【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接口總線技術(shù)可說是虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段。此通用接口總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)密切相連，用計(jì)算機(jī)提高以往儀器的功能，并能快速準(zhǔn)確高效簡(jiǎn)單的完成各種實(shí)驗(yàn)任務(wù)。計(jì)算機(jī)可通過接口總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操控，更加精準(zhǔn)的完成作業(yè)任務(wù)，同時(shí)也高效靈活方便的達(dá)到了目的。排除了人為和以往 儀器上產(chǎn)生的誤差因素。并且在實(shí)驗(yàn)前，輸入實(shí)驗(yàn)信號(hào)，設(shè)置好儀器參數(shù)，可自動(dòng)完成測(cè)試任務(wù)。很大程度上縮短了實(shí)驗(yàn)用時(shí)。 (3)VXI 儀器控制系統(tǒng)構(gòu)成方法 VME 總線在儀器領(lǐng)域擴(kuò)展出了 VXI 總線即高速計(jì)算機(jī)總線，給虛擬系統(tǒng)帶來了更大的優(yōu)越性，當(dāng)在組建非小規(guī)模自動(dòng)測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)確度、速率要求較高時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇 VXI總線。 VXI儀器與以往儀器相比， VXI儀器不需要操作面板，由計(jì)算機(jī)軟件控制儀器的操作，“ VXI Plug amp。 Play，’產(chǎn)品也投放市場(chǎng)，這些產(chǎn)品包括控制器、儀器軟件和主機(jī)等。 虛擬儀器的工作原 理 從計(jì)算機(jī)技術(shù)的角度，可以說以往儀器的測(cè)試功能是通過硬件來實(shí)現(xiàn)的。下圖是簡(jiǎn)單的闡述了交流電壓有效值測(cè)量表的基本原理。 )(utx )(u2 tx XrmsU 圖 電壓表電路原理框圖 根據(jù)交流信號(hào)有效值的定義 XrmsU = ? ??T x dttuT021 () 被測(cè)信號(hào) xU ??t 經(jīng)過以上流程圖先開平方、然后再積分最后求平均值、開方運(yùn)算。虛擬儀器工作原理如圖 所示。 圖 虛擬儀器工作原理 在計(jì)算中，信息均以二進(jìn)制數(shù)“ 0”和“ 1”表示，為了對(duì)輸入的模擬信號(hào) 進(jìn)行分析，必須對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，虛擬儀器中的 I/O 接口的主要功能就是實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換。根據(jù)采樣定理，虛擬儀器內(nèi)的任何輸入輸出信號(hào)都是由二進(jìn)制編碼信號(hào)采集 分析與處理 結(jié)果顯示 平方器 平均電路? 開方器 虛擬模擬電子線路實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)現(xiàn) 4 來表示。因?yàn)橛?jì)算機(jī)的中信號(hào)大多數(shù)都是有其表示的。在大多數(shù)情況下用一維數(shù)組來表示單路模擬信號(hào)，數(shù)組的元素為存放的采樣值，元素的位置為采樣次序。 計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的對(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析功能非常完備且精確，能對(duì) 輸入輸出接口設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)有精確的回應(yīng)和處理。在測(cè)量有效值算法過程中用到的 Ux(t)為每次的采樣值，其中 dt 為采樣的時(shí)間間隔或者采樣頻率的倒數(shù)， T 為采樣總時(shí)間長(zhǎng)度。采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)可以事先設(shè)定。 分析結(jié)果可以以數(shù)值、指針等多種形式在計(jì)算機(jī)屏幕上的虛擬顯示器中表示出來 [3]，據(jù)此我們可以得到輸出波形。 虛擬模擬電子線路實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)現(xiàn) 5 3 虛擬儀器波形采集和波形輸出 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡在虛擬儀器測(cè)試中有著舉足輕重的作用，是硬 件設(shè)備的最核心內(nèi)容，它能將輸入進(jìn)來的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)過一連串的信號(hào)調(diào)理，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸入到虛擬儀器的采集系統(tǒng)中。 數(shù)據(jù)采集卡的功能 數(shù)據(jù)采集卡的重要功能之一為模擬信號(hào)的采集，通常的數(shù)據(jù)采集卡具備功能如下所示。 A/D轉(zhuǎn)換器 (ADC)是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的器件，也是 DAQ 卡的硬件核心。 ADC 有三個(gè)最主要的性能指標(biāo) :分辨率，精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間。 