【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 對(duì)象彈出菜單工具 :用左鼠標(biāo)鍵可以彈出對(duì)象的彈出式菜單。 漫游工具 :使用該工具就可以不需要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游 斷點(diǎn)工具 :使用該工具在 VI 的框圖對(duì)象上設(shè)置斷點(diǎn)。 探針工具 :可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線(xiàn)上設(shè)置探針。程序調(diào)試員可以通過(guò)控針窗口來(lái)觀察該數(shù)據(jù)流線(xiàn)上的數(shù)據(jù) 變化狀況。 顏色提取工具 :使用該工具來(lái)提取顏色用于編輯其他的對(duì)象。 顏色工具 :用來(lái)給對(duì)象定義顏色。它也顯示出對(duì)象的前景色和背景色。 6 自動(dòng)選擇工具 控件選板 圖 24 控件選版 控件選板擬儀器的面板是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的。就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種旋紐、開(kāi)關(guān) .、顯示屏等所有可能涉及到的操作部件，都做成外形相似的“控件”分類(lèi)存于控制模板上。設(shè)計(jì)儀器模板時(shí)，只需根據(jù)需要選擇合適的“控件”放在面板相應(yīng)的位置上即可。每個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)子模板 (如圖所示 )?？刂颇０蹇梢杂?Wind。， s 菜單 的 ShowControlsPalette 功能打開(kāi)它，也可以在前面板的空白處 ,點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。它只有當(dāng)打開(kāi)前面板窗口時(shí)才能調(diào)用 函數(shù)選板 圖 25 函數(shù)選板 7 圖 26 函數(shù)選板子選板 函數(shù)選板編程子選板功能模板就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種測(cè)試功能、信號(hào)分析文件操作以及輸入 /輸出 (1/0)接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)做成可供直接調(diào)用的庫(kù)函數(shù)。使用時(shí)只需根據(jù)預(yù)完成的功能與操作，從子模板上選擇相應(yīng)的“圖標(biāo)”放在流程圖編輯窗口中相應(yīng)的位置上即可。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板 (如圖所示 )。它可以用 Windows 菜單下的 Show Fuionspalette 功能打開(kāi)它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。而且它只有打開(kāi)了框圖程序窗口后才能出現(xiàn)。它包括結(jié)構(gòu)子模板、數(shù)值運(yùn)算子模板、布爾邏輯子模板、字符串運(yùn)算子模板、數(shù)組子模板、類(lèi)子模板、比較子模板、時(shí)間和對(duì)話(huà)框子模板、文件輸入 /輸出子模板、儀器控制子模板、儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)、數(shù)據(jù)采集子模板、信號(hào)處理子模板、數(shù)學(xué)模型子模塊、圖形與聲音子模塊、通訊子模板、應(yīng)用程序控制子模塊、底層接口子模塊、文檔生成子模板、示教課程子模板 、用戶(hù)自定義的子 Vl 模板和選擇? VI 子程序等子模板。 編制軟件時(shí)通過(guò)對(duì)控制和功能模塊中子模塊的靈活調(diào)用，選取相應(yīng)的功能子模塊，分別置于前后面板內(nèi)，使用連線(xiàn)工具即可完成虛擬儀器設(shè)計(jì)。本章介紹了當(dāng)今在測(cè)控領(lǐng)域內(nèi)的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件 LabVIEw 語(yǔ)言，它滿(mǎn)足了實(shí)現(xiàn)虛擬測(cè)試儀器的條件，是虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境中圖形化語(yǔ)言的杰出代表之一。 LabvIEW 語(yǔ)言是一種面向工程技術(shù)人員的圖形化編程語(yǔ)言，是一種面向?qū)ο蟮哪K化編程語(yǔ)言，使面向?qū)ο蠹夹g(shù)程序的復(fù)用性達(dá)到最佳，被譽(yù)為工程師和科學(xué)家的語(yǔ)言。 8 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集技 術(shù) 對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行總線(xiàn)擴(kuò)展以便將其用于實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)控制、測(cè)試和測(cè)量、這些都要用到基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本任務(wù)是測(cè)量和產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)世界的物理信號(hào)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)分類(lèi) 傳感器把物理信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào) (電壓或電流 )，例如熱電偶 (溫度 /電壓 )、RTDs(溫度 /電阻 )、應(yīng)變片 (拉或壓 /溫度 )。信號(hào)調(diào)理附件能夠?qū)ξ⑷跣盘?hào)進(jìn)行放大、光電隔離、濾波等處理，以便更精確和安全地測(cè)量。同時(shí)它能夠激發(fā)和線(xiàn)性化某些傳感器及其信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)被適當(dāng)調(diào)理后，即可輸給插入式數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)字化，同時(shí)它也能 產(chǎn)生控制信號(hào)。