【正文】 )2222(2 001122334 ddddV R E F ????? )2222(2 00112211 ddddV nnnnnREFo ????????? ????? DV nREF2?? ： ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)： 23 模擬開(kāi)關(guān) Si 不論接何位置，都相當(dāng)于接地。任意節(jié)點(diǎn)向左看的等效電阻皆為R。 ： 電阻種類少，便于集成；開(kāi)關(guān)切換時(shí)，各點(diǎn)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(kāi)關(guān)不是理想開(kāi)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(wèn)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(lái)實(shí)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 滿意設(shè)計(jì) : 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì) 24 通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述。 分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分 0~2n1 共 2n 個(gè)輸入數(shù)字量。 表示方法： （ 1)用輸入二進(jìn)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(lái)表示實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。 轉(zhuǎn)換誤差有時(shí)也稱為線性誤差。它表示實(shí)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?jǐn)?shù)。 如： ％ FSR。 3）轉(zhuǎn)換誤差分析 D/A 轉(zhuǎn)換器的四個(gè)組成部分，均可引起轉(zhuǎn)換誤差。但具有不同的特點(diǎn)。 (1)參考電源引起的誤差稱為比例系數(shù)誤差。 O? DV nREF2?? (2)運(yùn)放零點(diǎn)漂移引起的誤差稱為漂移誤差或平移誤差。 25 (3)模擬開(kāi)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(shí)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(shí)間－－建立時(shí)間 tset－－來(lái)衡量。 建立時(shí)間：從輸入信號(hào)變化開(kāi)始到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差 1/2LSB 范圍以內(nèi)的時(shí)間。 輸入信號(hào)由全 0 變?yōu)槿?1 所需時(shí)間最長(zhǎng)。 不 包含運(yùn)放的 DAC 建立時(shí)間可達(dá) 。 外接運(yùn)放時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間還應(yīng)加上運(yùn)放的上升（下降）時(shí)間。 RsTR SVtT (m a x)0(m a x) ?? 其中： (max)TRT 為轉(zhuǎn)換時(shí)間， st 為建立時(shí)間， SR 為運(yùn)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(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，雖然是多路采集，實(shí)際上是分時(shí)工作的，所有在多路同時(shí)工作時(shí)采樣率會(huì)成倍降低。該板卡的主要性能 如下： ◆ 16 路模擬信號(hào)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(gè) 32 位定時(shí)計(jì)數(shù)器； ◆ NIDAQmx 測(cè)試軟件和硬件配置支持； 滿意設(shè)計(jì) : 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì) 26 ◆ NIMCal 校準(zhǔn)支持； ◆ NIST 校準(zhǔn)證書和多于 70 多種的信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)，支持即插即用。在安裝插卡時(shí)，用戶不需要設(shè)置任何跳線和 DIP 撥碼開(kāi)關(guān)。實(shí)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(gè)自動(dòng)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(kāi)關(guān)的切換?？ㄉ系?SRAM 存儲(chǔ)了每個(gè)通道不同的增益值及配置。這種設(shè)計(jì)能讓您對(duì)不同通道使用不同增益，并自由組合單端和差分輸入來(lái)完成多通道的高速采樣。 （ 3） 卡上 FIFO(先入先出 )存儲(chǔ)器 PCI6221 卡上有一個(gè) FIFO 緩沖器 ,它能存儲(chǔ) 4K的 A/D 采樣值。當(dāng) FIFO 半滿時(shí)，PCI6221 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(jì)數(shù)器 PCI6221 提供了可編程的計(jì)數(shù)器，用于為 A/D 變換提供可觸發(fā)脈沖。計(jì)數(shù)器芯片為 82C54 或與其兼容的芯片，它包含了三個(gè) 16 位的 10MHz 時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器。其中有一個(gè)計(jì)數(shù)器作為事件計(jì)數(shù)器，用于對(duì)輸入通道的事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。另外兩個(gè)級(jí)聯(lián)在一起，用作脈沖觸發(fā)的 32 位定時(shí)器。 27 （ 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(jì)的，它用來(lái)降低模 2 PCI6221 快速安裝使用手冊(cè) 擬信號(hào)的輸入噪聲。該電纜采用雙絞線，并且模擬信號(hào)線和數(shù)字信號(hào)線是 分開(kāi)屏蔽的。這樣能使信號(hào)間的交叉干擾降到最小，并使 EMI/EMC 問(wèn)題得到了最終的解決。 安裝與測(cè)試 軟件的安裝： 第一步：將啟動(dòng)光盤插入光驅(qū)； 第二步：安裝執(zhí)行程序?qū)?huì)自動(dòng)啟動(dòng)安裝 。 注意：如果您的計(jì)算機(jī)沒(méi)有啟用自動(dòng)安裝，可在 H：盤文件中點(diǎn)擊 文件啟動(dòng)安裝程。 第三步 : 點(diǎn)擊 CONTINUE,出現(xiàn)圖 界面 : 滿意設(shè)計(jì) : 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì) 28 圖 驅(qū)動(dòng)安裝 第四步 :選擇點(diǎn)擊您所安裝的板卡型號(hào) ,然后按照提示就可一步一步完成驅(qū)動(dòng)程序的安裝。 硬件的 安裝 第一步：關(guān)掉計(jì)算機(jī)，將您的板卡插入到計(jì)算機(jī)后面空閑的 PCI 插槽中 （ 注意：在您手持板卡之前觸摸一下計(jì)算機(jī)的金屬機(jī)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(guò)右擊 “我的電腦 ”，點(diǎn)擊 “屬性 ”，彈出 “系統(tǒng)屬性 ”框；選中 “硬件 ”頁(yè)面，點(diǎn)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(cè)圖 第三步：從開(kāi)始菜單 /程序 /Advantech Device Driver Manager,打開(kāi) Advantech Device Manager。 