I/O 在有些作業(yè)中，數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸入輸出功能在被測(cè)對(duì)象與計(jì)算機(jī)之間只能傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)應(yīng)用，這是使用過程中應(yīng)注意的點(diǎn)。虛擬儀器與 外部設(shè)備的通信建立于外部輸出線，同時(shí)它控制了外部的作業(yè)執(zhí)行。 /計(jì)數(shù) 在 DAQ 應(yīng)用中經(jīng)常要用到定時(shí) /計(jì)數(shù)功能，如測(cè)量脈沖信號(hào)周期、精確控制時(shí)間和產(chǎn)生脈沖信號(hào)等。衡量定時(shí) /計(jì)數(shù)器的兩個(gè)主要性能指標(biāo)是分辨率和時(shí)鐘頻率，分辨率越高，計(jì)數(shù)器位數(shù)越大，計(jì)數(shù)值也越大。 采集卡驅(qū)動(dòng)方式 對(duì)于 NI 公司推出的數(shù)據(jù)采集卡可直接對(duì)端口進(jìn)行操作，但使用經(jīng)費(fèi)高昂，給科 圖 虛 擬儀器硬件結(jié)構(gòu)圖 研帶來諸多不便。而如果采用一些國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)采集卡，要使其能應(yīng)用在 Lab VIEW 環(huán)境下，必須編寫適用于 Lab VIEW 的接口驅(qū)動(dòng)程序，這給數(shù)據(jù)采集卡的使用帶來了不便 【 4】 。 波形采集 所謂波形，在這里指信號(hào)的時(shí)域表達(dá)。對(duì)于快速變化的信號(hào)，為了精確測(cè)量它的波形，一般需要用信號(hào)最高頻率成分 5到 10 倍的采樣頻率進(jìn)行信號(hào)采樣。當(dāng)對(duì)高被測(cè)信號(hào) 信號(hào)調(diào)理 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)處理 計(jì)算機(jī) 虛擬模擬電子線路實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)現(xiàn) 6 頻率信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，系統(tǒng)的能量會(huì)被大量耗損，信號(hào)被處理的時(shí)間也會(huì)越來越慢。如果采集信息過大，可讓采集與分析動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，也可同時(shí)接受輸入信號(hào)，然后一部分一部分分析 。 有限數(shù)量的波形采集 進(jìn)行多點(diǎn)采集時(shí)， Lab VIEW內(nèi)存中會(huì)有一塊固定的緩沖區(qū)。程序會(huì)設(shè)定固定的采樣率，據(jù)此數(shù)據(jù)采樣設(shè)備來進(jìn)行采樣信號(hào)，因而數(shù)據(jù)會(huì)被傳遞到緩沖區(qū)。以此類推，采樣信號(hào)數(shù)據(jù)會(huì)填充緩沖區(qū)。當(dāng)樣本被采集完全，固定緩沖區(qū)無剩余空間。然后虛擬儀器將數(shù)據(jù)傳遞到程序中進(jìn)行處理與輸出。 連續(xù)的波形采集 如果需要一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的并且周期性的數(shù)據(jù)采集，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量不夠時(shí)，可將緩沖區(qū)進(jìn)行往復(fù)利用來數(shù)據(jù)采集。采集一定量的數(shù)據(jù)時(shí)，讓數(shù)據(jù)填滿整個(gè)緩沖區(qū)，然后一起輸出。而連續(xù)采集數(shù)據(jù)時(shí) ，每次只在緩沖區(qū)的一部分之中輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)緩沖區(qū)底端時(shí)，轉(zhuǎn)回到緩沖區(qū)的頂端再次布滿同一緩沖區(qū)，與此同時(shí)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)一部分一部分被讀出。這就形成連續(xù)數(shù)據(jù)的采集過程。在這個(gè)過程中，要保證程序從緩沖區(qū)的一個(gè)位置讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)被寫入緩沖區(qū)的另一個(gè)位置，這樣才有可供讀取的數(shù)據(jù)，尚未被讀取的數(shù)據(jù)也不會(huì)被更新的數(shù)據(jù)覆蓋掉。為此必須解決兩個(gè)問題： 。 從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速度不能太慢，否則緩沖區(qū)中還沒來得及被讀取的數(shù)據(jù)會(huì)被覆蓋掉，同時(shí)返回一個(gè)出錯(cuò)信息，告知 用戶從緩沖區(qū)讀取的數(shù)據(jù)是被覆蓋過的數(shù)據(jù)。 當(dāng)前數(shù)據(jù)標(biāo)記 數(shù)據(jù)末尾 去傳遞數(shù)據(jù) 卡想由 PCDAQ 數(shù)據(jù)末尾 傳遞數(shù)據(jù)緩沖區(qū)向由LabVIEWPC （ a） (b) 當(dāng)前數(shù)據(jù)標(biāo)記 數(shù)據(jù)末尾 數(shù)據(jù)末尾 當(dāng)前數(shù)據(jù)標(biāo)記 (c)