【文章內容簡介】 ，它們與NI的插卡式或遠程數據采集產品協(xié)同工作。數據采集卡價格低廉、操作攜帶方便，因此大大的降低了每個通道的成本。數據采集系統(tǒng)的任務是采集原始信號，其主要指標有采樣精度、采樣速度。采樣精度由轉換器的位數來決定，而采樣速度是與采樣頻率不可分的。從提高精度的角度出發(fā)，模數轉換器的位數與采樣頻率之間是相互制約的。數據采集卡的選擇主要與采樣率、測量通道、分辨率和測量精度有關。采樣率即在單位時間內的測量次數，一般用Hz即采樣頻率來表示，也有的用S／s表示。采樣率的選擇，取決于被測量的信號的變化速度，根據奈奎斯特采樣定理，所需的采樣頻率應為所測信號的最高頻率分量的兩倍以上，即應選用100kHz的板卡才能完成最高頻率為50kHz的被測信號的測量工作。[5] 軟件開發(fā)平臺 本虛擬數字存儲示波器是在對傳統(tǒng)示波器進行分析后，基于多功能DAQ采集卡和LabVIEW開發(fā)平臺來設計的具有數字存儲示波器、數字萬用表、數字頻率計三者功能與一體的一個功能強大的電子測試儀器，主要由數據采集部分、數據處理部分、波形顯示部分、波形存儲和回放以及頻譜分析等部分組成，可以完成對信號的輸入及獲取、信號電壓參數及時間頻率參數的自動測量、信號的波形顯示及存儲回放和信號的頻譜分析等功能。該示波器主要由數據采集DAQ（Data Acquisition）、接口總線、硬件驅動程序和虛擬數字示波器軟件構成。信號檢測電路時信號調理輔助電路，接收傳感器傳送過來的物理信號，并從混合信號中提取出待測的微弱信號，輸出的多路信號時已經放大濾波和電平變換后的標準信號，送入數據采集卡板（由硬件程序驅動工作），通過系統(tǒng)總線送進計算機進行處理。在使用DAQ卡之前必須對DAQ卡的硬件進行配置，這些控制程序用到了相應的底層DAQ驅動程序。 傳感器信號檢測電路DAQ數據采集板卡 計算機系統(tǒng)硬件驅動程序軟件示波器 接口總線 虛擬示波器結構圖 該虛擬儀器的軟件是以LabVIEW開發(fā)環(huán)境為平臺，采用的是自頂而下的設計方法，首先，有要實現的目標功能來制定一個整體框架。由一個采集開關啟動整個儀器采集過程，在采集狀態(tài)下，可以進行參數的測量顯示；同時，還可以進行時基的設置、觸發(fā)通道的設置、觸發(fā)模式的設置等；對于顯示面板上的波形可以任意地進行位置的調整、縮放；對于當前的波形能夠保存到硬盤上或U盤上；同樣，也能把硬盤或U盤上的數據讀到顯示面板上（這是將停止數據的采集）并還能進行參數的測量；還可以把當前的波形打印出來。此外，應用高效數字信號處理技術，還可實現FFT算法，對頻域信號進行分析。該示波器的主要控制結構有：自動/手動設置掃描率的控制結構，寫盤/讀盤控制結構，采集控制結構，測量控制結構，打印控制結構，通道選擇控制結構，以及頻譜分析控制結構。在這個總體框架的基礎上來進行各個模塊的具體設計，并分別測量，測試通過后再把它們連接起來，構成一個完整的系統(tǒng)，最后進行整個系統(tǒng)性能的調試，直到調試結果符合要求為止。[7]另外，主面板的設計要力求簡單、方便、實用、美觀。YYNNY初始化設頻率率采集？功能按鍵按下？波形顯示執(zhí)行相應功能模塊讀入波形數據N 主程序流程圖 labview的操作模板 Labview具有多個圖形化的操作模板，用于創(chuàng)建和運行程序。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動，并可以放置在屏幕的任意位置。操作模板共有三類，工具(Tools)模板、控制(controls)模板和功能(Functions)模板【19】。工具模板(Tools Palette)為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調試vI程序的工具，當從模板內選擇了任一種工具后，鼠標箭頭就會變成該工具相應的形狀?？刂颇０?Controls Palette)可以為前面板添加輸入控制和輸出顯示。