【文章內(nèi)容簡介】 ，把它們轉換為計算機可以處理的數(shù)字信號，其主要指標有采樣精度和采樣速度。采樣精度主要由A/D轉換器的位數(shù)決定，而采樣速度由A/D轉換器最高工作頻率決定，然而，兩個指標是相互制約的。 數(shù)據(jù)采集卡的選擇主要與采樣率、采樣通道數(shù)和測量精度有關。根據(jù)第三章的分析，采樣率是指模擬量輸入通道在單位時間內(nèi)能夠采集的數(shù)據(jù)點數(shù)，一般用Hz即采樣頻率來表示，也有的用S/s表示。采樣頻率高，就能在一定時間獲得更多的原始信號信息。為了再現(xiàn)原始信號，必須有足夠高的采樣頻率。如果信號變化比采集卡的數(shù)字化要快，或者采樣太慢，就會產(chǎn)生波形失真。根據(jù)奈奎斯特理論，采樣頻率至少是被測信號最高頻率的兩倍，才不至于產(chǎn)生波形失真。即應選用2GHz的數(shù)據(jù)采集卡才可以完成最高頻率為1GHz的被測信號的測量工作。 采樣通道數(shù)是系統(tǒng)可以同時進行采樣的信號通道數(shù)，在選取采集卡時需要注意以下幾點：采樣通道數(shù)是否滿足系統(tǒng)要求；在需要差分輸入測量時，板上有無差分輸入以及差分輸入的通道數(shù)；在測量多通道時，應注意采集卡能否擴展以及最多的可擴展的通道數(shù)。 在給定計算機和必要儀器硬件之后，構成虛擬儀器的關鍵在于軟件。虛擬儀器系統(tǒng)的一個重要革新就是儀器硬件軟件化，用軟件實現(xiàn)硬件功能。虛擬儀器系統(tǒng)的核心技術是軟件技術，一個現(xiàn)代化測控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣很大程度上取決于軟件平臺的選擇與應用軟件的設計。因此正確選擇軟件開發(fā)環(huán)境對于程序的開發(fā)和設計起著重要的作用。 目前，能夠用于虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)、比較成熟的軟件開發(fā)平臺主要有兩大類：一類是通用的可視化軟件編程環(huán)境，主要有Microsoft公司的Visual C++和Visual Basic、Insprise公司的Delphi和C++ Builder等；另一類是一些公司推出的專用于虛擬儀器開發(fā)的軟件編程環(huán)境，主要有Agilent公司（由原HP公司分離出來的一個公司）的圖形化編程環(huán)境AgilentVEE、NI公司的圖形化編程環(huán)境LabVIEW及文本編程環(huán)境LabWindows/CVI。 在以上這些的軟件開發(fā)環(huán)境中，面向儀器的交互式C語言開發(fā)平臺LabWindows/CVI具有編程方法簡單直觀、提供程序代碼自動生成功能及有大量符合VPP規(guī)范的儀器驅(qū)動程序源代碼可供參考和使用等優(yōu)點，是國內(nèi)虛擬儀器系統(tǒng)集成商使用較多的編程開發(fā)環(huán)境。Agilent VEE和LabVIEW則是一種圖形化編程環(huán)境或稱為G語言編程環(huán)境，采用了不同于文本語言的流程圖編程方法，十分適合對軟件編程了解較少的工程技術人員使用。 Visual C++是一種功能齊全的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)工具，可直接對硬件操作，支持多任務多線程。Visual C++不僅是C++語言的集成開發(fā)環(huán)境，而且與Win32緊密相連，所以利用Visual C++開發(fā)系統(tǒng)可以完成各種各樣應用程序的開發(fā)，從底層軟件直到上層面向用戶的軟件都可以用Visual C++來開發(fā)完成；而且Visual C++強大的調(diào)試功能也為大型復雜軟件的開發(fā)提供了有效的排錯手段。隨著軟件版本的不斷升級，其功能也越來越強大，幾乎包括了Windows應用的各個方面。 Visual C++可以說是匯集Microsoft公司技術精華的主流產(chǎn)品。它最重要的特征是提供了MFC類庫，封裝了Windows API函數(shù)，并建立了應用程序框架，使開發(fā)人員可以將主要精力集中在所要解決的具體問題上，尤其是利用Visual C++的AppWizard功能生成的SDI或MDI應用程序，進行少量修改后，就可以進入軟件界面的外觀設計。 