【文章內(nèi)容簡介】 ，它們與NI的插卡式或遠程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品協(xié)同工作。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)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(zhuǎn)換器的位數(shù)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(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)與采樣頻率之間是相互制約的。數(shù)據(jù)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(guān)。采樣率即在單位時間內(nèi)的測量次數(shù)，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(jù)奈奎斯特采樣定理，所需的采樣頻率應(yīng)為所測信號的最高頻率分量的兩倍以上，即應(yīng)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(shù)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(shè)計的具有數(shù)字存儲示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)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(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)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(shù)及時間頻率參數(shù)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(shù)據(jù)采集DAQ（Data Acquisition）、接口總線、硬件驅(qū)動程序和虛擬數(shù)字示波器軟件構(gòu)成。信號檢測電路時信號調(diào)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(jīng)放大濾波和電平變換后的標準信號，送入數(shù)據(jù)采集卡板（由硬件程序驅(qū)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(yīng)的底層DAQ驅(qū)動程序。 傳感器信號檢測電路DAQ數(shù)據(jù)采集板卡 計算機系統(tǒng)硬件驅(qū)動程序軟件示波器 接口總線 虛擬示波器結(jié)構(gòu)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(shè)計方法，首先，有要實現(xiàn)的目標功能來制定一個整體框架。由一個采集開關(guān)啟動整個儀器采集過程，在采集狀態(tài)下，可以進行參數(shù)的測量顯示；同時，還可以進行時基的設(shè)置、觸發(fā)通道的設(shè)置、觸發(fā)模式的設(shè)置等；對于顯示面板上的波形可以任意地進行位置的調(diào)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(shù)據(jù)讀到顯示面板上（這是將停止數(shù)據(jù)的采集）并還能進行參數(shù)的測量；還可以把當前的波形打印出來。此外，應(yīng)用高效數(shù)字信號處理技術(shù)，還可實現(xiàn)FFT算法，對頻域信號進行分析。該示波器的主要控制結(jié)構(gòu)有：自動/手動設(shè)置掃描率的控制結(jié)構(gòu)，寫盤/讀盤控制結(jié)構(gòu)，采集控制結(jié)構(gòu)，測量控制結(jié)構(gòu)，打印控制結(jié)構(gòu)，通道選擇控制結(jié)構(gòu)，以及頻譜分析控制結(jié)構(gòu)。在這個總體框架的基礎(chǔ)上來進行各個模塊的具體設(shè)計，并分別測量，測試通過后再把它們連接起來，構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，最后進行整個系統(tǒng)性能的調(diào)試，直到調(diào)試結(jié)果符合要求為止。[7]另外，主面板的設(shè)計要力求簡單、方便、實用、美觀。YYNNY初始化設(shè)頻率率采集？功能按鍵按下？波形顯示執(zhí)行相應(yīng)功能模塊讀入波形數(shù)據(jù)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(diào)試vI程序的工具，當從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標箭頭就會變成該工具相應(yīng)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(gòu)成前面板?？刂剖怯脩糨斎霐?shù)據(jù)到程序的接口。而顯示是輸出程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)接口?？刂坪惋@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(shù)字控制和數(shù)字顯示。若想要在數(shù)字控制中輸入或修改數(shù)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(shù)值欄進行輸入數(shù)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(gòu)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(shù)或者子程序。LabVlEW有二種節(jié)點類型——函數(shù)節(jié)點和子Ⅵ節(jié)點。兩者的區(qū)別在于：函數(shù)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(shù)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(shù)節(jié)點，一個函數(shù)使兩個數(shù)值相加，另一個函數(shù)使兩數(shù)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(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)慕涌?。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(yīng)。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(yīng)的對象端點?？刂茖ο髮?yīng)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(shù)據(jù)流源點。顯示對象對應(yīng)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(shù)據(jù)流終點。常量端點永遠只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點。圖框是LabVIEW實現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)通道。它們類似于普通程序中的變量。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)類型。在彩顯上，每種數(shù)據(jù)類型還以不同的顏色予以強調(diào)。 程序的調(diào)試技術(shù)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(shè)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(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值。這樣，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。使用斷點工具時，點擊你希望設(shè)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(shè)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?qū)⑦B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(jīng)某一根連接線時的數(shù)據(jù)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(xiàn)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(diào)用。一個vI用在其它vI中，稱之為SubVI，SubVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個圖標的形式出現(xiàn)的。LabVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計的概念。用戶可以把一個應(yīng)用題目分解為一系列的子任務(wù)，每個子任務(wù)還可以進一步分解成許多更低一級的子任務(wù)，直到把一個復(fù)雜的題目分解為許多子任務(wù)的組合。首先設(shè)計SubVl完成每個子任務(wù)，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(shè)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(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)。(3)既提供了傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)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(shè)計者觀察程序運行的細節(jié)，使程序的調(diào)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(shù)據(jù)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(nèi)的各種儀器通信總線標準的所有功能函數(shù)，使得不懂總線標準的開發(fā)者也能夠驅(qū)動不同總線標準接口設(shè)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(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)、遠程測控儀器的開發(fā)。圖形化程序設(shè)計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，圖形化的編程語言必將成為測試和控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的發(fā)展趨勢。[9] 虛擬儀器的基本設(shè)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(lián)系的硬件電路。在設(shè)計時，要考慮硬件部分。虛擬儀器的設(shè)計方法包括I/O接口儀器驅(qū)動程序的設(shè)計、儀器面板的設(shè)計與儀器功能算法的設(shè)計三部分。（1） 確定程序設(shè)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(shè)計分析：一是要確定程序要實現(xiàn)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(guān)系，如主程序和子程序之間的關(guān)系等、虛擬儀器程序與硬件的連接關(guān)系等。（2） I/O接口儀器驅(qū)動程序的設(shè)計 根據(jù)儀器的功能要求，確定儀器的接口標準。如果儀器設(shè)備具有RS232串行接口，則直接用連線將儀器設(shè)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(shè)備之間的通信渠道；如果使用計算機來控制VXI總線設(shè)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(shù)據(jù)以一定的格式傳回主控計算機。I/O接口儀器驅(qū)動程序是控制硬件設(shè)備的驅(qū)動程序，是連接主控計算機與儀器設(shè)備的紐帶。如