【正文】 法： 圖 兩種量化量化誤差＝△ 量化誤差＝△/2 當(dāng)輸入電壓不為的整數(shù)倍時(shí)，必然產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差?？捎脠D 表示：符號(hào)位二進(jìn)制補(bǔ)碼15 圖 二進(jìn)制補(bǔ)碼表示法AD 采樣時(shí)必須滿足采樣定理。帶通信號(hào)采樣定理要求采樣頻率 fs 滿足不等式：2fH／N≤fs≤ 2fL／（N－1） （其中 fH 為帶通信號(hào)的頻率上限，fL 為帶通信號(hào)的頻率下限。對(duì)于含有無(wú)窮高次諧波的信號(hào)，在一定條件下，可以用有限采樣頻率進(jìn)行采樣，而信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)失真。在大多數(shù)情況下，人們感興趣的是從采樣信號(hào)中恢復(fù)有用的信號(hào)。 幾乎所有的測(cè)量、控制或通訊信號(hào)都會(huì)不同程度地受到其它信號(hào)的干擾，特別是電網(wǎng)產(chǎn)生的工頻干擾。很顯然已有的采樣定理還沒(méi)有很好地回答這個(gè)問(wèn)題。為了滿足采樣定理，一般情況下，人們總是采取隔離、屏蔽等措施，并在采樣前加上一級(jí)模擬低通或帶阻濾波器以削弱工頻干擾的影響。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)16 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào) 模擬信號(hào)：在幅值、時(shí)間上均可連續(xù)發(fā)生變化的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。在理想條件下模擬信號(hào)可以精確的表示它所代表的物理量，也就是說(shuō)它喲無(wú)限高的分辨率。數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)無(wú)論在時(shí)間上還是幅值上都不能連續(xù)發(fā)生變化，即都經(jīng)過(guò)了“量化” 。 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)A/D 轉(zhuǎn)換的基本原理在 A/D 轉(zhuǎn)換器中，由于輸入模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出數(shù)字信號(hào)是離散的，所以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬間對(duì)輸入模擬信號(hào)采樣，然后再把這些采樣值轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)字量。如圖 所示。 ）顯然要滿足 ： (max)()2isif??取樣－保持電路 L?為高電平時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管 T 導(dǎo)通,進(jìn)行取樣IFOR???L為低電平時(shí)，T 截止。模擬信號(hào)要經(jīng)過(guò)采樣、量化過(guò)程才能轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。正因?yàn)檫@樣，有時(shí)又把 A/D 轉(zhuǎn)換器叫做編碼器。式中使用了近似符號(hào)是因?yàn)锳/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程中不可避免的存在量化誤差。轉(zhuǎn)換器的種類繁多，分類方法也不統(tǒng)一。目前較普遍的是按比較原理進(jìn)行分類。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)18直接比較型 A/D 轉(zhuǎn)換的具體形式多種多樣，下面介紹幾種形式。轉(zhuǎn)換相當(dāng)于“稱量”電壓的試碼過(guò)程。試碼過(guò)程中，每次加碼是保持還是撤掉，要由加碼后天平的失衡狀況來(lái)決定。圖 所示為逐次比較反饋編碼型 A/D 轉(zhuǎn)換的原理框圖，其主要由比較環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)、比較基準(zhǔn)及累積三大部分構(gòu)成。 圖 逐次比較反饋編碼型 A/D 轉(zhuǎn)換比較環(huán)節(jié)：鑒別各步試碼狀態(tài)，決定新加碼的“取”或“舍” 。比較基準(zhǔn)：提供各級(jí)砝碼，進(jìn)行試碼累計(jì)（加碼累計(jì)） 。逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)：19（1）轉(zhuǎn)換速度高。（2）轉(zhuǎn)換精度高。通常 D/A 轉(zhuǎn)換器容易獲得高精度，從而這種形式的 A/D 轉(zhuǎn)換的精度較高。（3）轉(zhuǎn)換的控制方式及線路復(fù)雜，使用元件較多。（二）線性電壓比較型 A/D 轉(zhuǎn)換線性電壓比較型 A/D 轉(zhuǎn)換中，用作比較 的參考電壓 Vr 是一個(gè)線性增長(zhǎng)（或下降）的斜變電壓（鋸齒波電壓） ，因此這種轉(zhuǎn)換又叫做斜坡型，單斜（單積分）型 A/D 轉(zhuǎn)換它雖然也是通過(guò)兩個(gè)電壓直接比較對(duì)輸入電壓進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)換，但是與逐次比較反饋編碼技術(shù)不同，不是在比較測(cè)量過(guò)程中直接進(jìn)行量化和編碼，而是通過(guò)中間量——時(shí)間間隔間接進(jìn)行的。它具有直接比較型轉(zhuǎn)換的共同特點(diǎn)——瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)20 圖 線性電壓比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理圖比較器對(duì)輸入電壓和參考電壓 Vr 進(jìn)行比較，并通過(guò)門控電路控制計(jì)數(shù)器門。這種技術(shù)又叫做數(shù)字斜坡技術(shù)。 一般以輸出二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)表示。轉(zhuǎn)換誤差——它表示 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。例如，相對(duì)誤差≤177。（2）轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度——可用轉(zhuǎn)換時(shí)間表示,指從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來(lái)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。 