【正文】 尋求例程，參考例程可以避免重復(fù)前人做過的工作；接下來就是根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)選擇程序設(shè)計(jì)方法，自上而下或者自下而上。（5）程序測(cè)試。測(cè)試過程是項(xiàng)目開發(fā)的重要組成部分。測(cè)試應(yīng)該從底層的 VI 開始，然后再測(cè)試較大的模塊，最后進(jìn)行整體測(cè)試。測(cè)試中還要特別關(guān)注全局變量對(duì)程13序的影響。此外，局部變量和屬性節(jié)點(diǎn)也要引起注意。對(duì)于高級(jí)程序員來說，還要考慮程序的性能如何，能否滿足速度與響應(yīng)的要求以及內(nèi)存的使用情況。 數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)知識(shí)在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問題要解決。所有的控制都是建立在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上的，沒有數(shù)據(jù)采集就沒有控制。數(shù)據(jù)的采集是一切控制的基礎(chǔ)。所以在此做數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)的講解。 采樣定理采樣：把在時(shí)間上是連續(xù)的輸入模擬信號(hào) ui 轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上是斷續(xù)的信號(hào)，輸出脈沖波的包絡(luò)仍反映輸入信號(hào)幅度的大小。取樣定理，采樣信號(hào)的頻率 fs 和輸入模擬信號(hào)的最高頻率 fimax 之間必須滿足下述條件: fs≥2fimax 因?yàn)槊看伟讶与妷恨D(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時(shí)間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時(shí)間。在用數(shù)字量表示取樣電壓時(shí)，也必須把它化成這個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)，這個(gè)轉(zhuǎn)化過程就叫做量化。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用 S 表示。 量化。把輸出數(shù)字量為 1 時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓稱為量化單元，記做。當(dāng)輸出數(shù)字量為 D 時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓應(yīng)為 D ，即量化單元的整數(shù)倍。因此，對(duì)于任意輸入模擬電壓, 首先 應(yīng)把它量化為 的整數(shù)倍。這就是量化。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)14編碼是把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示。把編碼后的二進(jìn)制代碼輸出就得到A/D 轉(zhuǎn)換的輸出信號(hào)，對(duì)同一正弦波，若 S 越小，誤差將越小，編碼時(shí)所需二進(jìn)制代碼的位數(shù)就越多，對(duì)器件要求也越高。量化和編碼是在同一個(gè)電路中完成的。下圖說明了兩種量化方法： 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。輸入為雙極性時(shí)：輸出一般采用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示?？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。香農(nóng)采樣定理給出了低通型帶限信號(hào)的最低采樣頻率，即采樣頻率 fs 必須大于被測(cè)信號(hào)最高頻率的兩倍，采樣后的信號(hào)才不會(huì)出現(xiàn)混頻現(xiàn)象。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。 ）多個(gè)帶通信號(hào)的欠采樣方法及其應(yīng)用解決了多個(gè)射頻信號(hào)直接帶通采樣問題和寬帶數(shù)字下變頻的高效實(shí)現(xiàn)問題。對(duì)于含有無窮高次諧波的信號(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。采樣定理的出發(fā)點(diǎn)是從采樣數(shù)據(jù)中能夠完全恢復(fù)原始信號(hào)。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)。對(duì)于正弦信號(hào)干擾下的帶通信號(hào)，如何無混疊地進(jìn)行測(cè)量是一個(gè)有待解決的問題。 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。這種帶有干擾的有效信號(hào)（低通或帶通） ，它除了含有有效的帶限信號(hào)頻譜外，在干擾信號(hào)頻率點(diǎn) f0 處有一單一頻率的譜線，即含有工頻周期干擾信號(hào)的頻譜。很顯然已有的采樣定理還沒有很好地回答這個(gè)問題。如果依據(jù)香農(nóng)定理對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣沒有問題，但是代價(jià)也許比較大，如必須使用高速 A／D 轉(zhuǎn)換器等。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。盡管如此，采樣得到的信號(hào)有時(shí)候仍然含有一定的工頻干擾成分。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)。普通模擬信號(hào)指的是電子模擬信號(hào)可連續(xù)發(fā)生變化的電壓或電流。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，也就是說它喲無限高的分辨率。實(shí)際上每個(gè)信號(hào)總要疊加上噪音，這就使模擬信號(hào)的精度受到限制。