【正文】 ???? )2222(2 30211203 ddddRVR R E F ????? )2222(2 001122334 ddddV R E F ????? )2222(2 00112211 ddddV nnnnnREFo ????????? ????? DV nREF2?? ： ，結(jié)構(gòu)簡單； ，差別大，不易集成。 （二）、倒 T型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器，如圖 所示。 圖 倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器 1. 電阻網(wǎng)絡(luò)特點： 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計 24 模擬開關(guān) Si 不論接何位置，都相當于接地。任意節(jié)點向左看的等效電阻皆為R。 ： 電阻種類少，便于集成；開關(guān)切換時，各點電位不變。因此，速度快。 （三）、權(quán)電流型 D/A 轉(zhuǎn)換器 如圖 所示，在權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器和倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器中，若模擬開關(guān)不是理想開關(guān)，其導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降將影響轉(zhuǎn)換精度。權(quán)電流型 D/A轉(zhuǎn)換器可解決這一問題。 圖 權(quán)電流型 D/A 轉(zhuǎn)換器 FO Ri??? )( 02122232 432 ddddR IIIIF ???? )2222(2 001122334 ddddIR F ???? 電阻 REi 的種類多。因此，經(jīng)常用倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用來實現(xiàn)。 D/A 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度 1）轉(zhuǎn)換精度 本科生畢業(yè)論文 25 通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。 分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分 0~2n1共 2n 個輸入數(shù)字量。 表示方法： （ 1)用輸入二進制數(shù)的位數(shù)表示；如 8 位。 (2)用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。 nREFV2 ： )12(2 ?nnREFV = 121?n 2）轉(zhuǎn)換誤差： 由于電路各部分都有誤差，還要給出誤差來表示實際能達到的轉(zhuǎn)換精度。 轉(zhuǎn)換誤差有時也稱為線性誤差。它表示實際的 D/A 轉(zhuǎn)換特性和理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。 轉(zhuǎn)換誤差的表示形式： （ 1）最低有效位的倍數(shù)。如： 1LSB。 （ 2）輸出電壓滿刻度 FSR(Full Scale Range)的百分數(shù)。 如： ％ FSR。 3）轉(zhuǎn)換誤差分析 D/A 轉(zhuǎn)換器的四個組成部分，均可引起轉(zhuǎn)換誤差。但具有不同的特點。 (1)參考電源引起的誤差稱為比例系數(shù)誤差。 O? DV nREF2?? (2)運放零點漂移引起的誤差稱為漂移誤差或平移誤差。 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計 26 (3)模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降以及電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻的偏差引起的誤差稱為非線性誤差。非線性誤差有時導(dǎo)致轉(zhuǎn)換特性局部非單調(diào)性，從而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。 4）轉(zhuǎn)換速度 用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間－－建立時間 tset－－來衡量。 建立時間：從輸入信號變化開始到輸出電壓進入與穩(wěn)態(tài)值相差 1/2LSB 范圍以 內(nèi)的時間。 輸入信號由全 0 變?yōu)槿?1 所需時間最長。 不包含運放的 DAC 建立時間可達 。 外接運放時，轉(zhuǎn)換時間還應(yīng)加上運放的上升（下降）時間。 RsTR SVtT (m ax)0(m ax) ?? 其中： (max)TRT 為轉(zhuǎn)換時間， st 為建立時間， SR 為運放輸出轉(zhuǎn)換速率。 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡慨述 NI PCI6221 是 NI公司的 M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個 A/D 轉(zhuǎn)換器，雖然是多路采集，實際上是分時工作的，所 有在多路同時工作時采樣率會成倍降低。