由于Visual C++的面向?qū)ο蟪绦蛟O計的特性十分適合虛擬儀器系統(tǒng)的軟件開發(fā)，而且在本設計中所使用的數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序是由C語言開發(fā)，所以我們選用Visual C++。 虛擬示波器是采用基于計算機的虛擬技術，用以模擬傳統(tǒng)示波器的面板操作和處理功能，也就是使用個人計算機及其接口電路來采集現(xiàn)場或?qū)嶒炇倚盘?，并通過軟件的圖形用戶界面（GUI）來模仿示波器的操作面板，來完成信號的采集、分析處理和顯示輸出等功能。 本課題設計的虛擬示波器，是在高速數(shù)據(jù)采集卡的支持下，配備一定功能的軟件，完成波形的存儲、分析、顯示等功能。傳統(tǒng)的測試儀器由信號采集、信號處理和結果顯示三大部分組成，這三部分均由硬件構成。虛擬示波器也是由這三大部分組成，但是除了數(shù)據(jù)采集部分是由硬件實現(xiàn)之外，其它兩部分都是由軟件實現(xiàn)。 本次設計利用Visual C++ ，采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法，在Windows2000下進行。軟件采用模塊化設計，其總體框圖如圖41所示。 從圖41可以看出軟件部分的總體框圖以及數(shù)據(jù)流、控制流的流向。其中主控模塊相當于一個任務調(diào)度中心。當軟件開始運行時，首先進入主控模塊，然后啟動數(shù)據(jù)采集線程和數(shù)據(jù)處理線程，于是數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊開始工作直至用戶停止系統(tǒng)工作。 數(shù)據(jù)流從數(shù)據(jù)采集模塊開始，分別流向數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊負責把用戶感興趣的數(shù)據(jù)存人硬盤，而數(shù)據(jù)處理模塊負責數(shù)據(jù)的實時顯示、數(shù)字濾波、頻譜分析和波形的參數(shù)計算。 當用戶需要查詢歷史信號時，可以啟動歷史查詢模塊，然后把查詢到的數(shù)據(jù)送往歷史曲線顯示模塊；如果需要打印歷史信號，調(diào)用曲線打印模塊即可。圖41 軟件系統(tǒng)總體框圖圖42 軟件系統(tǒng)總體流程圖第五章 虛擬示波器系統(tǒng)的軟件具體實現(xiàn)軟件采用模塊化設計，在功能上劃分為多個模塊，分別為數(shù)據(jù)采集模塊、軟面板模塊（用戶界面模塊）、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和幫助文件模塊。其中數(shù)據(jù)處理模塊又劃分為頻譜分析模塊、數(shù)字濾波模塊、參數(shù)計算模塊和波形顯示模塊。各個模塊之間的聯(lián)系如圖51所示。由于篇幅關系，本文中只給出了重要模塊的設計。圖51 系統(tǒng)軟件功能框圖 數(shù)據(jù)采集模塊的設計 數(shù)據(jù)采集模塊是最為關鍵的一個程序模塊，這個模塊中應用程序會通過采集卡的驅(qū)動程序和硬件進行通信，要發(fā)出各種控制字、參量字到儀器中去，同時又要對硬件的工作狀態(tài)進行判斷和處理，然后讀取采樣值。如果把這個模塊程序在主線程中實現(xiàn)，那么，當應用程序與驅(qū)動程序進行數(shù)據(jù)通信時，主界面就會凍結。為了解決這個問題，本文直接創(chuàng)建一個子線程來單獨完成與驅(qū)動程序的通信任務，讓主界面專心于響應視窗界面的信息。在主線程中通過調(diào)用StartCapture()函數(shù)啟動數(shù)據(jù)采集子線程進行數(shù)據(jù)采集。 數(shù)據(jù)采集的編程過程 （1）初始化采集卡的驅(qū)動程序和硬件 這個過程包括兩個部分，一是確定硬件安裝位置及I/O口和內(nèi)存映射，二是用戶進行的采集卡驅(qū)動初始化，選擇(打開相應的)采集卡，讀取配置文件等。驅(qū)動程序的初始化也可以直接調(diào)用InitBoard()函數(shù)或?qū)Υ撕瘮?shù)進行適當?shù)男薷暮笳{(diào)用()。 （2）設置相關參數(shù)準備進行數(shù)據(jù)采集 該采集卡的所有的參數(shù)都是通過軟件進行設置的，驅(qū)動程序中提供了一些數(shù)據(jù)結構，使得參數(shù)設置比較容易進行，也可以不用這些數(shù)據(jù)結構。設置參數(shù)主要包括：工作模式(單通道，多通道)，采樣率、輸入電壓的范圍、輸入阻抗及耦合方式、觸發(fā)源、上升沿、下降沿觸發(fā)、觸發(fā)電平、采樣深度(采樣點數(shù))，所有這些參數(shù)設置被綜合到一個函數(shù)中：SetBoard()；對此函數(shù)進行適當?shù)男薷?，即可滿足采集的要求。 （3）開始采集數(shù)據(jù) 調(diào)用gage_start_capture()函數(shù)即開始采集數(shù)據(jù)，如調(diào)用時傳給該函數(shù)的參數(shù)為非零值，且觸發(fā)條件設置為軟件觸發(fā)，則調(diào)用此函數(shù)后立即開始采集數(shù)據(jù)，否則就等待至觸發(fā)條件滿足時開始采集數(shù)據(jù)。當計算機上只有一塊GaGe公司的采集卡時，可以用另外兩個函數(shù)來代替gage_start_capture()；即順序調(diào)用gage_init_clock()和gage_get_data()；執(zhí)行這兩個函數(shù)的速度比執(zhí)行gage_start_capture()要快許多，因為gage_start_capture()要做一些額外的工作以確保多卡同時有效地工作。 （4）檢測數(shù)據(jù)是否采集結束 相關函數(shù)為gage_triggered()，gage_busy()，gage_force_capture()，gage_abort_capture()。gage_triggered()是用來檢測采集卡是否已經(jīng)觸發(fā)，如果沒有觸發(fā)，則在采集卡的RAM上沒有有效數(shù)據(jù)。gage_busy()則是用來判斷是否已經(jīng)采集結束。正在采集數(shù)據(jù)時，是不能讀取采集卡上的RAM的(該卡上的RAM是單端口的)?？梢杂胓age_force_capture()強制觸發(fā)一次，或者用gage_abort_capture()結束這一次數(shù)據(jù)采集，這樣可以對后續(xù)的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生影響。 （5）傳輸數(shù)據(jù)從采集卡RAM至計算機的內(nèi)存 采樣點在采集卡的RAM中存儲的位置(地址)可由函數(shù)，gage_calculate_addresses()，該函數(shù)返回三個地址值：開始地址、觸發(fā)地址、結束地址。傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)是gage_transfer_buffer_3()；使用它時需要傳遞的參數(shù)為開始地址和要傳送的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)采集的主要代碼如下{ InitBoard()； /*初始化驅(qū)動程序和硬件*/ /* 校驗當前采集卡的結構* / Gage_get_driver_info(board_info)； board_setting()。/*對采集卡進行參數(shù)設置*/ /*開始數(shù)據(jù)采集，觸發(fā)源為軟件觸發(fā)*/ gage_start_capture （（int16） （ =GAGE_SOFTWARE））； /*計算出起始地址、觸發(fā)地址、結束地址*/ gage_calculate_addresses(GAGE_CHAN_A,sample_rate_table [].sr_calc,amp。trigger[bd],amp。starting[bd],amp。ending[bd])； /把采集卡上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)存*/ gage_transfer_buffer_3(trigger[bd], GAGE_CHAN_A,chan_a_8,points)；} 采集模塊的流程圖如圖52所示。 軟面板的設計 用戶界面的設計采用了VC++中切分多視圖技術，界面主要切分為三個視圖：主視圖基類為CscrollView，用于顯示波形；還有兩個視圖基類為CformView，一