【正文】 處理軟件可以構(gòu)造各種虛擬儀器。無論哪種虛擬儀器系統(tǒng) ,都是將硬件儀器搭載到各種計算機(jī)平臺上 ,再加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。從構(gòu)成方式講 ,則有以數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)和信號調(diào)理電路組成的 PC DAQ測試系統(tǒng)?！　? 它主要的方便就是，一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)。　　 利用 LabVIEW[，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32位/64位編譯器。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。 LabVIEW編程環(huán)境及其特點 LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。LabVIEW 的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。 軟件開發(fā)平臺LabVIEW及相關(guān)硬件介紹 LabVIEW概述 LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。圖28另外，采樣橋的前面不能增加保護(hù)二極管，否則會限制帶寬。因此，大多數(shù)采樣示波器的動態(tài)范圍者l)民制在1丫的峰值峰值。由于在采樣門電路之前沒有衰減器/放大器，所以不育趁對輸入信號進(jìn)行縮放。由于采榭刁電路的作用，經(jīng)過采樣橋以后的信號的頻率已經(jīng)變低，因此可以采用低帶寬放大器，其結(jié)果，整個儀器的帶寬得到增加。 與數(shù)字存儲和數(shù)字熒光示波器體系結(jié)構(gòu)不同，在數(shù)字采樣示波器的體系結(jié)構(gòu)中，置換了衰減器/放大器于采樣橋的位置，參照圖27。它能達(dá)到的帶寬以及高速定時都十倍于其他示波器。DPO典型應(yīng)用有：通用模板測試，中斷信號的數(shù)字調(diào)試，重復(fù)的數(shù)字設(shè)計和定時應(yīng)用。只有DPO實時提供Z（亮度)軸，常規(guī)的050已經(jīng)喪失了這一功能。 數(shù)字熒光示波(DPOJ突破模擬和5字示波器技術(shù)之間的障礙。DPO也可以顯示不斷變化的發(fā)生頻率的信息，顯示屏對不同的信息呈現(xiàn)不同的顏色，這一點與模擬示波器不同。因此，如果波形經(jīng)常掃過的地方，亮度信息在單元內(nèi)會逐步累積。每一個單元代表著屏幕中的某位置。針對示波器顯示屏幕的每一個點，數(shù)據(jù)庫中都有獨立的“單元（cell）”。信號細(xì)節(jié)、間斷事件和信號的動態(tài)特性都能實時采集。波形數(shù)據(jù)直接光柵化，以及直接把數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)拷貝到顯存中，兩者共同作用，改變了其他體系在數(shù)據(jù)處理方面的瓶頸。 DPO把數(shù)字化的波形數(shù)據(jù)進(jìn)一步光柵化，存入熒光數(shù)據(jù)庫中。數(shù)字存儲示波器串行處理采集到的波形。 請注意，由顯示的更新速率簡單地推斷采集到事件的概率是不可能的。在這段時間內(nèi)，示波器對所有信號都是視而不見的。 對所有的示波器而言，包括模擬、DSO和DPO示波器，都存在著釋抑時間。串行處理體系結(jié)構(gòu) DPO的第一階段(輸入)與模擬示波器相似(垂直放大器)，第二階段與DSO相似(ADC)。它增加了證明數(shù)字系統(tǒng)中的瞬態(tài)事件的可能性。DSO使用串行處理的體協(xié)結(jié)構(gòu)來捕獲、顯示和分析信號；相對而言，DPO為完成這些功能采納的是并行的體系結(jié)構(gòu)，如圖25所示。圖25 數(shù)字熒光示波器 數(shù)字熒光示波器(DPO)為示波器系列增加了一種新的類型。DSO是低重復(fù)率或者單脈沖、高速多通道設(shè)計應(yīng)用的完美工具。