D/A 轉(zhuǎn)化技術(shù)D/A 轉(zhuǎn)換是將輸入的數(shù)碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量輸出，起到解碼作用，故又稱為譯碼或解碼器。（一） 、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器，如圖 所示。???iRFo?)(0123IIF?2310ddRVE?? )2(0134F?)22( 011 ddVnnnREo ?????? DVnREF??：，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；，差別大，不易集成。23圖 倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器1. 電阻網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：模擬開(kāi)關(guān) Si 不論接何位置，都相當(dāng)于接地。：電阻種類少，便于集成；開(kāi)關(guān)切換時(shí)，各點(diǎn)電位不變。（三） 、權(quán)電流型 D/A 轉(zhuǎn)換器如圖 所示，在權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器和倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器中，若模擬開(kāi)關(guān)不是理想開(kāi)關(guān)，其導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降將影響轉(zhuǎn)換精度。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)24 圖 權(quán)電流型 D/A 轉(zhuǎn)換器FORi???)(02123243ddIIII ?01234F?電阻 REi 的種類多。 D/A 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度1）轉(zhuǎn)換精度通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述。表示方法：（1)用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；如 8 位。nREFV2：)1(?n= 2n2）轉(zhuǎn)換誤差：由于電路各部分都有誤差，還要給出誤差來(lái)表示實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。它表示實(shí)際的 D/A 轉(zhuǎn)換特性和理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。如：1LSB。如：％FSR。但具有不同的特點(diǎn)。O?DVnREF2??(2)運(yùn)放零點(diǎn)漂移引起的誤差稱為漂移誤差或平移誤差。非線性誤差有時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換特性局部非單調(diào)性，從而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。建立時(shí)間：從輸入信號(hào)變化開(kāi)始到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差 1/2LSB 范圍以內(nèi)的時(shí)間。不包含運(yùn)放的 DAC 建立時(shí)間可達(dá) 。 RsTRSVt(max)0(max)??其中： (ax)為轉(zhuǎn)換時(shí)間， st為建立時(shí)間，SR 為運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)換速率。該板卡的主要性能如下：◆ 16 路模擬信號(hào)輸入通道，采樣率為 250kS/s，輸入范圍為10V～+10V；◆ 2 路模擬量輸出通道，分辨率為 16 位；◆ 24 路數(shù)字 I/O，數(shù)字觸發(fā)；◆ 2 個(gè) 32 位定時(shí)計(jì)數(shù)器；◆ NIDAQmx 測(cè)試軟件和硬件配置支持；◆ NIMCal 校準(zhǔn)支持；◆ NIST 校準(zhǔn)證書(shū)和多于 70 多種的信號(hào)調(diào)理模塊選擇。在安裝插卡時(shí)，用戶不需要設(shè)置任何跳線和 DIP 撥碼開(kāi)關(guān)。（2）單端或差分混合的模擬量輸入PCI6221 有一個(gè)自動(dòng)通道/增益掃描電路。卡上的 SRAM 存儲(chǔ)了每個(gè)通道不同的增益值及配置。27（3） 卡上 FIFO(先入先出)存儲(chǔ)器PCI6221 卡上有一個(gè) FIFO 緩沖器,它能存儲(chǔ) 4K 的 A/D 采樣值。該特性提供了連續(xù)高速的數(shù)據(jù)輸入及 Windows 下更可靠的性能。計(jì)數(shù)器芯片為 82C54 或與其兼容的芯片，它包含了三個(gè) 16 位的 10MHz 時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器。另外兩個(gè)級(jí)聯(lián)在一起，用作脈沖觸發(fā)的 32 位定時(shí)器。該電纜采用雙絞線，并且模擬信號(hào)線和數(shù)字信號(hào)線是分開(kāi)屏蔽的。 安裝與測(cè)試軟件的安裝： 第一步：將啟動(dòng)光盤插入光驅(qū)； 第二步：安裝執(zhí)行程序?qū)?huì)自動(dòng)啟動(dòng)安裝 。第三步: 點(diǎn)擊 CONTINUE,出現(xiàn)圖 界面: 圖 驅(qū)動(dòng)安裝第四步:選擇點(diǎn)擊您所安裝的板卡型號(hào),然后按照提示就可一步一步完成驅(qū)動(dòng)程序的安裝。 ） 第二步：檢查板卡是否安裝正確，可以通過(guò)右擊“我的電腦” ，點(diǎn)擊“屬性”，彈出 “系統(tǒng)屬性 ”框；選中 “硬件”頁(yè)面，點(diǎn)擊“設(shè)備管理器”；將彈出畫面，如圖 所示：從圖中可以看到板卡已經(jīng)成功安裝。 計(jì)算機(jī)上已經(jīng)安裝好某個(gè)產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)程序后，它前面將沒(méi)有紅色叉號(hào), 說(shuō)明驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)安裝成功。 點(diǎn)擊“Setup”彈出下圖，可設(shè)置模擬輸入通道是單端輸入或是差分輸入以及兩個(gè)模擬輸出通道 D/A 轉(zhuǎn)換的參考電壓。 到此，PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡的軟件和硬件已經(jīng)安裝完畢,可進(jìn)行板卡測(cè)試。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)30圖 模擬輸出功能測(cè)試個(gè)模擬輸出通道可以通過(guò)軟件設(shè)置選擇輸出正弦波、三角波、方波，您也可以設(shè)置輸出波頻率以及輸出電壓幅值。 （2）數(shù)字量輸入功能測(cè)試 在測(cè)試界面中點(diǎn)擊數(shù)字量輸入標(biāo)簽，彈出圖 所示界面。例如，將通道 0 對(duì)應(yīng)管腳31DI0 與數(shù)字地 DGND 短接，則通道 0 對(duì)應(yīng)的狀態(tài)指示燈(Bit0)變綠，在 DI0 與數(shù)字地之間接入+5V 電壓，則指示燈變紅。沒(méi)有地端的信號(hào)源稱為“浮動(dòng)”信號(hào)源,在這種模式下， PCI6221 為外部浮動(dòng)信號(hào)源提供一個(gè)參考地。差分輸入需要兩根線分別接到兩個(gè)輸入通道上，測(cè)量的是兩個(gè)輸入端的電壓差。為了避免共模干擾，您可以將信號(hào)地連到低電壓輸入端。 模擬信號(hào)輸出連接及外圍電路（1）PCI6221 有兩個(gè) D/A 轉(zhuǎn)換通道，AO0OUT、AO1OUT，您可以使用內(nèi)部提供的5V/10V 的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生 0 到+5/+10 的模擬量輸出，您也可以使用外部基準(zhǔn)電壓 AO0REF、AO1REF，外部基準(zhǔn)電壓范圍是10V/+10V，比如外部參考電壓是7V 則輸出 0V 到+7V 的輸出電壓。 設(shè)計(jì)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(guó)國(guó)家儀器公司提滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)34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(kāi)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(jiǎn)易基于LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中必須考慮以下因素：開(kāi)發(fā)成本低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、開(kāi)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(kāi)關(guān)、圖表和其他界面工具，允許用戶通過(guò)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(kāi)來(lái)，修改人機(jī)界面無(wú)需對(duì)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(jiǎn)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(kāi)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(duì)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透拍睿欣谲浖拈_(kāi)發(fā)和再利用；（3）對(duì)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(kù)函數(shù)和例子，對(duì)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(kāi)發(fā)速度；（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(kù)（DLL）中的函數(shù)以及 C 語(yǔ)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(duì)象聯(lián)接與嵌入（OLE） 、結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言35（SQL） 、便于與其他 Windows 應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)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(kāi)發(fā)了一系列與 LABVIEW 配合使用的軟件包，如自動(dòng)測(cè)試工具、可連接 25 種數(shù)據(jù)庫(kù)的 SQL 工具、SPC 分析函數(shù)工具、信號(hào)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(kāi)發(fā)環(huán)境，運(yùn)行速度等同于編好的 C 或 C++程序。 總體設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)的是智能火車車輪測(cè)試系統(tǒng)，主要進(jìn)行了信號(hào)的采集和顯示、濾波及分析。 程序的流程圖上位虛擬儀器程序流程圖如圖所示：初始化數(shù)據(jù)采集讀取數(shù)據(jù)濾波處理數(shù)據(jù)分析停止 ？停止YN讀取消息隊(duì)列停止 ？Y停止N發(fā)送到消息隊(duì)列流程圖簡(jiǎn)介：程序運(yùn)行后，先并行的讀采集卡的數(shù)據(jù)，然后送到消息隊(duì)列。最后再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。3．3 LABVIEW 簡(jiǎn)介 LABVIEW 是（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)）是一個(gè)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。但是 LABVIEW 的特點(diǎn)在于：它使用圖形化編程語(yǔ)言 G 在流程圖中創(chuàng)建源程序，而沒(méi)有使用基于的文本語(yǔ)言來(lái)產(chǎn)生源程序代碼。無(wú)論是使用基于計(jì)算機(jī)的插入式儀器設(shè)備，還是使用 GPIB，VXI，Ether 接口或是串口的獨(dú)立儀器設(shè)備，LABVIEW 內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)和具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件都可以對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。數(shù)據(jù)采集卡是進(jìn)行高速直接控制以及低速控制的理想設(shè)備。LABVIEW 具有許多特性，能使測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用方案完成適用于用戶企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，能將應(yīng)用方案以網(wǎng)頁(yè)的形式發(fā)表，或在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。LABVIEW 專業(yè)版開(kāi)發(fā)系統(tǒng)包