌公司提供了如此優(yōu)秀的搜索引擎。感謝NI的工程師們，為虛擬儀器設(shè)計(jì)出了如此完美的開發(fā)平臺(tái)。虛擬儀器設(shè)計(jì)已經(jīng)成為測(cè)試與儀器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。使用虛擬儀器逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器已經(jīng)成為測(cè)試領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。 A/D前的搞混濾波器A/D轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字信號(hào)時(shí)，若采樣頻率未滿足采樣定理，會(huì)產(chǎn)生頻域混疊，這時(shí)信號(hào)中頻率大于1/2采樣頻率的高頻成分已經(jīng)混進(jìn)數(shù)字信號(hào)的低頻段。LabVIEW中的濾波器VI也分成了ExpressVI，波形VI和基本功能VI 3個(gè)層次。它可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí)，保證精確、嚴(yán)格的線性相位。并且在數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的過程中，要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和濾波效果不斷地調(diào)整，以達(dá)到設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。分為一維和多維濾波器。發(fā)展到數(shù)字濾波器后，工程上仍沿用這個(gè)名稱，與單位抽樣響應(yīng)和單位脈沖響應(yīng)的說法通用。2）觸發(fā)(Triggering)觸發(fā)涉及初始化、終止或同步采集事件的任何方法。出現(xiàn)的混頻偏差是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對(duì)值。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問題要解決。如通過使用數(shù)據(jù)探針、高亮執(zhí)行調(diào)試等多種方法，程序以較慢的速度運(yùn)行，使沒有執(zhí)行的代碼顯示灰色，執(zhí)行后的代碼會(huì)高亮顯示，同時(shí)在線顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值，完全跟蹤數(shù)據(jù)流的運(yùn)行。而LabVIEW是基于數(shù)據(jù)流的工作方式，同時(shí)是基于圖形化的編程，這使得設(shè)計(jì)者不必掌握大量的編程語言和程序設(shè)計(jì)技巧便可設(shè)計(jì)出虛擬儀器系統(tǒng)[11]。以美國(guó)NI公司的軟件產(chǎn)品LabVIEW和LabWindows/CVI為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺(tái)是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。典型的GPIB測(cè)試系統(tǒng)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)，一塊基于GPIB總線的接口卡和多臺(tái)GPBI儀器軟件及相應(yīng)的傳感模塊硬件。數(shù)據(jù)分析和處理數(shù)字信號(hào)處理數(shù)據(jù)濾波數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)分析 采集與控制插入式數(shù)據(jù)采集板GPIB儀器VXI/PXI 儀器RS232儀器結(jié)果顯示網(wǎng)絡(luò)通信硬盤拷貝輸出文件I/O圖形用戶接口 虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分對(duì)于傳統(tǒng)儀器，這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成；對(duì)于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實(shí)現(xiàn)。3）儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟件來定義，不是事先由廠家定義的。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(shí)現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時(shí)與觸發(fā)。當(dāng)今社會(huì)正處于一個(gè)正在高速發(fā)展的狀態(tài)中，要在有限的時(shí)空內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量的信息交換，隨之而來的是信息密度急劇增大，因而在研究和生產(chǎn)過程中要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)信息的處理速度越來越高，功能越來越強(qiáng)。為解決這樣的問題，總線式儀器與系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。第三階段：隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)帶動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)的迅速發(fā)展，使得可以在一個(gè)工廠范圍內(nèi)通過總線將成千上萬個(gè)智能傳感器/變送器等智能化的儀表組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控儀器系統(tǒng)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的快速發(fā)展階段。近年來，以計(jì)算機(jī)為中心、以網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)得到越來越多的應(yīng)用，尤其是在航空航天等國(guó)防科技領(lǐng)域。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中最重要的組成部分之一，幾乎出現(xiàn)在所有的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中。因此，這種“監(jiān)控軟件－數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”構(gòu)架的測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并形成了一套完整的理論[1]。 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)虛擬儀器是微電子、通信、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。伯克提出了微機(jī)化儀器的概念，也就是人們現(xiàn)在常提到的卡式儀器?；谔摂M儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的提出在一定程度上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集所面臨的問題，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為當(dāng)今數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。這樣，當(dāng)用戶從一個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)向另一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，就能簡(jiǎn)單地構(gòu)造出新的VI系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。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(cè)試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用PC機(jī)CPU的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度、速度大為提高，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、多任務(wù)測(cè)量。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Internet實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展?；贕PIB總線結(jié)構(gòu)的接口卡數(shù)據(jù)傳輸速率一般低于500kb/s，不適合與對(duì)系統(tǒng)速度要求較高的應(yīng)用。 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器的開發(fā)軟件 虛擬儀器的開發(fā)語言虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標(biāo)準(zhǔn)C，Visual C++ ，Visual Basic等通用程序開發(fā)語言。因此，LabVIEW受到越來越多工程師、科學(xué)家的普遍青睞。在設(shè)計(jì)大型自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)一步完成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)有難度的。它的倒數(shù)l/△t被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。 采集系統(tǒng)的一般組成及各部分功能描述內(nèi)存BufferDAQ板卡A/DLabview程序w驅(qū)動(dòng)程序硬件Buffer(FIFO)（FIFO） 信號(hào)顯示 外觸發(fā)圖 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖。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(shí)間分配，有很高的精確度。遞歸表現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)過程中出現(xiàn)反饋回路。二維濾波器主要用于圖象處理，其用途日益廣泛。不論是IIR濾波器還是FIR濾波器的設(shè)計(jì)都包括三個(gè)步驟：(1) 按照實(shí)際任務(wù)的要求，確定濾波器的性能指標(biāo)。 圖 濾波器及l(fā)abVIEW實(shí)現(xiàn)濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。1)濾波器類型選擇：首先要選擇濾波器的通過頻帶類型，即在低通，高通，帶通或帶阻濾波器中選擇一個(gè)類型：其次要選擇有限沖擊響應(yīng)濾波器，因?yàn)檫@兩者涉及到完全不同的設(shè)計(jì)模板和參數(shù)。然后利用條件結(jié)構(gòu)進(jìn)行多個(gè)濾波器的選擇。主要分為L(zhǎng)ab