【正文】 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 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(biāo)獲取數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。如 HP 公司的 HPVEE， NI 公司的 LABVIEW Lab windows/CVI 等。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。 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。為了避免共模干擾，您可以將信號地連到低電壓輸入端。沒有地端的信號源稱為“浮動(dòng) ”信號源 ,在這種模式下， PCI6221 為外部浮動(dòng)信號源提供一個(gè)參考地。 （ 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(diǎn)擊數(shù)字量輸入標(biāo)簽，彈出圖 所示界面。 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)行板卡測試。 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，它前面將沒有紅色叉號 , 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì) 30 說明驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)安裝成功。 第三步 : 點(diǎn)擊 CONTINUE,出現(xiàn)圖 界面 : 本科生畢業(yè)論文 29 圖 驅(qū)動(dòng)安裝 第四步 :選擇點(diǎn)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(dòng)程序的安裝。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。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。 （ 3） 卡上 FIFO(先入先出 )存儲器 PCI6221 卡上有一個(gè) FIFO 緩沖器 ,它能存儲 4K的 A/D 采樣值。 （ 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(gè) 32 位定時(shí)計(jì)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(zhǔn)支持； ◆ NIST 校準(zhǔn)證書和多于 70多種的信號調(diào)理模塊選擇。 不包含運(yùn)放的 DAC 建立時(shí)間可達(dá) 。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。但具有不同的特點(diǎn)。如： 1LSB。 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(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。 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。 （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。 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)： 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì) 24 模擬開關(guān) Si 不論接何位置，都相當(dāng)于接地。 （一）、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 ，如圖 所示。 （ 2）轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度 ——可用轉(zhuǎn)換時(shí)間表示 ,指從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時(shí)間。 基于 LABVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì) 22 轉(zhuǎn)換誤差 ——它表示 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。這種技術(shù)又 叫做數(shù)字斜坡技術(shù)。它具有直接比較型轉(zhuǎn)換的共同特點(diǎn) —— 瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換。 （ 3）轉(zhuǎn)換的控制方式及線路復(fù)雜，使用元件較多。 （ 2）轉(zhuǎn)換精度高。 比較基準(zhǔn)：提供各級砝碼，進(jìn)行試碼累計(jì)（加 碼累計(jì)）。 圖 所示為逐次比較反饋編碼型 A/D 轉(zhuǎn)換的原理框圖，其主要由比較環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)、比較基準(zhǔn)及累積三大部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)換相當(dāng)于“稱量”電壓的試碼過程。目前較普遍的是按比較原理進(jìn)行分類。式中使用了近似符號是因?yàn)锳/D 轉(zhuǎn)換過程中不可避免的存在量化誤差。 模擬信號要經(jīng)過采樣、量化過程才能轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。如圖 所示。 數(shù)字信號：數(shù)字信號無論在時(shí)間上還是幅值上都不能連續(xù)發(fā)生變化，即都經(jīng)過了“量化”。 本科生畢業(yè)論文 17 模擬信號與數(shù)字信號 模擬信號：在幅值、時(shí)間上均可連續(xù)發(fā)生變化的信號稱為模擬信號。很顯然已有的采樣定理還沒有很好地回答這個(gè)問題。在大多數(shù)情況下，人們感興趣的是從采樣信號中恢復(fù)有用的信號。帶通信號采樣定理要求采樣頻率 fs滿足不等式 ： 2fH／ N≤fs≤2fL／（ N－ 1） （ 其中 fH為帶通信號的頻率上限， fL 為帶通信號的頻率下限。下圖說明了兩種量化方法： 圖 兩種量化 量化誤差＝△ 量化誤差＝△ /2 當(dāng)輸入電壓不為的整數(shù)倍時(shí)，必然產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差。