【正文】 益、分辨率決定了可分辨的最小電壓變化，它表示 ILSB。 (4) 電壓范圍 電壓范圍指 ADC 能掃描到最高 和最低電壓。例如，三位轉(zhuǎn)化器把模擬電壓分成 2’ (8 位 )段，每段用二進(jìn)制代碼在 000 到 In 之間表示，因而數(shù)字并不能真實(shí)反映原始信號，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅?。這種方法一定時間間隔掃描輸入通道，用脈 9 沖來計算各通道兩次掃描的時間間隔。如果采樣點(diǎn)之間對時間要求嚴(yán)格，則必 須同時采樣。 (2) 采樣方法 要從多個通道得到數(shù)據(jù)，通常使用多路開關(guān)把每個信號端連接到 A/D轉(zhuǎn)化器(ADC)。顯然，如果信號變化比采樣板的數(shù)字化要快，或采樣太慢，就會產(chǎn)生波形失真，見圖 4 一 1(b)。 3 數(shù)據(jù)采集硬件 數(shù)據(jù)采集硬件與眾多因素有關(guān)，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，下面是通用的特征 : (1) 采樣頻率 采樣頻率高，就能在一定時間內(nèi)獲得更多的原始信息，見圖 4一 1(a)所示。 (4) 激勵 由于電工測量試驗(yàn)中經(jīng)常要要用到正弦波、方波等信號，且有時需要為一些傳感器提供激勵信號，故由虛擬信號發(fā)生器產(chǎn)生各種信號并由信號調(diào)理電路進(jìn)行功率放大后輸出。噪音濾波器通常用于直流信號 。 (2) 隔離 隔離是指使用變壓器、光或電容禍合等方法阻礙被測系統(tǒng)和測試系統(tǒng)之間傳遞信號，避免發(fā)生直接連接，使用禍合主要有兩個方面原因 :一是從安全的角度把傳感器信號同計算機(jī)隔離，因?yàn)楸槐O(jiān)測系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬時高壓，另一個原因是隔離可以使從數(shù)據(jù)采集卡出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響，減少誤差。而對于微弱信號要進(jìn)行放大，以提高分辨率和降低噪音，也使調(diào)理后信號的最大電壓值和 ADC 最大輸入值相 等，這樣可以提高精度。 2 信 號調(diào)理 信號調(diào)理器是傳感器和數(shù)據(jù)采集卡之間的橋梁，負(fù)責(zé)將傳感器的輸出信號和數(shù)據(jù)采集模塊可以接受的信號聯(lián)系起來，從傳感器輸出的信號必須經(jīng)過調(diào)理才能夠連入數(shù)據(jù)采集板，信號調(diào)理包括放大和衰減、隔離、濾波、傳感器激勵、線性化處理。例如，熱電偶、熱 8 敏電阻、集成電路傳感器、應(yīng)變片等，都可以將溫度轉(zhuǎn)化成電壓和電阻。下面逐一予以討論說明。這幾種信號分別對應(yīng)著一種信號信息 :狀態(tài)、變化率、幅值、形狀、頻率。相反，模擬信號包括了隨時間變化的連續(xù)信息?？偟膩碚f，可以把信號分為模擬信號和數(shù)字信號。在實(shí)時系統(tǒng)中，需要高速的處理器，在對數(shù)據(jù)采集功能模塊進(jìn)行分析之前，我們先對信號進(jìn)行歸類。數(shù)據(jù)采集板程序設(shè)計依靠驅(qū)動軟件進(jìn)行了簡化，因而用戶能夠調(diào)用傳統(tǒng)的語言和應(yīng)用軟件包來設(shè)計高級程序。同時它能夠激發(fā)和線性化某些傳感器及其信號。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號分類 傳感器把物理信號轉(zhuǎn)化成電信號 (電壓或電流 )，例如熱電偶 (溫度 /電壓 )、RTDs(溫度 /電阻 )、應(yīng)變片 (拉或壓 /溫度 )。 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 對計算機(jī)進(jìn)行總線擴(kuò)展以便將其用于實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)控制、測試和測量、這些都要用到基于計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。本章介紹了當(dāng)今在測控領(lǐng)域內(nèi)的虛擬儀器開發(fā)軟件 LabVIEw 語言，它滿足了實(shí)現(xiàn)虛擬測試儀器的條件，是虛擬儀器開發(fā)環(huán)境中圖形化語言的杰出代表之一。它包括結(jié)構(gòu)子模板、數(shù)值運(yùn)算子模板、布爾 7 邏輯子模板、字符串運(yùn)算子模板、數(shù)組子模板、類子模板、比較子模板、時間和對話框子模板、文件輸入 /輸出子模板、儀器控制子模板、儀器驅(qū)動程序庫、數(shù)據(jù)采集子模板、信號處理子模板、數(shù)學(xué)模型子模塊、圖形與聲音子模塊、通訊子模板、應(yīng)用程序控制子模塊、底層接口子模塊 、文檔生成子模板、示教課程子模板、用戶自定義的子 Vl 模板和選擇? VI 子程序等子模板。它可以用 Windows 菜單下的 Show Fuionspalette 功能打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。使用時只需根據(jù)預(yù)完成的功能與操作，從子模板上選擇相應(yīng)的“圖標(biāo)”放在流程圖編輯窗口中相應(yīng)的位置上即可。 s菜單的 ShowControlsPalette 功能打開它，也可以在前面板的空白處 ,點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。