【正文】 智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，可以進(jìn)行自動(dòng)測試和數(shù)據(jù)處理功能，可能代替部分腦力工作，習(xí)慣上稱為智能儀器。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。NI 公司同時(shí)也提出了“軟件即儀器”的口號，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由廠家定義，用戶無法改變的局面，從而引起了儀器和自動(dòng)化工業(yè)的一場革命。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。 虛擬儀器的概念虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(jī)、軟件的功能模塊和儀器硬件結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面（通常叫做虛擬前面板，簡稱前面板）來操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)個(gè)人儀器一樣，從而完成對被測信號的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)字存儲(chǔ)等。虛擬一起1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(tái)虛設(shè)的電子儀器。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，當(dāng)基本硬件確定以后，就可以通過不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。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(chǔ)等方面的限制，達(dá)到傳統(tǒng)儀器無法比擬的效果。虛擬儀器還可以廣泛用于電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等多個(gè)方面。虛擬儀器的構(gòu)成如圖 所示。它可以取代測量技術(shù)在傳統(tǒng)領(lǐng)域的各類儀器。 “沒有測量就沒有鑒別，科學(xué)技術(shù)就不能前進(jìn)。圖形化編程平臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展和完善是虛擬儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。我國還基本處于傳統(tǒng)儀器與計(jì)算機(jī)化儀器互相分離的狀態(tài)，世界各大相關(guān)的產(chǎn)品商家都在向中國這個(gè)巨大的市場進(jìn)軍。一方面，大力引進(jìn)國外虛擬儀器方面的生產(chǎn)技術(shù)；另一方面，發(fā)展基于計(jì)算機(jī)的插卡式硬件模塊為主的測控技術(shù)，發(fā)展圖形化平臺(tái)的軟件產(chǎn)品，充分利用我們現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)及測控技術(shù)硬件，縮短與國際先進(jìn)水平的差距。隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬儀器將向高性能、多功能、集成化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。硬件平臺(tái)主要完成對被測信號的進(jìn)行調(diào)理和采集。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。因此在本設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集裝置主要基于聲卡和 labview 模擬數(shù)據(jù)采集。虛擬儀器的發(fā)展已經(jīng)具有快 30 年的歷史，聲卡采集是不可缺少的內(nèi)容。第二章，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：首先講述 Labview 軟件創(chuàng)建過程，過度到設(shè)計(jì)方案3的比較，進(jìn)而講述了聲卡采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。第四章，程序設(shè)計(jì)顯示：本章是重點(diǎn)，主要介紹程序的使用方法和程序的調(diào)試結(jié)果。42 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集由硬件和功能模塊軟件兩部分組成。 Labview 軟件創(chuàng)建過程創(chuàng)建 Labview 軟件的過程大體分為以下五步：（1）需求分析。在創(chuàng)建開發(fā)原型的過程中，開發(fā)人員要與程序的最終使用人員進(jìn)行充分的交流。（2）軟、硬件的選擇。針對一些特殊的任務(wù)，LABVIEW 還提供一些附加的工具包，非常方便。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。（3）設(shè)計(jì)用戶界面。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。一致性包括：①一個(gè) VI 程序的 GUI 之間要保持一致；②VI 的 GUI 要與平時(shí)大家用的應(yīng)用程序色調(diào)一致。（4）程序設(shè)計(jì)。（5）程序測試。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。此外，局部變量和屬性節(jié)點(diǎn)也要引起注意。5 設(shè)計(jì)方案的比較 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。美國國家儀器公司提出的“軟件即儀器” （The Software is the Instrument）形象的概況了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。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。主要有 Microsoft 公司的 Visual Basic 與 Visual C++，Borland 公司的 Delphi，Sybase 公司的 Power Builder。如 HP 公司的 HPVEE，NI 公司的 LABVIEW Lab windows/CVI 等。設(shè)計(jì)一個(gè)簡易數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中必須考慮以下因素：開發(fā)成本低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、開放性架構(gòu)易于擴(kuò)充。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。LABVIEW 將軟件的界面設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)獨(dú)立開來，修改人機(jī)界面無需對整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)整，LABVIEW 是利用數(shù)據(jù)流框圖接受指令，使程序簡單明了，充分發(fā)揮了圖形化編程環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。