這就是量化。 量化。 采樣定理 采樣：把在時(shí)間上是連續(xù)的輸入模擬信號 ui 轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上是斷續(xù)的信號，輸出脈沖波的包絡(luò)仍反映輸入信號幅度的大小。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問題要解決。 數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)知識 在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。測試應(yīng)該從底層的 VI 開始，然后再測試較大的模塊，最后進(jìn)行整體測試。 （ 4）程序設(shè)計(jì)。前面板必須簡潔、易懂、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足復(fù)雜工作要求。在 LABVIEW 的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序庫中已經(jīng)包含了上千個(gè)免費(fèi)的驅(qū)動(dòng)程序（這些驅(qū)動(dòng)程序支持 NI 公司的硬件產(chǎn)品），還包括 了世界上各大儀器廠商的大部分儀器的 LABVIEW 驅(qū)動(dòng)程序。 （ 2）軟、硬件的選擇 。 2． 1 虛擬儀器創(chuàng)建過程 創(chuàng)建虛擬儀 器的過程大體分為以下五步： （ 1） 需求分析。 第 四 章， 程序設(shè)計(jì)顯示 ：本章給出了 基于 LabVIEW 虛擬儀器的 智能火車車輪測試系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)性能的具體指標(biāo)，進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證了 基于 LabVIEW 虛擬儀器的 智能火車車輪測試系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 的實(shí)用性和優(yōu)越性。本論文具體 內(nèi)容安排如下： 第一章，緒論：介紹虛擬儀器的概念、構(gòu)成及其優(yōu)勢，發(fā)展的現(xiàn)狀，和本文的研究內(nèi)容。 目前市場上的 A/D 采集卡和數(shù)據(jù)采集卡以及帶標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器等，其價(jià)格均不菲，以畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的來說，性價(jià)比以及實(shí)用程度顯的不高。本自動(dòng)化檢測系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：精確快速地檢測微弱損壞信號；在火車正常運(yùn)行情況下直接獲取數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)的采集分析數(shù)據(jù)從而提高檢測速度并簡化編程。 長期以來，我國鐵路處于低裝備率、高利用率、高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，特別是隨著火車運(yùn)行速度的一再提高，更加重了火車車輪的負(fù)擔(dān)。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，在智能化程序、處理能力、性能價(jià)格比、可操作性及功能擴(kuò)展等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。 VXI 總線將成為未來虛擬儀器的理想硬件平臺，這是由 VXI 總線的性能決定的；另一方面，基于 PCIDAQ 的虛擬儀器系統(tǒng)由于性價(jià)比高、靈活性好而受到大多數(shù)用戶的青睞，將得到高速的發(fā)展。如何使用戶進(jìn)行少量的學(xué)習(xí)甚至不需要學(xué)習(xí)就可使用功能強(qiáng)大的虛擬儀器，如何使用構(gòu)成簡單的虛擬儀器系統(tǒng)并完成復(fù)雜的測試內(nèi)容，如何幫助用戶對測試結(jié)果進(jìn)行分析和判斷等內(nèi)容，是虛擬儀器技術(shù)努力的方向。 虛擬儀器在組成和改變儀器的功能和技術(shù)性能方面具有靈活性和經(jīng)濟(jì)性，因而特別適應(yīng)于當(dāng)代科學(xué)技術(shù)迅 速發(fā)展和科學(xué)研究不斷深化所提出的更高跟新的測量課題和測量需要。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì) 逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。此外，國內(nèi)已有幾家 企業(yè)在研制 PC虛擬儀器，哈工大儀器王電子有限責(zé)任公司就是其中之一，它的產(chǎn)品已達(dá)到一定的批量。四川聯(lián)合大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，研制了“航空電臺二線綜合測試儀”將 8 臺儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用方便、靈活。 虛擬儀器的開發(fā)廠家，為擴(kuò)大虛擬儀器的功能，在測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、表達(dá)模塊及其變換方面也做了很多工作，發(fā)布 了各種軟件，建立了數(shù)據(jù)處理的高級分析庫和開發(fā)工具庫（例如測量結(jié)果的譜分析、快速傅立葉變換、各種數(shù)據(jù)濾波器、卷積處理和相關(guān)函數(shù)處理、微積分、峰值和閾值檢測、波形發(fā)生噪聲發(fā)生、回歸分析、數(shù)值運(yùn)算、時(shí)域和頻域分析等），使虛擬儀器發(fā)展成為可以組建極為復(fù)雜自動(dòng)檢測系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器開發(fā)商不僅注意使虛擬儀器能夠適應(yīng)各種通用計(jì)算機(jī)總線系統(tǒng)，使之為虛擬儀器服務(wù)，而且也注意建立各種儀器專用的總線系統(tǒng)。 LABVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。