數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)無論在時(shí)間上還是幅值上都不能連續(xù)發(fā)生變化，即都經(jīng)過了“量化” ?？梢姅?shù)字信號(hào)只能表示有限種可能狀態(tài)，它的分辨率是有限的，由數(shù)字位數(shù)決定。 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。A/D 轉(zhuǎn)換的基本步驟：采樣（取樣） ；保持；量化；編碼。如圖 所示。17 圖 采 樣取樣定理：為保證從取樣信號(hào)恢復(fù)被取樣信號(hào)，必須滿足 ?sf2(max)i（在實(shí)際的取樣保持電路中有一個(gè)取樣控制信號(hào)，它的頻率就是取樣信號(hào)頻率。 ）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。取樣電容 CH 上的電荷無泄放回路，將保持。模擬信號(hào)要經(jīng)過采樣、量化過程才能轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器來說，出采樣、量化外還要進(jìn)行編碼。正因?yàn)檫@樣，有時(shí)又把 A/D 轉(zhuǎn)換器叫做編碼器。一個(gè)理想的 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出關(guān)系可用下式表示： D≈( a1+a2+a3+…+an)Vr=DVr式中的 D 是轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出，Vr 為基準(zhǔn)電壓。式中使用了近似符號(hào)是因?yàn)锳/D 轉(zhuǎn)換過程中不可避免的存在量化誤差。A/D 轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用范圍廣，發(fā)展迅速。轉(zhuǎn)換器的種類繁多，分類方法也不統(tǒng)一。如可按轉(zhuǎn)換速度分類，也可按轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換位數(shù)、轉(zhuǎn)換原理等進(jìn)行分類。目前較普遍的是按比較原理進(jìn)行分類。按這樣分類法 A/D 轉(zhuǎn)換可分為三大類：直接比較型，間接比較型和復(fù)合型。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。（一）逐次比較反饋編碼型 A/D 轉(zhuǎn)換這種模型類似一架自動(dòng)“電壓天平” ，其“砝碼”是一組不都量值的參考電壓。轉(zhuǎn)換相當(dāng)于“稱量”電壓的試碼過程。試碼是從最高（權(quán)）砝碼開始到最低（權(quán)）砝碼依次逐一進(jìn)行，最低砝碼試畢轉(zhuǎn)換結(jié)束。試碼過程中，每次加碼是保持還是撤掉，要由加碼后天平的失衡狀況來決定。最后保留的砝碼總和即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。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。各環(huán)節(jié)構(gòu)成了一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。 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” 。但 Vx﹥0 時(shí)，若△V=VxVf≥0 則加碼保持，編碼器計(jì)為 1；若△V=VxVf＜0 則加碼撤掉，編碼器計(jì)為 0。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)） ?？刂骗h(huán)節(jié)：協(xié)調(diào)個(gè)單元?jiǎng)幼魍瓿赊D(zhuǎn)換。逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)：19（1）轉(zhuǎn)換速度高。轉(zhuǎn)換過程試碼是按權(quán)躍變進(jìn)行的，每一個(gè)十進(jìn)位只要四個(gè)節(jié)拍即可完成試碼。（2）轉(zhuǎn)換精度高。轉(zhuǎn)換精度主要是由 A/D 轉(zhuǎn)換器的精度決定。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。初看起來只要增加D/A 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，就可以提高逐次比較型的精度，事實(shí)上由于這種形式的轉(zhuǎn)換抗干擾能力低以及電路結(jié)構(gòu)等方面的原因，目前一般只達(dá)到五位讀數(shù)，實(shí)際精不夠高。（3）轉(zhuǎn)換的控制方式及線路復(fù)雜，使用元件較多。逐次比較反饋編碼型 A/D 轉(zhuǎn)換盡管存在著不可忽視的缺點(diǎn)，但是由于它具有一定的優(yōu)越的性能還是獲得廣泛的應(yīng)用。（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（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)量過程中直接進(jìn)行量化和編碼，而是通過中間量——時(shí)間間隔間接進(jìn)行的。從轉(zhuǎn)換的角度看這是一種間接轉(zhuǎn)換，或者更確切地說是直接比較間接轉(zhuǎn)換。它具有直接比較型轉(zhuǎn)換的共同特點(diǎn)——瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換。線性電壓比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理圖，如圖 所示。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，并通過門控電路控制計(jì)數(shù)器門。線性電壓發(fā)生器輸出線性斜變的參考電壓 Vr Vr=Kt（三）階梯波電壓比較型 A/D 轉(zhuǎn)換這種方式與線性電壓比較型的轉(zhuǎn)換原理相同，差別僅在于用等增量的階梯波電壓代替線性增長的斜坡電壓作為比較基準(zhǔn)。這種技術(shù)又叫做數(shù)字斜坡技術(shù)。