【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 I 結(jié)構(gòu)和 Microsoft Windows 軟件。 PXI 是在 PCI 內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。 PXI 增加了用于多個(gè)板卡同步的觸發(fā)總線和 10MHz 參考時(shí)鐘、用于精確定時(shí)的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等，來(lái)滿足實(shí)驗(yàn)和測(cè)量用戶的要求。 PXI 兼容 Compact PCI 機(jī)械規(guī)范，并增加了空氣冷卻裝置、 環(huán)境測(cè)試（溫度、濕度、振動(dòng)和沖擊實(shí)驗(yàn)）等要求。這樣可保證多廠商產(chǎn)品的互操作性和系統(tǒng)的易集成性。 5）串口系統(tǒng)是以 Serial 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器精簡(jiǎn)平臺(tái)組成的虛擬測(cè)試系統(tǒng)[10]。 RS232 總線是早期采用的通用串行總線，將帶有 RS232 標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器作為 I/O接口設(shè)備，通過(guò) RS232 串口總線與計(jì)算機(jī)組成虛擬儀器系統(tǒng)目前仍然是虛擬儀器構(gòu)成方式之一，主要適用于速度較低的測(cè)試系統(tǒng)。 虛 擬儀器的軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。用戶可以采用各種編程軟件來(lái)開(kāi)發(fā)自己所需要的應(yīng)用軟件。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(zhuān)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)是當(dāng)前流行的集成化開(kāi)發(fā)工具。這些軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的儀器軟面板設(shè)計(jì)工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅(qū)動(dòng)程序模塊，簡(jiǎn)化了虛擬儀器的設(shè)計(jì)工作。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開(kāi)發(fā)的模塊化、復(fù)用化，和各種硬件儀器驅(qū)動(dòng)軟件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)將變得更加快 速、方便。 硬 件 驅(qū) 動(dòng) 程 序數(shù) 據(jù) 處 理用 戶 界 面 圖 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器的開(kāi)發(fā)軟件 1 虛擬儀器的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 虛擬儀器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有：標(biāo)準(zhǔn) C， Visual C++ ， Visual Basic 等通用程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。但直接由這些語(yǔ)言開(kāi)發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當(dāng)難度的。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。這些工作對(duì)于那些不熟悉這方面知識(shí)的工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，要花費(fèi)大量時(shí)間和精力，這樣直接影響了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的周期和性能。除了通用程序 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言以外，還有一些專(zhuān)用的虛擬儀器開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和軟件，畢業(yè)論文 其中有影響的開(kāi)發(fā)軟件有： NI 公司的 LabVIEW， LabWindows/CVI。 LabVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開(kāi)發(fā)軟件。 LabWindows/CVI 是為熟悉 C 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員準(zhǔn)備的，是在 Windows 環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn) ANSIC 開(kāi)發(fā)環(huán)境。除此以外還有 HP 公司的 HPVEE ， HPTIG 開(kāi)發(fā)平臺(tái)，美國(guó) Tektronix 公司的 EzTest ， TekTNS 平臺(tái)軟件，這些都是國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái) [。 2 圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái) —— LabVIEW LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。 LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/PI、 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)，是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。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(guò)程都更加形象化。 傳統(tǒng)的文 本式編程是一種順序的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)者必須寫(xiě)出執(zhí)行的語(yǔ)句。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(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)技巧便可設(shè)計(jì)出虛擬儀器系統(tǒng)。 目前，在以 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)試和工控軟件中， LabVIEW 的市場(chǎng)普及率僅次于 C++/C 語(yǔ)言。 LabVIEW 具有一系列無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)：首先， LabVIEW 作為圖形化語(yǔ)言編程，采用流程圖式的編程，運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過(guò)程和思維過(guò)程非常相似；同時(shí)， LabVIEW 提供了豐富的 VI 庫(kù)和儀器面板素材庫(kù)，近600 種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序 (可擴(kuò)充 )如 GPIB 設(shè)備控制、 VXI 總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)；并且 LabVIEW 還提供了專(zhuān)門(mén)用于程序開(kāi)發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設(shè)置斷點(diǎn)，調(diào)試過(guò)程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動(dòng)態(tài)執(zhí)行程序來(lái)觀察數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程，更加便于程序的調(diào)試。