功能模板(Functions Palette)是創(chuàng)建框圖程序的工具。[8] 前面板和程序框圖 創(chuàng)建一個VI1．前面板使用輸入控制和輸出顯示來構成前面板?？刂剖怯脩糨斎霐祿匠绦虻慕涌?。而顯示是輸出程序產生的數據接口。控制和顯示有許多種類，可以從控制模板的各個子模板中選取。兩種最常用的前面板對象是數字控制和數字顯示。若想要在數字控制中輸入或修改數值，只需要用操作工具f見工具模板)點擊控制部件和增減按鈕，或者用操作工具或標簽工具雙擊數值欄進行輸入數值修改。2．程序框圖框圖程序是由節(jié)點、端點、圖框和連線四種元素構成的。節(jié)點是程序執(zhí)行元素，類似于文本語言程序的語句、函數或者子程序。LabVlEW有二種節(jié)點類型——函數節(jié)點和子Ⅵ節(jié)點。兩者的區(qū)別在于：函數節(jié)點是LabVIEW以編譯好了的機器代碼供用戶使用的，而子Ⅵ節(jié)點是以圖形語言形式提供給用戶的。用戶可以訪問和修改任一子VI節(jié)點的代碼，但無法對函數節(jié)點進行修改。上面的框圖程序所示的Ⅵ程序有兩個功能函數節(jié)點，一個函數使兩個數值相加，另一個函數使兩數相減。端點是只有～路輸入／輸出，且方向固定節(jié)點。LabVIEW有三類端點——前面板對象端點、全局與局部變量端點和常量端點。對象端點是數據在框圖程序部分和前面板之間傳輸的接口。一般來說，一個vI的前面板上的對象f控制或顯示1都在框圖中有一個對象端點與之一一對應。當在前面板創(chuàng)建或刪除面板對象時，可以自動創(chuàng)建或刪除相應的對象端點。控制對象對應的端點在框圖中是用粗框框住的，如例子中的a和b端點。它們只能在VI程序框圖中作為數據流源點。顯示對象對應的端點在框圖中是用細框框住的。如圖21中的a+b和6*(a+b)端點。它們只能在vI程序框圖中作為數據流終點。常量端點永遠只能在VI程序框圖中作為數據流源點。圖框是LabVIEW實現程序結構控制命令的圖形表示。如循環(huán)控制、條件分支控制和順序控制等，編程人員可以使用它們控制VI程序的執(zhí)行方式。代碼接口節(jié)點(CIN)是框圖程序與用戶提供的c語言文本程序的接口。連線是端口問的數據通道。它們類似于普通程序中的變量。數據是單向流動的，從源端口向一個或多個目的端口流動。不同的線型代表不同的數據類型。在彩顯上，每種數據類型還以不同的顏色予以強調。 程序的調試技術1．找出語法錯誤如果一個VI程序存在語法錯誤，則在面板工具條上的運行按鈕會變成一個折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這時該按鈕被稱作錯誤列表。點擊它，則LabVIEW彈出錯誤清單窗口，點擊其中任何一個所列出的錯誤，選用Find功能，則出錯的對象或端口就會變成高亮。2．設置執(zhí)行程序高亮在LabVlEW的工具條上有一個畫著燈泡的按鈕，這個按鈕叫做“高亮執(zhí)行”按鈕。點擊這個按鈕使它變成高亮形式，再點擊運行按鈕，VI程序就以較慢的速度運行，沒有被執(zhí)行的代碼灰色顯示，執(zhí)行后的代碼高亮顯示，并顯示數據流線上的數據值。這樣，就可以根據數據的流動狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。3．斷點與單步執(zhí)行為了查找程序中的邏輯錯誤，有時希望流程圖程序一個節(jié)點一個節(jié)點地執(zhí)行。使用斷點工具可以在程序的某一地點中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數據。使用斷點工具時，點擊你希望設置或者清除斷點的地方。斷點的顯示對于節(jié)點或者圖框表示為紅框，對于連線表示為紅點。當VI程序運行到斷點被設置處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點，以閃爍表示。按下單步執(zhí)行按鈕。閃爍的節(jié)點被執(zhí)行，下一個將要執(zhí)行的節(jié)點變?yōu)殚W爍，指示它將被執(zhí)行。