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 作為開發(fā)環(huán)境具有的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下所述：（1）圖形編程化，降低了對使用者編程經(jīng)驗(yàn)的要求，易于工程師使用；（2）采用面向?qū)ο蟮姆椒ê透拍?，有利于軟件的開發(fā)和再利用；（3）對象、框圖及其構(gòu)成的虛擬儀器在 Windows，Windows NT、UNIX 等多平臺(tái)之間和各種 PC 機(jī)及工作站間兼容，便于軟件移植；（4）支持 550 多種標(biāo)準(zhǔn)總線設(shè)備及數(shù)據(jù)采集卡，如串行接口、GPIB、VXI 等；（5）具有豐富的庫函數(shù)和例子，對于大多數(shù)應(yīng)用程序，用戶可以從例子中取得程序框架，便于提高開發(fā)速度；6（6）具有比較完備的代碼接口，可調(diào)用 Windows 中的動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）中的函數(shù)以及 C 語言程序，以彌補(bǔ)自身的某些不足；（7）直接支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE） 、對象聯(lián)接與嵌入（OLE） 、結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL） 、便于與其他 Windows 應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序接口；（8）支持 TCP，UDP 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，可遙控分布在其他微機(jī)上的虛擬儀器設(shè)備；（9）為加強(qiáng) LABVIEW 的功能，適應(yīng)各種工業(yè)應(yīng)用的需要，NI 公司又開發(fā)了一系列與LABVIEW 配合使用的軟件包，如自動(dòng)測試工具、可連接 25 種數(shù)據(jù)庫的 SQL 工具、SPC 分析函數(shù)工具、信號處理套件、PID 控制工具、圖形控制工具等。LABVIEW 是至今唯一帶有可以生產(chǎn)最佳編碼的編譯器的圖形化開發(fā)環(huán)境，運(yùn)行速度等同于編好的 C 或 C++程序。 聲卡采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)商用數(shù)據(jù)采集卡具有較大的通用性，但其價(jià)格比較昂貴，在具體的應(yīng)用場合，有些功能可能并不實(shí)用。計(jì)算機(jī)中的聲卡本身就是一個(gè) A/D，D/A 的轉(zhuǎn)化裝置，并且造價(jià)低廉，對于設(shè)計(jì)者而言，在 PC 上完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，成本幾乎為 0；性能穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)中完全可以滿足要求。聲卡的作用從數(shù)據(jù)采集的角度看，聲卡是一種音頻范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡，是計(jì)算機(jī)與外部的模擬量間環(huán)境聯(lián)系的重要途徑。聲卡的主要功能包括錄制與播放、編輯與合成處理、MIDI 接口三個(gè)部分。注意，在錄制和回放時(shí)，不僅要進(jìn)行 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換，還要進(jìn)行壓縮和解壓縮處理。（3）MIDI（Musical Instrument Digital Interface 樂器數(shù)字接口）接口通過 MIDI 接口和波表合成，可以記錄和回放各種接近真實(shí)樂器原聲的音樂。聲卡的硬件結(jié)構(gòu) 圖 21 是一個(gè)聲卡的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。其中，輸出接口有 2 個(gè)，分別是 Ware Out 和 SPK Out。這些接口可以用來作為雙通道信號發(fā)生器的輸出。注意，這兩個(gè)輸入端口都有隔直電容，這意味著直流信號不能被聲卡所接受。另外這兩個(gè)通道是共地的。這個(gè)數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音也就越真實(shí)。例如，8 位代表 ；16 位的代表 。（2）采樣頻率目前，聲卡的最高采樣頻率為 ，少數(shù)達(dá)到 48kHz。 只能達(dá)到 FM廣播的聲音品質(zhì)； 是理論上的 CD 音質(zhì)界限，48kHz 則更好一些。使用聲卡比較大的局限在于，它不允許用戶在最高采樣頻率之下隨意設(shè)定采樣頻率，而只能分為 4 檔設(shè)定。用戶基本上不可能控制整周期采樣，只能通過信號處理的方法來彌補(bǔ)非整周期采樣帶來的問題。為了在一個(gè)簡易的結(jié)構(gòu)下較好的完成某個(gè)任務(wù)，聲卡緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)有其獨(dú)到之處。在這種工作方式下，聲卡的 A/D、D/A 都對某一緩沖區(qū)進(jìn)行操作。計(jì)算機(jī)總線的數(shù)據(jù)傳輸速率非常高，讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)所用時(shí)間極短，不會(huì)影響 A/D 變換的連續(xù)性。聲卡輸出聲音是的 D/A 變換也是類似的。這是由于對 x86 系列處理器來說，在保護(hù)模式（Windows 等系統(tǒng)使用的 CPU 工作方式）下，內(nèi)存以 8KB 為單位被分成很多頁，對內(nèi)存的任何訪問都是按頁進(jìn)行，CPU 保證了讀寫 8KB 長度的內(nèi)存緩沖區(qū)時(shí)，速度足夠快，并且一般不會(huì)被其他外來事件打斷。（4）沒有基準(zhǔn)電壓聲卡不提供基準(zhǔn)電壓，因此無論是 D/A 還是 A/D 在使用時(shí)，都需要用戶自己參照基準(zhǔn)電壓進(jìn)行標(biāo)定。聲卡用于數(shù)據(jù)采集時(shí)的一些設(shè)置（1）聲卡的設(shè)置一般聲卡主要用于輸出聲音，輸入部分可能沒有處于正常工作狀態(tài)。如果不正常，需要檢查聲卡的設(shè)置。下面介紹對 Line In 和 Mic In 的檢查和設(shè)置。注意圖 32 中的相關(guān)功能都不能處于靜音狀態(tài)。9圖 22 （a）音量控制窗口圖 22 音量控制窗口和音量控制屬性對話框（2）硬件連接硬件連接采用兩種連接線：1 一條一頭是 插孔，另一頭是鱷魚夾的連接線，2 是雙頭為 插孔的音頻連接線（在市場上可以買的到） 。連接時(shí)要注意區(qū)分 Mic In 口和 SPK Out 口，不要把它們當(dāng)作 Line In 與 Line Out 接入。103 軟件模塊的設(shè)計(jì)在本章中詳細(xì)介紹各個(gè)功能模塊及其生成過程。通過波形的顯示，最后把波形的其他參數(shù)以數(shù)字的形式