目前大多數(shù)數(shù)字示波器也提供自動參數(shù)測量，使測量過程得到簡化。圖24 在示波器的能力范圍之內(nèi)，采樣點會經(jīng)過補(bǔ)充處理，顯示效果得到增強(qiáng)。DSO信號通道中包括微處理器，被測信號在顯示之前要通過微處理器處理口微處理器處理信號，調(diào)整顯示運行，管理前面板調(diào)節(jié)裝置，等等。創(chuàng)建一條波形記錄的波形點的數(shù)量稱為記錄長度。幾個采樣點可以組成一個波形點。該速率稱為采樣速率，表示為樣值每秒（S/s）。該處理過程稱為信號數(shù)字化。串行處理體系結(jié)構(gòu) 與模擬示波器一樣，DSO第一部分(輸入)，垂直控制系統(tǒng)方便您調(diào)整幅度和位置范圍。從捕獲信號到在屏幕上顯示波形，DSO采用串行的處理體系結(jié)構(gòu)，如圖23所示。組成DSO的一些子系統(tǒng)與模擬示波器的一些部分相似。這樣，利用示波器本身或外部計算機(jī)，方便進(jìn)行分析、存檔、打印和其他的處理口波形沒有必要是連續(xù)的。 數(shù)字存儲示波器(DSO)便于您捕獲和顯示那些可能只發(fā)生一改的事件，通常稱為瞬態(tài)現(xiàn)象。 圖23 數(shù)字存儲示波器 常規(guī)的數(shù)字示波器是數(shù)字存儲示波器(DSO)。對重復(fù)的信號而言，數(shù)字示波器的帶寬，是指示波器的前端部件的模擬帶寬，一般稱之為3dB點。) 數(shù)字示波器分為數(shù)字存儲示波器(DSO)、數(shù)字熒光示波器(DPO)和采樣示波器。隨后，數(shù)字示波器重構(gòu)波形。通過亮度級，僅觀察軌跡的亮度就能區(qū)別信號的細(xì)節(jié)。模擬示波器的顯示部分基于化學(xué)熒光物質(zhì)，它具有亮度級這一特性。 另外，模擬示波器有對聚焦和亮度的控制，可調(diào)節(jié)出銳利和清晰的顯示結(jié)果。觸發(fā)器能夠穩(wěn)定實現(xiàn)重復(fù)的信號，它確保掃描總是從重復(fù)信號的同一點開始，目的就是使呈現(xiàn)的圖象清晰。如果速度足夠高，亮點每秒鐘掃過屏幕的次數(shù)高到500000次。觸發(fā)水平系統(tǒng)后，亮點以水平時基為基準(zhǔn)，依照特定的時間間隔從左到右移動。電壓作用于這些垂直偏轉(zhuǎn)板，}起點向上運動，而負(fù)電壓引起點向下運動。 當(dāng)把示波器探頭和電路連接到一起后，（對伏特/格進(jìn)行控制)后，衰減器能夠減小信號的電壓，而放大器可以增加信號電壓。在高頻處，起局)，顯示出來的過于暗淡，難于觀察。電子束投到熒幕的某處，屏幕后面總會有明亮的熒光物質(zhì)。第2章 虛擬示波器設(shè)計基礎(chǔ) 示波器的分類及主要技術(shù)指標(biāo) 模擬示波器 在本質(zhì)上，模擬示波器工作方式是直接測量信號電壓，并通過從左到右穿過示波器屏幕的電子束在垂直方向描繪電壓。(2) 軟件技術(shù)的發(fā)展軟件技術(shù)的發(fā)展和有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的建立，是推動虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的決定性因素之一。目前已出現(xiàn)了用于射頻和微波領(lǐng)域的高端VXI儀器。 虛擬儀器從概念的提出到目前技術(shù)的日趨成熟，體現(xiàn)了計算機(jī)技術(shù)對傳統(tǒng)工業(yè)的革命．在虛擬儀器技術(shù)發(fā)展中有兩個突出的標(biāo)志，一是VXI總線標(biāo)準(zhǔn)的建立和推廣，VXI總線系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化、模塊化的顯著特點，它集測量、計箅、通信功能于一體，不僅繼承了GPIB智能儀器和VME總線的特點，還具有高速、模塊化、易子使用等優(yōu)勢．二是圖形化編程語言的出現(xiàn)和發(fā)展．前者從儀器的硬件框架上實現(xiàn)了設(shè)計先進(jìn)的分析與測量儀器所必須的總線結(jié)構(gòu)，后者從軟件編程上實現(xiàn)了面向工程師的圖形化而非程序代碼的編程方式，兩者統(tǒng)一形成了虛擬儀器的基礎(chǔ)規(guī)范。進(jìn)一步講，一切計量系統(tǒng)，只要技術(shù)上可行，都可用虛擬儀器代替。