【正文】 似于 C 語言中的 Switch 結(jié)構(gòu)，是一個多分支選擇結(jié)構(gòu)，它根據(jù)輸入值決定程序進(jìn)入不同的分支流。 圖 34 為讀取存儲文件的基本框圖，其基本流程為： 打開或創(chuàng)建一 個指定路徑（ file path） 的文件； 將 S readsheet 格式文件轉(zhuǎn)換為二維單精度數(shù)字?jǐn)?shù)組（讀）或?qū)⒍S單精度數(shù)字?jǐn)?shù)組轉(zhuǎn)換為 Spreadsheet 文件格式（寫）； 關(guān)閉文件。 LabVIEW 雖然為我們提供完善的調(diào)試工具，但仍然存在著許多隱含在程序內(nèi)部的錯誤無法發(fā)現(xiàn)。典型信號頻率在 ～ 10KHz 范圍內(nèi)可調(diào)，最大幅值在 0V～5V 范圍內(nèi)可調(diào)，初始相位在 0～ 180 范圍內(nèi)可調(diào)。解調(diào)器中的乘法器有兩個輸入信號，一個是待解調(diào)的調(diào)幅波 u(t): 式中 E 為比例常數(shù)。 由于時間關(guān)系， LabVIEW 所具有的強(qiáng)大功能還有許多是作者未曾開發(fā)和加以很好利用的， 如 Advance 和 Communication 等，這是一個遺憾。 基于 LabVIEW 的虛擬儀器教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計 圖 315 虛擬巴特沃斯濾波器后面板流程圖 調(diào)試和運行 對信號頻率、采樣頻率和采樣點數(shù)的設(shè)置原則，前面已經(jīng)介紹的很詳細(xì)了，這里不再贅述。其幅頻特性為： |H(? )|= 211nc????????? 式中 c? 是低通截止頻率， n= 3??為濾波器的階次。高內(nèi)聚、低偶合是模塊化編程遵循的一個基本原則，只有如此程序才可能有較好的可維護(hù)性。 LabVIEW可以讀寫文本文件（ txt） 、數(shù)據(jù)表文件（ spreadsheets） 和二進(jìn)制文件（ dat） 。由于 LabVIEW 是基于模塊化程序設(shè)計思想，因此在開發(fā)過程中也是基本上遵循著這一基本思想，在總體方案確定后，根據(jù)所需的不同功能分別組建各種功能模塊，最后再集成和調(diào)試。 2. 離散傅立葉變換 當(dāng)采樣點 i=0、 2?? N，共有 N 個，即無限長信號截斷后變?yōu)橹芷谛盘枺l譜由連續(xù)譜變?yōu)殡x散譜，即 ? =K 2NT? (K=0、 ?? N1)，于是有離散傅立葉變換 (DFT)的定義式如下： X(K)= 10Ni???x(iT) 2jk ine ?? = 10Ni???x(i) kiNw (35) x(t)=1N X(K) 2jk ine? =1N 10NK???X(K) kiNw? (36) 式中 Nw = 2jk ine ?? 是復(fù)數(shù)因子。于是 (33)就變?yōu)椋? x(t)= 1lim jm tmT m TT Ce? ??? ????= limd??? 2d?? ()jtX e ??????? = 1 ()2 Xd??? ????? 這就是傅立葉積分。 3． 1． 1． 1 周期信號與離散頻譜 在有限的區(qū)間上滿足狄里赫利條件的周期函數(shù) x(t)可以展開成傅立葉級數(shù)。當(dāng)你的虛擬儀器完成以后，就能在虛擬儀器工作十利用前面板去控制整個系統(tǒng)，如移動滑動片、在圖象中變向、從鍵盤輸入等。 LabVIEW 現(xiàn)成的人機(jī)界面工具可幫助用戶很快地構(gòu)成所需的圖形化人機(jī)界面，包括趨勢圖、按鈕、 LED 指示燈和圖表等，完全無須從頭開始去設(shè)計這些元件。如果控制模板不顯示，可以用 Windows 菜單的 Show Controls Palette 功能打開它，也可以在前面板的空白處，點擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。 2． 4 LabVIEW 開發(fā)平臺介紹 2． 4． 1 LabVIEW 應(yīng)用程序的構(gòu)成 所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序，即虛擬儀器（ NI），它包括前面板（ front panel）、流程圖（ block diagram）以及圖標(biāo) /連接器（ icon/connector）三部分。 在一定通用硬件模塊和軟件環(huán)境的支持下，用戶可以根據(jù)實際情況夠設(shè)自己的測試方案，以完成不同的測試任務(wù)。 2) I/O 接口儀器驅(qū)動程序。 它的硬件平臺主要有 PC 計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ 卡）組成。 虛擬儀器一般由通用儀器硬件平臺和應(yīng)用軟件兩大部分組成。它通常是由個人計算機(jī)、模塊化的功能硬件與用于數(shù)據(jù)分析、過程通信及圖形用戶界面的應(yīng)用軟件有機(jī)結(jié)合構(gòu)成，使計算機(jī)成為一個具有各種測量功能的數(shù)字化測量平臺。虛擬儀器正可以實現(xiàn)這些要求。 虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境目前大致有兩類：一類是文本式 的編程語言，如 Borland C, Visual C++,LabWindow/CVI 等； 另一類是圖形化編程語言，具代表性的有 LabVIEW,HPVEE 等。 20 世紀(jì) 70年代集成電路的出現(xiàn)，誕生了以集成電路芯片為基礎(chǔ)的第三代儀器 數(shù)字式儀器。 1． 1 虛擬儀器在教學(xué)上的運用前景 隨著低成本高性能的計算機(jī) 資源普及運用。在電路設(shè)計和鼓掌查詢時，應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)對各種實際典型電路進(jìn)行分析和測量，充分利用虛擬儀器的優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計電 路系統(tǒng)的能力和實際操作能力?；?LabVIEW 的虛擬儀器教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計 虛擬儀器可廣泛應(yīng)用于電子測量、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。 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，動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，以便進(jìn)行方便的調(diào)試。 LabVIEW 作為虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)的杰出代表，在我國由于引進(jìn)的時間不長，了解和熟悉它的人還不多，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被認(rèn)識和推廣應(yīng)用。在計算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。由于總線速度的大大提高，現(xiàn)在可以同時使用數(shù)塊數(shù)據(jù)采集板，甚至圖象數(shù)據(jù)采集也可以和數(shù)據(jù)采集結(jié)合在一起。將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，并完成信號幅值的量化。其中，最廣泛的應(yīng)用是取代傳統(tǒng)的臺式儀器。虛擬儀器賴以生存的 PC 計算機(jī)近幾年正以迅猛的勢頭席卷全國，這為虛擬儀器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。這些模板集中反映了該軟件的功能與特征。同時，LabVIEW 的執(zhí)行順序是依方框圖間數(shù)據(jù)的傳遞來決定的，并不像傳統(tǒng)文字式編程語言必須逐行地執(zhí)行，因此用戶能設(shè)計出可同時執(zhí)行多個程序的流程圖。利用應(yīng)用程序生成器，用戶能夠產(chǎn)生虛擬儀器，就像獨立的執(zhí)行程序一樣。甚至可以創(chuàng)建自己的虛擬儀器圖標(biāo)，因而可以設(shè)計由虛擬儀器構(gòu)成的多層系統(tǒng)，并可以改變它，同其他虛擬儀器交換和連接以滿足不斷變化的應(yīng)用需要。常見的周期信號幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增高而減小。 采樣是把連續(xù)時間信號變?yōu)殡x散時間序列的過程。那些能夠減少計算次數(shù)，縮短計算時間，能在工程實際中用來實現(xiàn) DFT 計算的快速算法就稱為快速傅立葉變換，簡稱 FFT。 “ Bundle”的使用：為了將仿真信號波形的橫軸起點、橫軸分度值和幅值合成一個整體，我們使用了 Cluster 子模板上的 ” Bundle” 圖標(biāo)， 它有三個輸入量：橫軸起點，設(shè)為 0；橫軸分度值，由采樣頻率的倒數(shù)，即采樣間隔決定：輸出信號幅值。然而實際上它并不是完整意義上 的模塊，它是分散于各個模塊之間，無 處不在的，我門很難分析它的組成結(jié)構(gòu)，所以此處不對其進(jìn)行討論。 圖 35 給出了虛擬信號頻譜分析儀的程序流程圖編輯窗口的部分內(nèi)容，圖中展示了典型信號生成模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)讀取存儲模塊和加窗模塊間的數(shù)據(jù)流驅(qū)動關(guān)系及各模塊的部分流程圖。兩個 Waveform Graph 控件分別用來顯示生成的虛擬仿真信號波形和該信號經(jīng)過 濾波后的波形 ；兩個 Enum 控件分別用來進(jìn)行波形選擇和濾波器類型選擇，波形可選擇正弦波、方波、三角波和鋸齒波，濾波器類型可選擇高通、低通、帶通和帶阻；八個 Numeric Controls 分別用來對源信號波形參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和濾波器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。低頻信號經(jīng)高頻載波后形成調(diào)幅波，調(diào)幅波再經(jīng)巴特沃斯濾波器 濾波后 `解調(diào)，并同時輸出調(diào)幅波和解調(diào)后信號的波形。 3． 3． 