轉(zhuǎn)換原理圖如圖 所示： 圖 階梯波電壓比較型A/D 轉(zhuǎn)換A/D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) （1）分辨率 21分辨率——說明 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。 一般以輸出二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)表示。因?yàn)?，在最大輸入電壓一定時(shí)，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。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。常用最低有效位的倍數(shù)表示。例如，相對(duì)誤差≤177。LSB/2，就表明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個(gè)字。（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)到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。并行比較 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高；逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器次之；間接 A/D轉(zhuǎn)換器的速度最慢。 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。 D/A 轉(zhuǎn)換器。（一） 、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器，如圖 所示。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)22圖 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器由四部分組成：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)；求和放大器；模擬開關(guān)；參考電源；任務(wù)：求出輸出模擬電壓與輸入數(shù)字量 d3d2d1d0 間的關(guān)系。???iRFo?)(0123IIF?2310ddRVE?? )2(0134F?)22( 011 ddVnnnREo ?????? DVnREF??：，結(jié)構(gòu)簡單；，差別大，不易集成。（二） 、倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器，如圖 所示。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)：模擬開關(guān) Si 不論接何位置，都相當(dāng)于接地。任意節(jié)點(diǎn)向左看的等效電阻皆為R。：電阻種類少，便于集成；開關(guān)切換時(shí)，各點(diǎn)電位不變。因此，速度快。（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，若模擬開關(guān)不是理想開關(guān)，其導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降將影響轉(zhuǎn)換精度。權(quán)電流型D/A 轉(zhuǎn)換器可解決這一問題。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。因此，經(jīng)常用倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用來實(shí)現(xiàn)。 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)換誤差來描述。分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分 0~2n1 共 2n 個(gè)輸入數(shù)字量。表示方法：（1)用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；如 8 位。(2)用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。nREFV2：)1(?n= 2n2）轉(zhuǎn)換誤差：由于電路各部分都有誤差，還要給出誤差來表示實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換誤差有時(shí)也稱為線性誤差。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。轉(zhuǎn)換誤差的表示形式：（1）最低有效位的倍數(shù)。如：1LSB。25（2）輸出電壓滿刻度 FSR(Full Scale Range)的百分?jǐn)?shù)。如：％FSR。3）轉(zhuǎn)換誤差分析D/A 轉(zhuǎn)換器的四個(gè)組成部分，均可引起轉(zhuǎn)換誤差。但具有不同的特點(diǎn)。(1)參考電源引起的誤差稱為比例系數(shù)誤差。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。(3)模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降以及電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻的偏差引起的誤差稱為非線性誤差。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。4）轉(zhuǎn)換速度用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間－－建立時(shí)間 tset－－來衡量。建立時(shí)間：從輸入信號(hào)變化開始到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差 1/2LSB 范圍以內(nèi)的時(shí)間。輸入信號(hào)由全 0 變?yōu)槿?1 所需時(shí)間最長。不包含運(yùn)放的 DAC 建立時(shí)間可達(dá) 。外接運(yùn)放時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間還應(yīng)加上運(yùn)放的上升（下降）時(shí)間。 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