該板卡的主要性能如下： ◆ 16 路模擬信號輸入通道，采樣率為 250kS/s，輸入范圍為 10V～ +10V； ◆ 2路模擬量輸出通道，分辨率為 16 位； ◆ 24 路數(shù)字 I/O，數(shù)字觸發(fā)； ◆ 2個 32 位定時計數(shù)器； ◆ NIDAQmx 測試軟件和硬件配置支持； 本科生畢業(yè)論文 27 ◆ NIMCal 校準支持； ◆ NIST 校準證書和多于 70多種的信號調(diào)理模塊選擇。 它有如下方便的性能： （ 1）即插即用功能 PCI6221 完全符合 PCI 規(guī)格 標準，支持即插即用。在安裝插卡時，用戶不需要設(shè) 置任何跳線和 DIP 撥碼開關(guān)。實際上，所有與總線相關(guān)的配置，比如基地址、中斷，均由即插即用功能完成。 （ 2）單端或差分混合的模擬量輸入 PCI6221 有一個自動通道 /增益掃描電路。該電路能代替軟件控制采樣期間多路開關(guān)的切換。卡上的 SRAM 存儲了每個通道不同的增益值及配置。這種設(shè)計能讓您對不同通道使用不同增益，并自由組合單端和差分輸入來完成多通道的高速采樣。 （ 3） 卡上 FIFO(先入先出 )存儲器 PCI6221 卡上有一個 FIFO 緩沖器 ,它能存儲 4K的 A/D 采樣值。當 FIFO 半滿時，PCI6221 會產(chǎn)生一個中斷 。該特性提供了連續(xù)高速的數(shù)據(jù)輸入及 Windows 下更可靠的性能。 （ 4）卡上可編程計數(shù)器 PCI6221 提供了可編程的計數(shù)器，用于為 A/D 變換提供可觸發(fā)脈沖。計數(shù)器芯片為 82C54 或與其兼容的芯片，它包含了三個 16 位的 10MHz 時鐘的計數(shù)器。其中有一個計數(shù)器作為事件計數(shù)器，用于對輸入通道的事件進行計數(shù)。另外兩個級聯(lián)在一起，用作脈沖觸發(fā)的 32 位定時器。 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計 28 （ 5） 用于降低噪聲的特殊屏蔽電纜 PCL10168 屏蔽電纜是專門為 PCI6221 所設(shè)計的，它用來降低模 2 PCI6221 快速安裝使用手冊 擬信號的輸入 噪聲。該電纜采用雙絞線，并且模擬信號線和數(shù)字信號線是分開屏蔽的。這樣能使信號間的交叉干擾降到最小，并使 EMI/EMC 問題得到了最終的解決。 安裝與測試 軟件的安裝： 第一步：將啟動光盤插入光驅(qū)； 第二步：安裝執(zhí)行程序?qū)詣訂影惭b 。 注意：如果您的計算機沒有啟用自動安裝，可在 H：盤文件中點擊 文件啟動安裝程。 第三步 : 點擊 CONTINUE,出現(xiàn)圖 界面 : 本科生畢業(yè)論文 29 圖 驅(qū)動安裝 第四步 :選擇點擊您所安裝的板卡型號 ,然后按照提示就 可一步一步完成驅(qū)動程序的安裝。 硬件的安裝 第一步：關(guān)掉計算機，將您的板卡插入到計算機后面空閑的 PCI 插槽中 （ 注意：在您手持板卡之前觸摸一下計算機的金屬機箱殼以免手上的靜電損壞板卡。） 第二步：檢查板卡是否安裝正確，可以通過右擊 “我的電腦 ”，點擊 “屬性 ”，彈出 “系統(tǒng)屬性 ”框；選中 “硬件 ”頁面，點擊 “設(shè)備管理器 ”；將彈出畫面，如圖 所示：從圖中可以看到板卡已經(jīng)成功安裝。 圖 硬件檢測圖 第三步：從開始菜單 /程序 /Advantech Device Driver Manager,打開 Advantech Device Manager。 計算機上已經(jīng)安裝好某個產(chǎn)品的驅(qū)動程序后，它前面將沒有紅色叉號 , 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計 30 說明驅(qū)動程序已經(jīng)安裝成功。 PCI總線的板卡插好后計算機操作系統(tǒng)會自動識別， Device Manager 在 Installed Devices 欄中 My Computer 下也會自動顯示出所插入的器件，這一點和 ISA 總線的板卡不同，如上圖所示。 點擊 “Setup”彈出下圖，可設(shè)置模擬輸入通道是單端 輸入或是差分輸入以及兩個模擬輸出通道 D/A 轉(zhuǎn)換的參考電壓。設(shè)置完成后點擊 “OK”即可。 到此， PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡的軟件和硬件已經(jīng)安裝完畢 ,可進行板卡測試。 測試 （ 1）模擬輸出功能測試 在測試界面中點擊模擬輸出標簽，彈出圖 所示界面。 圖 模擬輸出功能測試 個模擬輸出通道可以通過軟件設(shè)置選擇輸出正弦波、三角波、方波，您也可以設(shè)置輸出波頻率以及輸出電壓幅值。例如，要使通道 0輸出 電壓，在 “Manual Output”中設(shè)置輸出值為 ，點擊 “Out”按紐，即可 在管腳 AO0_OUT 與 AO_GND 之間輸出 電壓，這個值可用萬用表測得。 （ 2）數(shù)字量輸入功能測試 本科生畢業(yè)論文 31 在測試界面中點擊數(shù)字量輸入標簽，彈出圖 所示界面。 圖 數(shù)字量輸入功能測試 用戶可以方便地通過數(shù)字量輸入通道指示燈的顏色，得到相應(yīng)數(shù)字量輸入通道輸入的是低電平還是高電平（紅色為高，綠色為低）。