3 前面板和流程圖設(shè)計 基于 LabVIEW 的虛擬儀器教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計 39 調(diào)幅波解調(diào)器前面板 兩個顯示窗分別顯示調(diào)幅波和解調(diào)信號的波形，高頻和低頻信號源參數(shù)選擇窗可分別設(shè)定載波信號和調(diào)制信號的參數(shù)，濾波器低截止頻率由用戶選擇。 基于 LabVIEW 的虛擬儀器教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計 圖 313 虛擬巴特沃斯濾波器前面板 虛擬巴特沃斯濾波器后面板設(shè)計 該儀器 的后面板由虛擬信號產(chǎn)生模塊、顯示模塊和濾波模塊組成，前兩個模塊前面已經(jīng)介紹的很 多了，這里不再贅述，只介紹該儀器的關(guān)鍵濾波子 VI，LabVIEW 中了提供了豐富的濾波子 VI，下面就對 Butterworth 加以介紹。在通帶中是理想的單位響應(yīng)，在阻帶中響應(yīng)為零。 34 讀取存儲文件的基本框圖 3． 1． 2． 5 程序的集成與調(diào)試 將組建好的各功能模塊按照前文提到的程序框圖加上 必要的控件和指示器上，就可以將它們集成到一起，形成一個功能完善的虛擬信號頻譜分析儀器。可幸是 LabVIEW 在頻域分析子模塊中提供了與信號分析有關(guān)的大量函數(shù)供設(shè)計者使用，在此我們調(diào)用了計算輸入 序列的實數(shù) FFT作為信號頻譜 分析儀的主要數(shù)據(jù)處理子 VI。 LabVIEW 就提供了這樣的功能模塊。其中 T 是采樣間隔，s?=2? /T 為采樣角頻率，它們的取值是個很重要的問題。 3． 1． 1． 2 非周期信號與連續(xù)頻譜 1. 頻譜 密度函數(shù) X(w) 對于 非周期信號，可以看作周期 T 為無窮大的周期信號。 LabVIEW 軟件是唯一的帶有編輯器的圖形化編程環(huán)境，可以產(chǎn)生最優(yōu)化的代碼，其運行速度與編譯 C 的速度相當(dāng)。 1. 建立方案：選用 LabVIEW 軟件，可以構(gòu)建虛擬儀器而不是編寫程序。編程者可以通過交互式手段，采用圖形化框圖設(shè)計的方法，完成虛擬儀器的邏輯和測量分析功能設(shè)計。如果該模板沒有出現(xiàn)，則可以在 Windows 菜單下選擇 Show Tools Palette 命令以顯示該模板。據(jù)統(tǒng)計， 1998 年我國進(jìn)口電子測量儀器 臺，價值 32 億美元。如果運用虛擬儀器系統(tǒng)，情況就大不一樣了。 以上四個部分都處在計算機(jī)的前向通道，是組成數(shù)據(jù)采集卡的主要環(huán)節(jié)，與其它有關(guān)電路如定時 /計數(shù)器、總線接口電路等集成在一塊印刷電路板上，即構(gòu)成數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ 卡），完成對信號數(shù)據(jù)的采集、放大及模 /數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。 可根據(jù)不同情況采用不同的 I/O 接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ）、 GPIB 總線儀器、 VXI 總線儀器模塊、串口儀器等，虛擬儀器構(gòu)成方式有五種類型，如圖12 框圖所示。 隨著計算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器的功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。 2 虛擬儀器及 LabVIEW 的簡介 2． 1 概述 由于微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測試?yán)碚?、新的測試方法、新的測試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)突破了傳統(tǒng)儀器的概念，電子測量儀器的功能和作用已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。LabVIEW 的 CIN 節(jié)點使用戶可以使用由其它語言，如 ANSIC，編譯的基于 LabVIEW 的虛擬儀器教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計 程序模塊，使 LabVIEW 成為一個完全開放式的開發(fā)平臺。此后。 測試技術(shù)與科學(xué)研究、工程師工程實踐密切相關(guān)。它可用于信號的采集、分析、存儲和讀取，以及電工、自動控制、計算機(jī)等課程的實驗教學(xué)。 第一代模擬儀器是以電磁感應(yīng)基本定律為基礎(chǔ)的模擬儀表。美國是虛擬儀器的誕生地，也是全球最大的虛擬儀器制造國，生產(chǎn)虛擬儀器的主要廠家有 HP 公司目前生產(chǎn) 100 多種型號的虛擬儀器。 其根本原因在于實驗教學(xué)內(nèi)容依附于課程設(shè)立，基本處于割裂狀態(tài)，儀器設(shè)備不可能實現(xiàn)資源共享，在科學(xué)技術(shù)以摩爾定律發(fā)展的今天，高校不可能支付