在美國虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語言，已作為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門必修課程。 下表是虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 。因此，利用 VI技術(shù)可 方便的構(gòu)建自動(dòng)測試系統(tǒng)（ ATS， Automatic Test System），實(shí)現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡(luò)化。而且高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬儀器的標(biāo)準(zhǔn)配置。比如說 USB 的排線沒有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，在惡劣的環(huán)境下，可能造成數(shù)據(jù)的丟失，此外， USB對排線的距離也有一定的限制。由此可見，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將具有廣泛的應(yīng)用前景。 （ 6） 網(wǎng)絡(luò)接口方式的 VI 盡管 Inter 技術(shù)最初并沒有考慮如何將嵌入式智能儀器設(shè)備連接在一起，不過 NI 等公司已經(jīng)開發(fā)了通過 Web 瀏覽器觀測這些嵌入式儀器設(shè)備的產(chǎn)品，使人們可以通過 Inter 操作儀器設(shè)備。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開放，且具有結(jié)構(gòu) 緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。 GPIB 技術(shù)可以用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對儀器的操作和控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作方式，很方便的把多臺機(jī)器組合起來，形成大的自動(dòng)測試系統(tǒng)。 （ 3） GPIB 總線方式的 VI GPIB（ General Purpose Interface Bus）技術(shù)是 IEEE488 標(biāo)準(zhǔn)的 VI 早期的發(fā)展階段。隨著基于 PC的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， PCDAQ 方式存在的缺點(diǎn)已經(jīng)和正在被克服。虛擬儀器的構(gòu)成如圖 所示。利用計(jì)算機(jī)豐富的軟、硬件資源，可以大大突破傳統(tǒng)儀器的數(shù)據(jù)的分析、處理、表達(dá)、傳遞、存儲等方面的限制，達(dá)到傳統(tǒng)儀器無法比擬的效果。虛擬一起突破了傳統(tǒng)儀器以硬件為主體的模式， 實(shí)際上使用者是在操作具有測試軟件的電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行測量，猶如操作一臺虛設(shè)的電子儀器。虛擬儀器，它 既具有傳統(tǒng)儀器的功能，又有別于其他傳統(tǒng)儀器。第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測試技術(shù)高速發(fā)展孕育出的一項(xiàng)革命性技術(shù)，其導(dǎo)致了傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)都發(fā)生了巨大的變革，它的出現(xiàn)使得人類的測試技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展紀(jì)元。第一代模擬儀器，這類儀器在某些實(shí)驗(yàn)室里還能看到，它是以電磁感應(yīng)基本定律為基礎(chǔ)的指針式儀器，如指針式萬用表 、晶體管電壓表、指針式電流表等。本科生畢業(yè)論文 1 本科生畢業(yè)論文 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) 第一章：緒論 ........................................................................................................................... 4 1． 1 虛擬儀器概述 ................................................................................................................................................4 1． 1． 1 虛擬儀器的產(chǎn)生 .................................................................................................................................4 1． 1． 2 虛擬儀器的概念 .................................................................................................................................4 1． 1． 3 虛擬儀器的構(gòu)成 .................................................................................................................................5 虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn) .....................................................................................................................................7 1． 2 虛擬儀器的現(xiàn)狀 ..........................................................................................