數(shù)據(jù)采集板程序設(shè)計(jì)依靠驅(qū)動(dòng)軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)化，因而用戶(hù)能夠調(diào)用傳統(tǒng)的語(yǔ)言和應(yīng)用軟件包來(lái)設(shè)計(jì)高級(jí)程序。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)的性能決定了整個(gè)過(guò)程的速度。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，需要高速的處理器，在對(duì)數(shù)據(jù)采集功能模塊進(jìn)行分析之前，我們先對(duì)信號(hào)進(jìn)行歸類(lèi)。歸類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)是信號(hào)中有用的不同信息?？偟膩?lái)說(shuō)，可以把信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。一個(gè)數(shù)字信號(hào)只有兩個(gè)分離的狀態(tài) :低電平和高電平。相反，模擬信號(hào)包括了隨時(shí)間變化的連續(xù)信息。數(shù)字信號(hào)又可以分為開(kāi)關(guān)信號(hào)和脈沖序列信號(hào)，模擬信號(hào)則可以分為直流信號(hào)、時(shí)域信號(hào)、頻域信號(hào)。這幾種信號(hào)分別對(duì) 應(yīng)著一種信號(hào)信息 :狀態(tài)、變化率、幅值、形狀、頻率。 基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部分的作用 要從一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到合理的結(jié)果，依賴(lài)于系統(tǒng)的每一個(gè)組成部分，即計(jì)算機(jī)、傳感器、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件和軟件。下面逐一予以討論說(shuō)明。 1 傳感器 傳感器將被測(cè)試的物理量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的最基本的環(huán)節(jié)。例如，熱電偶、熱敏電阻、集成電路傳感器、應(yīng)變片等，都可以將溫度轉(zhuǎn)化成電壓和電阻。對(duì)于每一種傳感器，電信號(hào)的大小都與被監(jiān)測(cè)信號(hào)的物理參數(shù)成正比。 2 信號(hào)調(diào)理 信號(hào)調(diào)理器是傳感器和數(shù)據(jù)采集卡之間的橋梁， 負(fù)責(zé)將傳感器的輸出信號(hào)和數(shù)據(jù)采集模塊可以接受的信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，從傳感器輸出的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)調(diào)理才能夠連入數(shù)據(jù)采集板，信號(hào)調(diào)理包括放大和衰減、隔離、濾波、傳感器激勵(lì)、線(xiàn)性化處理。 (1) 放大和衰減 9 數(shù)據(jù)采集卡接收的信號(hào)是范圍很廣的電壓信號(hào)，如果太強(qiáng)，就需要衰減器把被測(cè)信號(hào)減弱后再輸入給數(shù)據(jù)采集卡，這樣一方面可以保證數(shù)據(jù)采集卡可以順利采數(shù)，另一方面有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而對(duì)于微弱信號(hào)要進(jìn)行放大，以提高分辨率和降低噪音，也使調(diào)理后信號(hào)的最大電壓值和 ADC 最大輸入值相等，這樣可以提高精度。在設(shè)定調(diào)理電路的放大或衰減倍 數(shù)時(shí)，一般應(yīng)滿(mǎn)足這樣一個(gè)條件 :經(jīng)調(diào)理后的信號(hào)其最大值應(yīng)盡可能地達(dá)到數(shù)據(jù)采集卡可以接受的電壓范圍，最大限度地提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。 (2) 隔離 隔離是指使用變壓器、光或電容禍合等方法阻礙被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)之間傳遞信號(hào)，避免發(fā)生直接連接，使用禍合主要有兩個(gè)方面原因 :一是從安全的角度把傳感器信號(hào)同計(jì)算機(jī)隔離，因?yàn)楸槐O(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，另一個(gè)原因是隔離可以使從數(shù)據(jù)采集卡出來(lái)的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響，減少誤差。 (3) 濾波 濾波的目的是消除噪音信號(hào)，提高輸入信號(hào)的信噪比。噪音濾波器通常用于直流信號(hào) 。交流 信號(hào)通常需要抗失真的低通濾波器，因?yàn)檫@樣的濾波器有一陡峭的截止頻率，因而幾乎能夠完全消除高頻干擾信號(hào)。 (4) 激勵(lì) 由于電工測(cè)量試驗(yàn)中經(jīng)常要要用到正弦波、方波等信號(hào)，且有時(shí)需要為一些傳感器提供激勵(lì)信號(hào)，故由虛擬信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生各種信號(hào)并由信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行功率放大后輸出。 (5) 線(xiàn)性化 很多傳感器對(duì)被測(cè)量都有非線(xiàn)性響應(yīng)，因而需要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性化。 3 數(shù)據(jù)采集硬件 數(shù)據(jù)采集硬件與眾多因素有關(guān)，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，下面是通用的特征 : (1) 采樣頻率 采樣頻率高，就能在一定時(shí)間內(nèi)獲得更多的原始信息，見(jiàn) 圖 4 一 1(a)所示。