當(dāng)今社會信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，無所不在的計算機(jī)應(yīng)用為虛擬儀器的推廣提供了良好的基礎(chǔ)。虛擬儀器系統(tǒng)恰恰符合上述特點，十分適合測控一體化的設(shè)計。它功能強(qiáng)大，可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動機(jī)參數(shù)、汽油標(biāo)號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)。利用虛擬儀器技術(shù)，用戶可定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，易于構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。它們多數(shù)屬于中低頻范圍，主要是工程應(yīng)用類儀器設(shè)備，射頻微波類以及高準(zhǔn)確度類儀器設(shè)備較少。原則上，非虛擬儀器里的儀器，都可以用虛擬儀器方式實現(xiàn)，但在大功率領(lǐng)域以及射頻微波領(lǐng)域里的儀器設(shè)備，虛擬儀器實現(xiàn)比較困難，模塊也較少；低頻領(lǐng)域，以及小功率領(lǐng)域里，虛擬儀器已經(jīng)具有了良好的發(fā)展態(tài)勢。在信號源類虛擬儀器系統(tǒng)中，種類不是很多，主要有D／A卡系統(tǒng)和任意波發(fā)生器，另外還有函數(shù)發(fā)生器、合成信號源等。此外, 用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器代替硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀器, 還可以大大節(jié)約儀器購買和維護(hù)費用。 ( 五) 便于構(gòu)成復(fù)雜的測試系統(tǒng),經(jīng)濟(jì)性好。 ( 四) 開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 ( 三) 儀器由用戶定義。 ( 二) 突出 “軟件即儀器” 的新概念。虛擬儀器相對傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢是顯而易見的, 概括起來有以下幾個方面: ( 一) 豐富和增加了傳統(tǒng)儀器的功能。從使用上來說, 虛擬儀器利用強(qiáng)大的圖形化開發(fā)環(huán)境, 建立直觀、靈活、 快捷的虛擬儀器面板, 可以有效地提高儀器的使用效率。計算機(jī)軟件技術(shù)和測試系統(tǒng)的結(jié)合, 形成了一個有機(jī)整體,使得儀器的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計思想等都發(fā)生了突破性的變化。 虛擬儀器的特點 虛擬儀器是計算機(jī)技術(shù)介入儀器領(lǐng)域所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類。軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵, 沒有一個優(yōu)秀的控制分析軟件, 很難想象可以構(gòu)成一臺理想的虛擬儀器系統(tǒng)。而軟件是控制要實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集、 分析、 處理、顯示等功能, 并將其集成為儀器操作與運行的命令環(huán)境。 虛擬儀器的分類 虛擬儀器包括硬件和軟件兩大部分。儀器驅(qū)動、接口軟件和應(yīng)用程序。測試軟件控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示等功能，并將其集成為儀器操作與運行的命令環(huán)境。為計算機(jī)配置的電子測量儀器硬件模塊是各種傳感器、信號調(diào)理器、模擬數(shù)字/轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)、數(shù)據(jù)采集器(DAQ)等。硬件獲取測試對象的被測信號。虛擬儀器提供