【正文】 且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn) ， 并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。這 時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多以軟件為主 ， 實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì) DAC 的程序控制 ， 就可以得到各種簡單的波形。 隨著現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理等技術(shù)的發(fā)展 ， 極大促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在電子測量儀器中的應(yīng)用 ， 使原有的模擬信號(hào)處理逐步被數(shù)字信號(hào)處理所代替 ， 從而擴(kuò)充了儀器信號(hào)的處理能力 ， 提高了信號(hào)測量的準(zhǔn)確度、精度和變換速度 ， 克服了 模擬信號(hào)處理的諸多缺點(diǎn) ， 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器隨之發(fā)展起來。 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 2 波 形 發(fā) 生電 路D / A轉(zhuǎn) 換 電 路I / O控 制控 制信 號(hào) 輸 出鍵 盤顯 示控 制芯 片信 號(hào) 采 集 圖 信號(hào)發(fā)生器基本原理框圖 信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用非常廣泛 ， 種類繁多。其次 ， 信號(hào)發(fā)生器按輸出波形又可分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、脈沖波信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和任意波發(fā)生器等。一般傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器都采用諧振法 ， 即用具有頻率選擇性的回路來產(chǎn)生正弦振蕩 ， 來 獲得所需頻率。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展 ， 新的測試?yán)碚?、測試方法、測試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn) ， 在許多方面已經(jīng)沖破了傳統(tǒng)儀器的概念 ， 電子測量儀器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的變化。盡管迄今為止虛擬儀器還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義 ， 但是一般認(rèn)為：虛擬儀器是在 PC 基礎(chǔ)上通過增加相關(guān)硬件和軟件構(gòu)建而成的、具有可視化界面的可重用測試儀器系統(tǒng) [2]。使用虛擬儀器系統(tǒng)可以避免儀器編程過程中的 大量重復(fù)性勞動(dòng) ， 從而大大縮短復(fù)雜程序的開發(fā)時(shí)間 ， 并且客戶可以用不同的模塊來構(gòu)造自己的虛擬儀器系統(tǒng) ， 選擇統(tǒng)一的測試策略。而虛擬儀器的各種優(yōu)點(diǎn)讓用戶可放心地舍棄舊的傳統(tǒng)測量設(shè)備 ， 接受更新型、以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的虛擬儀器系統(tǒng)。 此外 ， 新型筆記本電腦又把虛擬儀器 的便攜性和強(qiáng)大功能推向一個(gè)新的水平。在測量、檢測、電信、監(jiān)控、教育等方面的應(yīng)用已廣泛開展。信號(hào)的頻率 、 幅值 和 占空比 等 波形 參數(shù)可按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 4 2 虛擬儀器 虛擬儀器的概述 虛擬儀器的概念是由美國國家儀器公司最先提出的 [5]。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測量儀器。 該技術(shù)把儀器分為計(jì)算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件三部分 [6]。 虛擬儀器的特點(diǎn)及優(yōu)勢 虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的功能化硬件模塊和計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成的電子測試儀器 ， 而軟件是虛擬儀器的核心 [7]， 如圖 所示 ， 其中軟件的基礎(chǔ)部分是設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件 ， 而這些標(biāo)準(zhǔn)的儀器驅(qū)動(dòng)軟件使得系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關(guān)。虛擬儀器中應(yīng)用程序?qū)⒖蛇x硬件和可重復(fù)用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起 ， 實(shí)現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時(shí)與觸發(fā)。這樣 ， 當(dāng)用戶從一個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)向另一個(gè)項(xiàng)目時(shí) ， 就能簡單地構(gòu)造出新的VI 系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源 [8]。