因此， LabVIEW 受到越來(lái)越多工程師、科學(xué)家的普遍青睞。 利用 LabVIEW ，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的 32 編譯器。像許多通用的軟件一樣， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh OS 等多種版本。 基于 LabVIEW 平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì) 所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標(biāo) /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。 1）前面板：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。但并畢業(yè)論文 非畫(huà)出兩個(gè)控件后程序就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的流程圖。 2）流程圖：流程圖提 供 VI 的圖形化源程序。在流程圖中對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。 如果將 VI 與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對(duì)應(yīng)的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器箱內(nèi)的硬件電路。在許多情況下，使用 VI 可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無(wú)幾。這種設(shè)計(jì)思想的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩方面： ① 類(lèi)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(méi)有很多程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程人員。 ② 設(shè)計(jì)的思路和運(yùn)行過(guò)程清晰而且直觀。如通過(guò)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(méi)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。這為程序的調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定帶來(lái)諸多的方便。 3）圖標(biāo) /連接設(shè)計(jì)：這部分的設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)計(jì)的思想。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。而在 LabVIEW 中提供的圖標(biāo) /連接工具正是為實(shí)現(xiàn)模 塊化設(shè)計(jì)而準(zhǔn)備的。設(shè)計(jì)者可把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)都可完成一定的功能。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾方面： ① 把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)思路清晰，給設(shè)計(jì)者調(diào)試程序帶來(lái)了諸多的方便。同時(shí)也對(duì)于將來(lái)系統(tǒng)的維護(hù)提供了便利。 ② 一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)子系統(tǒng)都是一個(gè)完整的功能模塊，這樣把測(cè)試功能細(xì)節(jié)化，便于實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用，大大節(jié)省軟件研發(fā)周期，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。 ③ 便于實(shí)現(xiàn)“測(cè)試集成”和虛擬儀器庫(kù)的思想。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)虛擬儀器設(shè)計(jì)的靈活性提供了前提 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各種類(lèi)型信號(hào)采集的難易程度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來(lái)一些麻煩。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(wèn)題要解決。 在通用微機(jī)系統(tǒng)里，含有一塊非常重要的采集卡 —— DAQ 數(shù)據(jù)采集卡 ,它是完成采集系畢業(yè)論文 統(tǒng)的不可或缺的部分。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成 圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 表示了數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)?duì) 采集 板卡初始 化，板卡上和內(nèi)存中的 Buffer 是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。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。 1 緩沖（ Buffers） 這里的緩沖指的是 PC 內(nèi)存的一個(gè)區(qū)域（不是 數(shù)據(jù)采集卡 上的 FIFO 緩沖），它用來(lái)臨時(shí)存放數(shù)據(jù)。例如，你需要采集每秒采集幾千個(gè)數(shù)據(jù)，在一秒內(nèi)顯示或圖形化所有數(shù)據(jù)是困畢業(yè)論文 難的。但是將采集卡的數(shù)據(jù)先送到 Buffer，你就可以先將它們快速存儲(chǔ)起來(lái)，稍后再重新找回它們顯示或分析。需要注意的是 Buffer 與 采集 操作的速度及容量有關(guān)。如果你的卡有 DMA 性 能，模擬輸入操作就有一個(gè)通向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的高速硬件通道，這就意味著所采集的數(shù)據(jù)可以直接送到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。 不使用 Buffer 意味著對(duì)所采集的每一個(gè)數(shù)據(jù)你都必須及時(shí)處理（圖形化、分析等），因?yàn)檫@里沒(méi)有一個(gè)場(chǎng)合可以保持你著手處理的數(shù)據(jù)之前的若干數(shù)據(jù)點(diǎn)。 下列情況需要使用 Buffer I/O： （