例如，將通道 0對應(yīng)管腳 DI0與數(shù)字地 DGND 短接，則通道 0對應(yīng)的狀態(tài)指示燈 (Bit0)變綠，在 DI0 與數(shù)字地之間接入 +5V 電壓，則指示燈變紅。 （注：其它功能的測試就不再做介紹） 信號連接 管腳圖 PCI6221 的管腳圖如圖 所示： 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計 32 圖 管腳圖 輸入連接 （ 1 ）單端模擬輸入連接 PCI6221 提供 16 路模擬量輸入通道，當測量一個單端信號時，只需一根導(dǎo)線將信號連接到輸入端口，被測的輸入電壓以公共地為參考。沒有地端的信號源稱為“浮動 ”信號源 ,在這種模式下， PCI6221 為外部浮動信號源提供一個參考地。測量單端模擬信號輸入，標準連接方法，如圖 所示 : 本科生畢業(yè)論文 33 圖 單端模擬輸入連接 （ 2） 差分式模擬輸入連接 PCI6221 有 16個模擬輸入通道，可 以設(shè)置成 8對差分式輸入通道。差分輸入需要兩根線分別接到兩個輸入通道上，測量的是兩個輸入端的電壓差。如果信號源連有參考地，則 PCI6221 的地端和信號源的地端之間會存在電壓差，這個電壓差會隨信號源輸入到輸入端，這個電壓差就是共模干擾。為了避免共模干擾，您可以將信號地連到低電壓輸入端。連接方式如圖 所示： 圖 差分式模擬輸入連接 通過這種連接方式，可以消除在信號源和板卡地之間的共模干擾電壓 V（ CM）。 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計 34 模擬信號輸出連接及外圍電路 （ 1） PCI6221 有兩個 D/A 轉(zhuǎn)換通道， AO0OUT、 AO1OUT，您可以使用內(nèi)部提供的 5V/10V 的基準電壓產(chǎn)生 0到 +5/+10 的模擬量輸出，您也可以使用外部基準電壓 AO0REF、 AO1REF，外部基準電壓范圍是 10V/+10V，比如外部參考電壓是 7V則輸出 0V到 +7V 的輸出電壓。連接方法如圖 所示： 圖 模擬信號輸出連接及外圍電路 （ 2）外部觸發(fā)源連接 PCI6221 也支持外部觸發(fā)源觸發(fā) A/D 轉(zhuǎn)換，當 +5V 連接到 TRGGATE 時，就允許外部觸發(fā)，當 EXTTRG有一個上升沿時觸發(fā)一次 A/D轉(zhuǎn)換，當 TRGGATE連接到 DGND時，不允許外部觸發(fā)。 設(shè)計 軟件比較 在給定計算機必要的儀器硬件后，構(gòu)成和使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于軟件。軟件為用戶提供了集成開發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接口。美國國家儀器公司提出的“軟件即儀器”（ The Software is the Instrument）形象的概況了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。所以正確選擇軟硬件對程序開發(fā)和設(shè)計起著非常重要的作用。只有選擇了合適的軟硬件才能快速的開發(fā)出應(yīng)用軟件，才能事半功倍。 對于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫，大致可以分為兩種方式： （ 1）通用編程軟件進行編寫 。主要有 Microsoft公司的 Visual Basic與 Visual C++，本科生畢業(yè)論文 35 Borland 公司的 Delphi， Sybase 公司的 Power Builder。 （ 2）用專業(yè)圖形化編程軟件開發(fā)。如 HP 公司的 HPVEE， NI 公司的 LABVIEW Lab windows/CVI 等。 具體選用哪一種軟件，應(yīng)該由編程者根據(jù)實際情況選擇。設(shè)計一個簡易 基于LabVIEW 虛擬儀器的 智能火車車輪測試系統(tǒng) 設(shè)計 ，在設(shè)計中必須考慮以下因素：開發(fā)成本低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、開放性架構(gòu)易于擴充。 LABVIEW 是實驗室虛 擬儀器工 作平臺（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 的簡稱，是美國國家儀器公司（ NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。 LABVIEW 的前面板可以包括旋鈕、刻度盤、開關(guān)、圖表和其他界面工具，允許用戶通過鍵盤或鼠標獲取數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。 LABVIEW 具有模塊化特性，有利于程序的可重用性。 LABVIEW 將軟件的界面設(shè)計和功能設(shè)計獨立開來，修改人機界面無需對整個程序進行調(diào)整， LABVIEW 是利用數(shù)據(jù)流框圖接 受指令，使程序簡單明了，充分發(fā)揮了圖形化編程環(huán)境的優(yōu)點。這就大大縮短了虛擬儀器的開發(fā)周期、消除了虛擬儀器編程的復(fù)雜過程。而通用的編程軟件需利用組件技術(shù)實現(xiàn)軟面板的設(shè)計，這使程序設(shè)計變得非常麻煩。 LABVIEW 雖然是為計算機測控領(lǐng)域開發(fā)的， 但它的