每個圖標(biāo)代表一個子模板 (如圖所示 )。就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種旋紐、開關(guān) .、顯示屏等所有可能涉及到的操作部件，都做成外形相似的“控件”分類存于控制模板上。它也顯示出對象的前景色和背景色 。 顏色提取工具 :使用該工具來提取顏色用于編輯其他的對象。 探針工具 :可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線上設(shè)置探針。 對象彈出菜單工具 :用左鼠標(biāo)鍵可以彈出對象的彈出式菜單。 連線工具 :用于在框圖程序上連接對象。 標(biāo)簽工具 :用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建自由標(biāo)簽。 使用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入值時，工具會變成標(biāo)簽工具的形狀。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會變成該工具相應(yīng)的形狀，它包括了以下工具包。 圖 23 工具選版 工具模板 工具選板為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試 VI 程序的工具 (如圖所示 )。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動，并可以放置在屏幕的任意位置。調(diào)試程序時可以利用單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、設(shè)置探針來顯示數(shù)據(jù)流動方向。這時這個按鈕被稱作錯誤列表。在 LabVIEW 中，用戶可以通過兩種方式來運(yùn)行程序 :運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行。 運(yùn)行和調(diào)試程序。這樣，其它的虛擬儀器才能將數(shù)據(jù)傳輸給子儀器。 (3)創(chuàng)建圖標(biāo)。根據(jù)需要在功能模板中找到所需的節(jié)點(diǎn)，并將節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)放置到框圖程序窗口。 (2)創(chuàng)建框 圖程 序。通過鼠標(biāo)和鍵盤輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，也可在計算機(jī)顯示器上直接觀看結(jié)果。它模仿了實(shí)際儀器的面板。 LabVIEW 創(chuàng)建虛擬儀器過程 創(chuàng)建虛擬儀器的過程分為四步 : 3 (1)創(chuàng)建前面板。 (3)具有層次結(jié)構(gòu)和模塊化的特點(diǎn)每一個 VI 可以作為頂層程序，也可以作為其它程序的子程序。通過鼠標(biāo)和鍵盤向程序輸入數(shù)據(jù)，操作結(jié)果由軟件在計算機(jī)屏幕上生成。 1992年 8月 MaCintosh平臺到 Windows又砰臺的移植，從 版本開始， LabVIEW 作為一個完整優(yōu)異的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，并開始迅速占領(lǐng)市場，贏得了廣大用戶的青睞。硬件部分主要是普通 PC 機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡； 軟件部分則包括了前面板，采集卡驅(qū)動程序及相關(guān)的應(yīng)用軟件（主要有頻譜分析，數(shù)字濾波，數(shù)據(jù)存儲和讀取，波形顯示等） 本論文主要分為以下幾個部分： 第 1 章 緒論 第 2 章 軟件開發(fā)平臺 Labview 的有關(guān)介紹 第 3 章 系統(tǒng)硬件部分 第 4 章 系統(tǒng)軟件部分 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 第 6 章 結(jié)論和展望 第 2 章 軟系統(tǒng)件的開發(fā)平臺 Labview 簡介 labview 的基本概述 Labview 是美國國家儀器公司開發(fā)的，基于 G 語言（ Graphics Language）的虛擬儀器開發(fā)工具。 本論文主要介紹虛擬示波器硬件和軟件的開發(fā)過程，以及相關(guān)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識。 本論文的主要工作 我國在科學(xué)技術(shù)方面與世界頂級國家還有一定距離，我國的高檔儀器大部分還要依賴進(jìn)口，這種儀器往往價格昂貴，使用面窄，花很多的外匯只能起到有限的作用，因此，研究虛擬儀器對我國來說具有很重要的意義。國內(nèi)已有幾家廠家在開發(fā)研制虛擬儀器，在數(shù)據(jù)處理軟件方面做出了一些成就。相比而言， Labwindows 是為熟悉 C語言的傳統(tǒng)軟件開發(fā)人員所設(shè)計的。 近年來，世界很多公司推出了不少虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，使儀器的使用者可以開發(fā)組建自己需要的虛擬儀器。據(jù)“世界儀表及自動化”雜志預(yù)測，虛擬儀器在 21 世紀(jì)中期將占到儀器市場 50%左右的份額。 