【正文】 LABVIEW 擁有完整的 Web 上位 labview，可以隨時發(fā)布測量結(jié)果。它能夠為集成式測量方案提供功能強大且完備的測量分析庫，這些軟件庫可以完成極限測試、頻率分析、濾波及信號生成等任務(wù)。LABVIEW 的數(shù)據(jù)采集庫包含了許多有關(guān)采集和生成數(shù)據(jù)的函數(shù)，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。LABVIEW 是一個多線程、最佳化的圖形編譯器，它能在最大程度上優(yōu)化系統(tǒng)的性能。它類似于 Visual Basic，Visual C++。3．2 程序的結(jié)構(gòu)圖上位 labview 程序的結(jié)構(gòu)圖如圖 32 所示：37從上圖中可以看出，程序在許多并行操作，如讀取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析等。在另一并行的循環(huán)程序?qū)崟r讀取消息隊列，然后對讀取的數(shù)據(jù)進行濾波處理。總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：傳感器測量對象數(shù)據(jù)采集卡計算機數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)濾波數(shù)據(jù)分析滿意設(shè)計: 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計36第三章 軟件模塊的設(shè)計在本章中詳細(xì)介紹各個功能模塊及其生成過程。因此LABVIEW 是基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計的最佳選擇。在許多應(yīng)用程序中，運行速度是至關(guān)重要的。LABVIEW 雖然是為計算機測控領(lǐng)域開發(fā)的，但它的函數(shù)包含了一般高級計算機語言中的絕大多數(shù)程序控制功能。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。LABVIEW 具有模塊化特性，有利于程序的可重用性。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。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。 （2）用專業(yè)圖形化編程軟件開發(fā)。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。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。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。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(dāng)+5V 連接到 TRGGATE 時，就允許外部觸發(fā)，當(dāng) EXTTRG 有一個上升沿時觸發(fā)一次 A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng) TRGGATE 連接到DGND 時，不允許外部觸發(fā)。連接方式如圖 所示：33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） 。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。測量單端模擬信號輸入，標(biāo)準(zhǔn)連接方法，如圖 所示: 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。 （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：圖 管腳圖 輸入連接（1 ）單端模擬輸入連接 滿意設(shè)計: 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計32PCI6221 提供 16 路模擬量輸入通道，當(dāng)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。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，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。 測試（1）模擬輸出功能測試 在測試界面中點擊模擬輸出標(biāo)簽，彈出圖 所示界面。設(shè)置完成后點擊“OK” 即可。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。 29 圖 硬件檢測圖第三步：從開始菜單/程序/Advantech Device Driver Device Manager,打開 Advantech Device Manager。 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。滿意設(shè)計: 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計28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。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。（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 2PCI6221 快速安裝使用手冊擬信號的輸入噪聲。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)。（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。當(dāng) FIFO 半滿時，PCI6221 會產(chǎn)生一個中斷。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。該電路能代替軟件控制采樣期間多路開關(guān)的切換。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。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。滿意設(shè)計: 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計26 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。外接運放時，轉(zhuǎn)換時間還應(yīng)加上運放的上升（下降）時間。輸入信號由全 0 變?yōu)槿?1 所需時間最長。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。(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。(1)參考電源引起的誤差稱為比例系數(shù)誤差。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。25（2）輸出電壓滿刻度 FSR(Full Scale Range)的百分?jǐn)?shù)。轉(zhuǎn)換誤差的表示形式：（1）最低有效位的倍數(shù)。轉(zhuǎn)換誤差有時也稱為線性誤差。(2)用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。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。因此，經(jīng)常用倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用來實現(xiàn)。權(quán)電流型D/A 轉(zhuǎn)換器可解決這一問題。因此，速度快。任意節(jié)點向左看的等效電阻皆為R。（二） 、倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器，如圖 所示。滿意設(shè)計: 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計22圖 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器由四部分組成：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)；求和放大器；模擬開關(guān)；參考電源；任務(wù)：求出輸出模擬電壓與輸入數(shù)字量 d3d2d1d0 間的關(guān)系。 