為了再現(xiàn)原始信號(hào)，必須有足夠高的采樣頻率。顯然，如果信號(hào)變化比采樣板的數(shù)字化要快，或采樣太慢，就會(huì)產(chǎn)生波形失真，見(jiàn)圖 4 一 1(b)。根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少是輸入最高頻率的兩倍，才可能不產(chǎn)生失真。 (2) 采樣方法 要從多個(gè)通道得到數(shù)據(jù)，通常使用多路開(kāi)關(guān)把每個(gè)信號(hào)端連接到 A/D 轉(zhuǎn)化器(ADC)。采用連續(xù)掃描方法，要比給每個(gè)通道一個(gè)放大器和 ADC 要經(jīng)濟(jì)得多，但這僅僅實(shí)用于在采樣點(diǎn)之間對(duì)時(shí)間不是很重要的場(chǎng)合。如果采樣點(diǎn)之間對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格，則必須同時(shí)采樣。對(duì)于低頻信號(hào)，可以用間隔掃描辦法來(lái)產(chǎn)生 同時(shí)采10 樣的效果，而不必增加采樣保持電路。這種方法一定時(shí)間間隔掃描輸入通道，用脈沖來(lái)計(jì)算各通道兩次掃描的時(shí)間間隔。 (3) 分辨率 ADC 的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。例如，三位轉(zhuǎn)化器把模擬電壓分成 2’ (8 位 )段，每段用二進(jìn)制代碼在 000 到 In 之間表示，因而數(shù)字并不能真實(shí)反映原始信號(hào)，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅?。如果增加?16 位，代碼增加到 655536，這樣就可以得到較為精確地反映原始信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。 (4) 電壓范圍 電壓范圍指 ADC 能掃描到最高和最低電壓。一般情況下，由于 DAQ 卡的電壓范圍可以 調(diào)節(jié)，所以將信號(hào)電壓范圍調(diào)到與微機(jī)相匹配以便利用其可靠的分辨率范圍。范圍、增益、分辨率決定了可分辨的最小電壓變化，它表示 ILSB。例如，某 DAQ 板的分辨率為 16 位，范圍取 0 一 1OV，增益取 100，則有 1LSB=(10/100xZ’ 6)= 協(xié) v，這樣一來(lái)，在數(shù)字化的過(guò)成中，一位的分辨率為。 (5) 模擬輸出 模擬輸出電路通常是為 DAQ 板的系統(tǒng)提供激勵(lì)電壓或電流。 DAQ 輸出信號(hào)由停滯、轉(zhuǎn)換率、分辨率等構(gòu)成。停滯時(shí)間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號(hào)幅值改變的快慢。 (6) 定時(shí) I/0 許多場(chǎng)合都要用到定時(shí)器，如數(shù)字脈沖定時(shí)、產(chǎn)生方波等。定時(shí)器包括三個(gè)重要信息 :門(mén)限信號(hào)、計(jì)時(shí)信號(hào)、輸出。門(mén)限信號(hào)實(shí)際上是觸發(fā)信號(hào)一使它工作或不工作 。計(jì)時(shí)信號(hào)也就是信號(hào)源，它提供了繼續(xù)其操作的時(shí)間基準(zhǔn) 。輸出是在輸出線(xiàn)上產(chǎn)生方波和脈沖。他們最重要的參數(shù)是分辨率和時(shí)鐘頻率。高分辨率意味著計(jì)數(shù)器可以計(jì)更多的數(shù)，時(shí)鐘頻率決定了產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)輸入的快慢，頻率越高，計(jì)數(shù)增長(zhǎng)得越快，因而輸入端的信號(hào)頻率高，就可以產(chǎn)生高頻的脈沖波和方波。 4 驅(qū)動(dòng)軟件 沒(méi)有軟件，甚至沒(méi)有好的軟件，數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)不可能發(fā)揮很大的作用。數(shù)據(jù)系統(tǒng)一 個(gè)主要方面是驅(qū)動(dòng)軟件的使用。驅(qū)動(dòng)軟件是直接對(duì)數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的軟件層，管理著系統(tǒng)的操作以及和計(jì)算機(jī)資源的組合，比如 CPU中斷、 DMA 傳送、存儲(chǔ)器等。驅(qū)動(dòng)軟件在保持高性能、提高給用戶(hù)易于理解的基礎(chǔ)的同時(shí)，隱藏了復(fù)雜、詳細(xì)的硬件及程序設(shè)計(jì)。 N 工一 DAQ 就是 N1 公司高性能數(shù)據(jù)采集及驅(qū)動(dòng)程序。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是電子測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)，當(dāng)然也是虛擬儀器的基礎(chǔ)。只有當(dāng)數(shù)據(jù)采集部分正確工作，整個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)才能正確工作。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng) DAS(DataAequisitionSyst。 m)是信息科學(xué)的重要分支，11 它不僅應(yīng)用在現(xiàn)代智能檢測(cè)系統(tǒng)中，而且在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防軍事及科學(xué)研究等方面都得到廣泛應(yīng)用，無(wú)論是過(guò)程控制狀態(tài)檢測(cè)、還是故障診斷、質(zhì)量檢測(cè)，都離不開(kāi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)、智能儀器與外界物理世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。其核心是計(jì)算機(jī)，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。它所處理的是數(shù)字