虛擬儀器技術(shù)十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢 ， 因而常被稱作“軟件儀器”。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨(dú)立儀器無法比擬的優(yōu)勢 。在中低檔測試領(lǐng)域 ， 虛擬儀器可取代一部分獨(dú)立儀器的工作 ， 但完成復(fù)雜環(huán)境下的自動(dòng)化測試是虛擬儀器的 強(qiáng)項(xiàng) ， 這 是傳統(tǒng)的獨(dú)立儀器難以勝任的。由此導(dǎo)致許多識(shí)讀和操作錯(cuò)誤。這樣 ， 在每個(gè)分面板上就可以實(shí)現(xiàn)功能操作的單純化和面板布置的簡潔化 ， 從而提高操作的正確性和便捷性。 2）在通用硬件平臺(tái)確定后 ， 軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。 4）儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需更新相關(guān)軟件設(shè)計(jì) ， 不需購買新儀器。 6）由于其以 PC 為核心 ， 使得許多數(shù)據(jù)處理的過程不必像過去那樣由測試儀器本身來完成 ， 而是在軟件的支持下 ， 利用 PC 機(jī) CPU 的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來完成 ，使得基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)的測試精度、速度大為提高 ， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、多任務(wù)測量。 8）虛擬儀器 在高性價(jià)比的條件下 ， 降低 了 系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用 ， 縮短技術(shù)更新周期。這是一種新型的基于Web 技術(shù)的虛擬儀器，使得虛擬儀器測試系統(tǒng)成為 Inter 的一部分，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控和管理。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小 ， 這類儀器功能也越來越強(qiáng)大 ， 目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系 統(tǒng)的儀器。 虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。 采 集 與 控 制插 入 式 數(shù) 據(jù) 采 集 板G P I B 儀 器V X I / P X I 儀 器R S 2 3 2 儀 器數(shù) 據(jù) 分 析 和 處 理數(shù) 字 信 號(hào) 處 理數(shù) 字 濾 波統(tǒng) 計(jì) 分 析數(shù) 值 分 析結(jié) 果 顯 示網(wǎng) 絡(luò) 通 信硬 盤 拷 貝 輸 出文 件 I / O圖 形 用 戶 接 口 圖 虛擬儀器 的內(nèi)部功能的劃分 對(duì)于傳統(tǒng)儀器，這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成 。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計(jì)日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化， 使 設(shè)計(jì)工作量大大減小。系統(tǒng)軟件部分通常用專用的虛擬儀器開發(fā)語言編寫而成，并可通過 Inter 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。可根據(jù)實(shí)際情況采用不同的 I/O 接口硬件設(shè)備 ， 如數(shù)據(jù)采集卡 /板 (DAQ)、 GPIB 總線儀器、 VXI總線儀器、串口儀器、 USB 等。 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 7 被 測 信 號(hào)P C D A QG P I B 儀 器串 口 儀 器V X I 模 塊P X I 模 塊計(jì) 算 機(jī) 圖 虛擬儀器構(gòu)成方式 1） DAQ(Data Acquisition)數(shù)據(jù)采集卡是指基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線 (如 ISA、 PCI、 USB等 )的內(nèi)置功能插卡。在性能上 ， 隨著 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù) ， 濾波技術(shù)和信號(hào)調(diào)理技術(shù)的發(fā)展 ， DAQ 卡的采樣速率已達(dá) 1GB/s， 精度高達(dá) 24 位 ， 通道數(shù)高達(dá) 64 個(gè) ， 并具有數(shù)字 I/O， 模擬 I/O 和計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器等通道。在計(jì)算機(jī)上掛接多個(gè) DAQ 功能模塊 ， 配合相應(yīng)的軟件 ， 就可以構(gòu)成一臺(tái)具有多功能的測試儀器。對(duì)我國大多數(shù)用戶來說 ， 它具有很高的性價(jià)比 ， 是一種特別適合我國國情的虛擬儀器方案。 GPIB 的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議以納入國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 和 ，它是最早的儀器總線 ， 目前多數(shù)儀器都配備了遵循 IEEE488 的 GPIB 接口。