也可以點擊暫停按鈕，這樣程序將連續(xù)執(zhí)行直到下一個斷點。4．探針可用探針工具來查看當流程圖程序流經某一根連接線時的數據值。從Tools工具模板選擇探針工具，再用鼠標左鍵點擊所希望放置探針的連接線。這時顯示器上會出現一個探針顯示窗口。該窗口總是被顯示在前面板窗口或流程圖窗口的上面。在流程圖中使用選擇工具或連線工具，在連線上點擊鼠標右鍵，在連線的彈出式菜單中選擇“探針”命令，同樣可以為該連線加上一個探針。用LabVlEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。每個VI既可以單獨運行，也可以被其他vI調用。一個vI用在其它vI中，稱之為SubVI，SubVI在調用它的程序中同樣是以一個圖標的形式出現的。LabVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設計的概念。用戶可以把一個應用題目分解為一系列的子任務，每個子任務還可以進一步分解成許多更低一級的子任務，直到把一個復雜的題目分解為許多子任務的組合。首先設計SubVl完成每個子任務，然后將之逐步組合成能夠解決最終問題的Vl。．歸納起來LabVIEW軟件開發(fā)平臺具有以下優(yōu)點(1)圖形化的編程方式，設計者無需寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師的語言。(2)提供了豐富的數據采集、分析及存儲的庫函數。(3)既提供了傳統(tǒng)的程序調試手段，如設置斷點、單步運行，同時提供有獨到的高亮執(zhí)行工具，使程序動畫式運行，利于設計者觀察程序運行的細節(jié)，使程序的調試和開發(fā)更為便捷。(4)32bit的編譯器編譯生成32bit的編譯程序，保證用戶數據采集、測試和測量方案的高速執(zhí)行。(5)囊括了DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS一232／485在內的各種儀器通信總線標準的所有功能函數，使得不懂總線標準的開發(fā)者也能夠驅動不同總線標準接口設備與儀器。(6)提供大量與外部代碼或軟件進行連接的機制，諸如DLLs(動態(tài)連接庫)、DDE(共享庫ActiveX等。(7)強大的Internet功能，支持常用網絡協(xié)議，方便網絡、遠程測控儀器的開發(fā)。圖形化程序設計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術的不斷發(fā)展，圖形化的編程語言必將成為測試和控制領域內最流行的發(fā)展趨勢。[9] 虛擬儀器的基本設計步驟 在LabVIEW平臺下，一個VI有兩部分組成：前面板和流程圖（或稱后面板），前面板的功能等效于傳統(tǒng)測試儀器的前面板；流程圖的功能等效于傳統(tǒng)測試儀器與前面板相聯系的硬件電路。在設計時，要考慮硬件部分。虛擬儀器的設計方法包括I/O接口儀器驅動程序的設計、儀器面板的設計與儀器功能算法的設計三部分。（1） 確定程序設計的總體方案在編制虛擬儀器程序前，必須首先對程序進行總體設計分析：一是要確定程序要實現的功能、要顯示的圖形對象、要輸出的報表；二是確定程序的層次關系，如主程序和子程序之間的關系等、虛擬儀器程序與硬件的連接關系等。（2） I/O接口儀器驅動程序的設計 根據儀器的功能要求，確定儀器的接口標準。如果儀器設備具有RS232串行接口，則直接用連線將儀器設備與計算機機的RS232串行接口連接即可；如果儀器是GPIB接口，則需要額外配備一塊GPIB488接口板，建立計算機與儀器設備之間的通信渠道；如果使用計算機來控制VXI總線設備，則也需要配備一塊GPIB接口卡，通過GPIB總線與VXI總線、VXI主機箱零槽模塊通信，零槽模塊的GPIBVXI翻譯器將GPIB命令，并把各模塊返回的數據以一定的格式傳回主控計算機。I/O接口儀器驅動程序是控制硬件設備的驅動程序，是連接主控計算機與儀器設備的紐帶。如