D/A 轉(zhuǎn)換器。并行比較 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高；逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器次之；間接 A/D轉(zhuǎn)換器的速度最慢。LSB/2，就表明實際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個字。常用最低有效位的倍數(shù)表示。因為，在最大輸入電壓一定時，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。轉(zhuǎn)換原理圖如圖 所示： 圖 階梯波電壓比較型A/D 轉(zhuǎn)換A/D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) （1）分辨率 21分辨率——說明 A/D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。線性電壓發(fā)生器輸出線性斜變的參考電壓 Vr Vr=Kt（三）階梯波電壓比較型 A/D 轉(zhuǎn)換這種方式與線性電壓比較型的轉(zhuǎn)換原理相同，差別僅在于用等增量的階梯波電壓代替線性增長的斜坡電壓作為比較基準(zhǔn)。線性電壓比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理圖，如圖 所示。從轉(zhuǎn)換的角度看這是一種間接轉(zhuǎn)換，或者更確切地說是直接比較間接轉(zhuǎn)換。逐次比較反饋編碼型 A/D 轉(zhuǎn)換盡管存在著不可忽視的缺點，但是由于它具有一定的優(yōu)越的性能還是獲得廣泛的應(yīng)用。初看起來只要增加D/A 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，就可以提高逐次比較型的精度，事實上由于這種形式的轉(zhuǎn)換抗干擾能力低以及電路結(jié)構(gòu)等方面的原因，目前一般只達到五位讀數(shù)，實際精不夠高。轉(zhuǎn)換精度主要是由 A/D 轉(zhuǎn)換器的精度決定。轉(zhuǎn)換過程試碼是按權(quán)躍變進行的，每一個十進位只要四個節(jié)拍即可完成試碼?？刂骗h(huán)節(jié)：協(xié)調(diào)個單元動作完成轉(zhuǎn)換。但 Vx﹥0 時，若△V=VxVf≥0 則加碼保持，編碼器計為 1；若△V=VxVf＜0 則加碼撤掉，編碼器計為 0。各環(huán)節(jié)構(gòu)成了一個負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。最后保留的砝碼總和即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。試碼是從最高（權(quán)）砝碼開始到最低（權(quán)）砝碼依次逐一進行，最低砝碼試畢轉(zhuǎn)換結(jié)束。（一）逐次比較反饋編碼型 A/D 轉(zhuǎn)換這種模型類似一架自動“電壓天平” ，其“砝碼”是一組不都量值的參考電壓。按這樣分類法 A/D 轉(zhuǎn)換可分為三大類：直接比較型，間接比較型和復(fù)合型。如可按轉(zhuǎn)換速度分類，也可按轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換位數(shù)、轉(zhuǎn)換原理等進行分類。A/D 轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用范圍廣，發(fā)展迅速。一個理想的 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出關(guān)系可用下式表示： D≈( a1+a2+a3+…+an)Vr=DVr式中的 D 是轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出，Vr 為基準(zhǔn)電壓。對 A/D 轉(zhuǎn)換器來說，出采樣、量化外還要進行編碼。取樣電容 CH 上的電荷無泄放回路，將保持。17 圖 采 樣取樣定理：為保證從取樣信號恢復(fù)被取樣信號，必須滿足 ?sf2(max)i（在實際的取樣保持電路中有一個取樣控制信號，它的頻率就是取樣信號頻率。A/D 轉(zhuǎn)換的基本步驟：采樣（取樣） ；保持；量化；編碼?？梢姅?shù)字信號只能表示有限種可能狀態(tài)，它的分辨率是有限的，由數(shù)字位數(shù)決定。實際上每個信號總要疊加上噪音，這就使模擬信號的精度受到限制。普通模擬信號指的是電子模擬信號可連續(xù)發(fā)生變化的電壓或電流。盡管如此，采樣得到的信號有時候仍然含有一定的工頻干擾成分。如果依據(jù)香農(nóng)定理對信號進行采樣沒有問題，但是代價也許比較大，如必須使用高速 A／D 轉(zhuǎn)換器等。這種帶有干擾的有效信號（低通或帶通） ，它除了含有有效的帶限信號頻譜外，在干擾信號頻率點 f0 處有一單一頻率的譜線，即含有工頻周期干擾信號的頻譜。對于正弦信號干擾下的帶通信號，如何無混疊地進行測量是一個有待解決的問題。采樣定理的出發(fā)點是從采樣數(shù)據(jù)中能夠完全恢復(fù)原始信號。 ）多個帶通信號的欠采樣方法及其應(yīng)用解決了多個射頻信號直接帶通采樣問題和寬帶數(shù)字下變頻的高效實現(xiàn)問題。香農(nóng)采樣定理給出了低通型帶限信號的最低采樣頻率，即采樣頻率 fs 必須大于被測信號最高頻率的兩倍，采樣后的信號才不會出現(xiàn)混頻現(xiàn)象。輸入為雙極性時：輸出一般采用二進制補碼表示。量化和編碼是在同一個電路中完成的。滿意設(shè)計: 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計14編碼是把量化的數(shù)值用二進制代碼表示。因此，對于任意輸入模擬電壓, 首先 應(yīng)把它量化為 的整數(shù)倍。把輸出數(shù)字量為 1 時對應(yīng)的輸入模擬電壓稱為量化單元，記做。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用 S 表示。取樣定理，采樣信號的頻率 fs 和輸入模擬信號的最高頻率 fimax 之間必須滿足下述條件: fs≥2fimax 因為每次把取樣電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時間。所以在此做數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)的講解。所有的控制都是建立在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上的，沒有數(shù)據(jù)采集就沒有控制。實際采集時，噪聲也可能帶來一些麻煩。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。對于高級程序員來說，還要考慮程序的性能如何，能否滿足速度與響應(yīng)的要求以及內(nèi)存的使用情況。測試中還要特別關(guān)注全局變量對程13序的影響。測試過程是項目開發(fā)的重要組成部分。拿到一個設(shè)計任務(wù)后，首先要分解任務(wù)，把待設(shè)計任務(wù)分割成幾個大的模塊，然后把大的模塊再分解為一系列的功能，甚至可以分解到要用那些函數(shù)的程度；然后是尋求例程，參考例程可以避免重復(fù)前人做過的工作；接下來就是根據(jù)項目的特點選擇程序設(shè)計方法，自上而下或者自下而上。鮮明就是說：需要強調(diào)的部分一定要用顏色加以突出，體現(xiàn)測控系統(tǒng)程序的特點，減少用戶操作過程中犯錯誤機會。前面板上使用的顏色方案，要兼顧一致和鮮明。 用戶界面也稱 GUI，即 graphical user interface。如果沒有現(xiàn)成的驅(qū)動程序，用戶也可以自己編寫。選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ甙鼘_到事半功倍的效果。程序開發(fā)人員不必?fù)?dān)心操作系統(tǒng)的問題，目前的 LABVIEW是一個支持多個系統(tǒng)平臺的軟件，Windows、Power Macintosh、Sun SPARCA 工作站、HP 工作站、Linux 上都可以運行。在此基礎(chǔ)上，程序開發(fā)人員對所要解決的問題有了大致的了解，甚至可以畫出一個系統(tǒng)的框圖，之后還要進行程序的可行性分析，考慮選用器件的性價比、開發(fā)風(fēng)險等。需求分析是借用