每臺(tái) GPIB 儀器有單獨(dú)的地址 ， 由計(jì)算機(jī)控制操作。基于 GPIB總線結(jié)構(gòu)的接口卡數(shù)據(jù)傳輸速率一般低于 500kb/s， 不適合對(duì)系統(tǒng)速度要求較高的應(yīng)用。儀器專用總線在吸收 IEEE488 的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上 ， 增加了 10MHz 時(shí)鐘線 、 模擬和數(shù)字混合總線 、 星形總線等高速總線 ， 定時(shí)關(guān)系嚴(yán)格 ， 兼有計(jì)算機(jī)總線和儀器總線的優(yōu)點(diǎn)。其核心是 Compact PCI 結(jié)構(gòu)和 Microsoft Windows 軟件。 PXI 增加了用于多個(gè)板卡同步的觸發(fā)總線和 10MHz 參考時(shí)鐘 ， 用于精確定時(shí)的星形觸發(fā)總線 ， 以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等 ， 來滿足實(shí)驗(yàn)和用戶的要求。 RS232 總線是早期采用的通用串行總線 ， 將帶有 RS232 標(biāo)準(zhǔn)總線 接口的儀器作為 I/O 接口設(shè)備 ， 通過 RS232 串口總線與計(jì)算機(jī)組成虛擬儀器系統(tǒng)目前仍然是虛擬儀器構(gòu)成方式之一 ， 主要適用于速度較低的測試系統(tǒng)。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應(yīng)用軟件。這些軟件開發(fā)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的儀器軟面板設(shè)計(jì)工具和各種數(shù)據(jù)處理工具 ， 再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅(qū)動(dòng) 程序模塊 ， 簡化了虛擬儀器的設(shè)計(jì)工作。 硬 件 驅(qū) 動(dòng) 程 序數(shù) 據(jù) 處 理用 戶 界 面 圖 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器的開發(fā)軟件 虛擬儀器的開發(fā)語言 虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標(biāo)準(zhǔn) C、 Visual C++、 Visual Basic 等通用程序開發(fā)語言。這些工作對(duì)于那些不熟悉這方面知識(shí)的工程設(shè)計(jì)人員來說 ， 需 要花費(fèi)大量時(shí)間和精力 ， 這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。 LABVIEW 采用圖形化編程方案 ， 是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。除此以外還有 HP 公司的 HPVEE ， HPTIG 開發(fā)平 臺(tái) ， 美國Tektronix 公司的 EzTest， TekTNS 平臺(tái)軟件 ， 這些都是國際上公認(rèn)的優(yōu)秀的虛擬儀器開發(fā)軟件平臺(tái) [11]。 LABVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器 ， 圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。而LABVIEW 是基于數(shù)據(jù)流的工作方式 ， 同時(shí) 也 是基于圖形化的編程 ， 這使得設(shè)計(jì)者不必掌握大量的編程語言和程序設(shè)計(jì)技巧便可設(shè)計(jì)出虛擬儀器系統(tǒng) [11]。 LABVIEW 具有一系列無與倫比的優(yōu)點(diǎn)：首先 ， LABVIEW 作為圖形化語言編程 ， 采用流程圖式的編程 ， 運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致 ， 這使得編程過程和思維過程非常相似；同時(shí) ， LABVIEW 提供了豐富的 VI 庫和儀器面板素材庫 ， 近 600 種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序 ， 如 GPIB 設(shè)備控制、 VXI 總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)；并且 LABVIEW 還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱 ， 使得用戶能夠設(shè)置斷點(diǎn) ， 調(diào)試過程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動(dòng)態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程 ， 更加便于程序的調(diào)試。 利用 LABVIEW ，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的 32 編譯器。 基于 LABVIEW 平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì) 所有的 LABVIEW 應(yīng)用程序 ， 即虛擬儀器 (VI)， 它包括前面板 (Front Panel)、流程圖 (Block Diagram)以及圖標(biāo) /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分 [13]。但并非畫出兩個(gè)控件后