虛擬儀器的概念最初是由美國國家儀器公司（ National Instruments Corp，簡稱 NI）于 1986 年提出， NI公司在 80年代研制和推出了許多總線系統(tǒng)的虛擬儀器，后來，美國 HP公司， Tektronic 公司， Racal 公司也在此方面有了很多進(jìn)展。 （ 4）由于用軟件替代硬件，儀器的更新升級大都只要更新軟件，從而使得儀器的升級換代更加迅速，研發(fā)周期縮短。 （ 2）虛擬儀器大量用應(yīng)用軟件來替代傳統(tǒng)儀器中的硬件，從而使儀器的硬件變得簡單。 （ 1）傳統(tǒng)儀器的控制面板只有一個 ，在這個操作面板上，需要放置各種按鈕，容易導(dǎo)致混亂和混淆。利用計算機(jī)強(qiáng)大的圖形顯示功能，建立虛擬儀器的控制面板，用戶通過對面板的操作實(shí)現(xiàn)對虛擬儀器的操作，就像操作一臺普通的測量儀器一樣。其中，為了與虛擬儀器區(qū)別開來，我們又把前三種稱為傳統(tǒng)儀器。 第 2 章 系統(tǒng)軟件的開發(fā)平臺 Labview 簡介 ............................... 2 labview 的基本概述 ........................................... 2 labview 的模板分析 ........................................... 4 工具模板 ............................................... 4 控件選板 ............................................... 5 函數(shù)選板 ............................................... 6 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................................. 7 數(shù)據(jù)采集技術(shù) ................................................. 7 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號分類 ................................... 7 基于計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部分的作用 ................... 7 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 ........................................... 9 采樣 /保持器的工作原理 ................................. 10 多路轉(zhuǎn)換模擬開關(guān) ...................................... 10 第 4 章 虛擬示波器的軟件設(shè)計 ........................................ 12 系統(tǒng)總體構(gòu)成 ................................................ 13 濾波器 ...................................................... 14 存儲與回放模塊 .............................................. 15 頻譜分析模塊 ................................................ 17 參數(shù)測量模塊 ................................................ 20 第 5 章 虛擬示波器的調(diào)試 ............................................ 22 波形顯示 .................................................... 22 頻譜分析 .................................................... 22 參數(shù)測量 .................................................... 23 第 6 章 結(jié)論和展望 .................................................. 24 參考文獻(xiàn) ........................................................... 25 附錄 致謝 1 第 1 章 緒論 電子測量儀器發(fā)展到今天，總體上經(jīng)過了四個歷程，按出現(xiàn)的時間順序依次為 。 關(guān)鍵 詞 ： 虛擬儀器 虛擬示波器 頻譜分析 數(shù)據(jù)采集 II Abstract Along with the puter technology and software technology is developing rapidly, and the electronic puter in realtime data analysis and processing, storage, show， the advantages of the pared with traditional instruments is more and more obvious. Meanwhile, along with the puter costeffective rising, the price of traditional