計(jì)算機(jī)上已經(jīng)安裝好某個(gè)產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)程序后，它前面將沒(méi)有紅色叉號(hào) , 29 說(shuō)明驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)安裝成功。 PCI 總線的板卡插好后計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別， Device Manager 在 Installed Devices 欄中 My Computer 下也會(huì)自動(dòng)顯示出所插入的器件，這一點(diǎn)和 ISA 總線的板卡不同，如上圖所示。 點(diǎn)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(gè)模擬輸出通道 D/A 轉(zhuǎn)換的參考 電壓。設(shè)置完成后點(diǎn)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(jìn)行板卡測(cè)試。 測(cè)試 （ 1）模擬輸出功能測(cè)試 在測(cè)試界面中點(diǎn)擊模擬輸出標(biāo)簽，彈出圖 所示界面。 圖 模擬輸出功能測(cè)試 個(gè)模擬輸出通道可以通過(guò)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(diǎn)擊 “Out”按紐，即可在管腳 AO0_OUT 與 AO_GND 之間輸出 電 壓，這個(gè)值可用萬(wàn)用表測(cè)得。 （ 2）數(shù)字量輸入功能測(cè)試 滿意設(shè)計(jì) : 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì) 30 在測(cè)試界面中點(diǎn)擊數(shù)字量輸入標(biāo)簽，彈出圖 所示界面。 圖 數(shù)字量輸入功能測(cè)試 用戶可以方便地通過(guò)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(duì)應(yīng)管腳 DI0與數(shù)字地 DGND 短接，則通道 0對(duì)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(cè)試就不再做介紹） 信號(hào)連接 管腳圖 PCI6221 的管腳圖如圖 ： 31 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(dāng)測(cè)量一個(gè)單端信號(hào)時(shí)，只需一根導(dǎo)線將信號(hào)連接到輸入端口，被測(cè)的輸入電壓以公共地為參考。沒(méi)有地端的信號(hào)源稱為“浮動(dòng) ”信號(hào)源 ,在這種模式下， PCI6221 為外部浮動(dòng)信號(hào)源提供一個(gè)參考地。測(cè)量單端模擬信號(hào)輸入，標(biāo)準(zhǔn)連接方法，如圖 所示 : 滿意設(shè)計(jì) : 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì) 32 圖 單端模擬輸入連接 （ 2） 差分式模擬輸入連接 PCI6221 有 16 個(gè)模擬輸入通道，可以設(shè)置成 8 對(duì)差分式輸入通道。差分輸入需要兩根線分別接 到兩個(gè)輸入通道上，測(cè)量的是兩個(gè)輸入端的電壓差。如果信號(hào)源連有參考地，則 PCI6221 的地端和信號(hào)源的地端之間會(huì)存在電壓差，這個(gè)電壓差會(huì)隨信號(hào)源輸入到輸入端，這個(gè)電壓差就是共模干擾。為了避免共模干擾，您可以將信號(hào)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(guò)這種連接方式，可以消除在信號(hào)源和板卡地之間的共模干擾電壓 V（ CM）。 33 模擬信號(hào)輸出連接及外圍電路 （ 1） PCI6221 有兩個(gè) 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(zhǔn)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(zhǔn)電壓 AO0REF、 AO1REF，外部基準(zhǔn)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(hào)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(dāng) +5V 連接到 TRGGATE 時(shí)，就允許外部觸發(fā)，當(dāng) EXTTRG有一個(gè)上升沿時(shí)觸發(fā)一次 A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng) TRGGATE連接到 DGND時(shí)，不允許外部觸發(fā)。 設(shè)計(jì) 軟件比較 在給定 計(jì)算機(jī)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(kāi)發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接口。美國(guó)國(guó)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(duì)程序開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)出應(yīng)用軟件，才能事半功倍。 對(duì)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(jìn)行編寫。主要有 Microsoft公司的 Visual Basic與 Visual C++，滿意設(shè)計(jì) : 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì) 34 Borland 公司的 Delphi， Sybase 公司的 Power Builder。 （ 2）用專業(yè)圖形化編程軟件開(kāi)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(shí)際情況選擇。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易 基于LabVIEW 虛擬儀器的 智能火車車輪測(cè)試系統(tǒng) 設(shè)計(jì) ，在設(shè)計(jì)中必須考慮以下因素：開(kāi)發(fā)成本低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、開(kāi)放性架構(gòu)易于擴(kuò)充。 LABVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)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(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。 LABVIEW 的前面板可以包括旋鈕、刻度盤、開(kāi)關(guān)、圖表和其他界面工具，允許用戶通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)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(jì)和功能設(shè)計(jì)獨(dú)立開(kāi)來(lái)，修改人機(jī)界面無(wú)需對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)整， LABVIEW 是利用數(shù)據(jù)流框圖接受指令，使程序簡(jiǎn)單明了，充分發(fā)揮了圖形化編程環(huán)境的優(yōu) 點(diǎn)。這就大大縮短了虛擬儀器的開(kāi)發(fā)周期、消除了虛擬儀器編程的復(fù)雜過(guò)程。而通用的編程軟件需利用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟面板的設(shè)計(jì)，這使程序設(shè)計(jì)變得非常麻煩。 LABVIEW 雖然是為計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的， 但它的函數(shù)包含了一般高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中的絕大多數(shù)程序控制功能。 LABVIEW 作為開(kāi)發(fā)環(huán)境具有的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下