畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于labview的虛擬儀器設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)電子測(cè)量和儀器技術(shù)的要求越來(lái)越高，測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試對(duì)象日趨復(fù)雜，測(cè)試工作量與日俱增，對(duì)測(cè)試速度和測(cè)試精度的要求不斷提高，這使得傳統(tǒng)的人工測(cè)試己經(jīng)不適應(yīng)甚至不滿足實(shí)際測(cè)試的需求。作為儀器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)完美結(jié)合的虛擬儀器技術(shù)為測(cè)試工程師帶來(lái)了絕好的解決方案。利用虛擬儀器技術(shù)，工程師只需將需要測(cè)

2、量的信號(hào)通過(guò)I/O接口設(shè)備采集后送入計(jì)算機(jī)，再利用虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具和計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理和保存功能以及顯示器的顯示能力，就能很容易地設(shè)計(jì)出一個(gè)滿足專門測(cè)試需求的虛擬儀器系統(tǒng)。</p><p>　　本文所采用的虛擬儀器技術(shù)是以透明的方式把計(jì)算機(jī)的資源和儀器硬件的測(cè)控能力結(jié)合起來(lái)，其產(chǎn)生是計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)虛擬儀器的研究開(kāi)發(fā)以及虛擬儀器在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用表明了虛擬儀器的廣闊前景。

3、</p><p>　　本文利用LabVIEW的強(qiáng)大功能制作虛擬示波儀，與傳統(tǒng)的示波器相比較它不但能實(shí)現(xiàn)一般模擬或數(shù)字示波器的全部功能，而且能充分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)資源對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域分析和處理等在普通示波器上很難實(shí)現(xiàn)的特殊功能。對(duì)于虛擬示波器的理論研究與樣機(jī)的開(kāi)發(fā)，可以在很大程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)示波器的不足。</p><p>　　本文所選用的軟件LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司創(chuàng)新軟件

4、產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件。它具有開(kāi)發(fā)周期短、運(yùn)行速度快、可重用性好、使用方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此利用LabVIEW對(duì)虛擬儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)是一種最理想的方法。</p><p>　　關(guān)鍵字：虛擬儀器；示波器；LabVIEW；數(shù)據(jù)采集；動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p&g

5、t;　　With the development of modern science and technology and development of modern industrial production, higher requests are put forward to electrical testing and instrumental technology. The testing task and object be

6、comes more and more complicated, and with the increasing testing quantity and the requests for higher testing speed and accuracy, the traditional testing style operated by human is no longer right for modern testing task

7、s. The virtual instrument technology as a perfect combination of</p><p>　　Engineers only have to send the signals to be tested into computers via I/O interface devices, and then with special VI developing to

8、ols and the abilities of data analyzing, data processing and data storing of computers, they can easily design a VI system which meets special testing requests. This paper puts emphases on a VI system designed for automo

9、tive ignition coil testing.</p><p>　　Virtual Instruments technology combines the resource of computer with the ability of testing and controlling of Instrument hardware in a transparent way. The development

10、of the Computer Aided Test technology gives the emerging of the VI an inevitability, on the other hand, the research and development on the VI and its widely applications in variety fields have been shown its vast perspe

11、ctives.</p><p>　　Utilize the strong function of LabVIEW to make a digital oscillograph that thesis develops this besides showing the function in basic wave form, compare with traditional oscillograph with wa

12、ve form memory and playback and to gather signal land, land analyses and function that punish, etc. frequently when going on that get also. </p><p>　　LabVIEW is the innovate software of national instruments

13、corps of America. It is also the most widely used the most quickly developing and the strongest function graph software. It has short empolder and fast moms-rate. So LabVIEW is the best way of design virtual digital-stor

14、age oscillograph.</p><p>　　Keywords： Virtual Instruments; Oscillograph; Data Acquisition; LabVIEW; Dynamic Link Libraries.</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論- 1 -</p

15、><p>　　1.1儀器的發(fā)展過(guò)程- 1 -</p><p>　　1.2 虛擬儀器概述- 1 -</p><p>　　1.3 虛擬儀器的種類與特點(diǎn)- 1 -</p><p>　　1.3.1 虛擬儀器的發(fā)展概況與種類- 1 -</p><p>　　1.3.2 虛擬儀器的特點(diǎn)- 2 -</p><

16、p>　　1.3.3 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較- 3 -</p><p>　　1.4 虛擬儀器的構(gòu)成- 4 -</p><p>　　1.5 國(guó)內(nèi)外虛擬儀器的現(xiàn)狀與展望- 5 -</p><p>　　1.6本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義- 5 -</p><p>　　第二章 虛擬示波器設(shè)計(jì)方案- 6 -</p><p&g

17、t;　　2.1硬件及軟件的選擇- 6 -</p><p>　　2.1.1軟件的選擇- 6 -</p><p>　　2. 1. 2硬件的選擇- 7 -</p><p>　　2 .2軟件設(shè)計(jì)方案- 7 -</p><p>　　2.2.1虛擬示波器的軟件結(jié)構(gòu)- 7 -</p><p>　　2. 2. 2儀器功能-

18、 7 -</p><p>　　第三章虛擬儀器集成開(kāi)發(fā)環(huán)境- 9 -</p><p>　　3.1軟件操作平臺(tái)- 9 -</p><p>　　3.2軟件開(kāi)發(fā)工具- 9 -</p><p>　　3.3LabVIEW前臺(tái)顯示面板- 9 -</p><p>　　3.4 LabVIEW后臺(tái)控制面板- 10 -</p

19、><p>　　3.5 LabVIEW程序執(zhí)行流程- 10 -</p><p>　　第四章儀器驅(qū)動(dòng)- 11 -</p><p>　　4. 1儀器驅(qū)動(dòng)的概念- 11 -</p><p>　　4.2 LabVIEW平臺(tái)上儀器驅(qū)動(dòng)的方法- 11 -</p><p>　　4.2.1 LabVIEW支持的DAQ產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)-

20、11 -</p><p>　　4.2.2 LabVI EW支持的GPIB, VXI、標(biāo)準(zhǔn)串口I/O儀器的驅(qū)動(dòng)- 12 -</p><p>　　4.2.3 LabVI EW不支持的數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)- 12 -</p><p>　　4.3本章小結(jié)- 13 -</p><p>　　第五章數(shù)據(jù)采集- 14 -</p><p

21、>　　5.1概述- 14 -</p><p>　　5.1.1 DAQ基本概念- 14 -</p><p>　　5.1.2數(shù)據(jù)采集卡的基本性能指標(biāo)- 14 -</p><p>　　5.2本文采用的采集卡- 16 -</p><p>　　5.2.1多功能數(shù)據(jù)采集卡ART PCI-2300- 16 -</p><

22、;p>　　5.2.2系統(tǒng)測(cè)試流程- 16 -</p><p>　　5.2.3.多功能數(shù)據(jù)采集卡ART PCI-2300編程- 16 -</p><p>　　5.3本章小結(jié)- 16 -</p><p>　　第六章 虛擬示波器軟面板及程序設(shè)計(jì)- 17 -</p><p>　　6.1數(shù)據(jù)采集模塊- 17 -</p>&

23、lt;p>　　6.2波形顯示模塊- 17 -</p><p>　　6.2.1波形顯示模塊的功能及控件- 17 -</p><p>　　6.2.2波形顯示模塊的一前面板及框圖- 19 -</p><p>　　6.3參數(shù)測(cè)量及時(shí)間序例生成模塊- 19 -</p><p>　　6.3.1時(shí)間序例生成功能及功能節(jié)點(diǎn)- 19 -<

24、/p><p>　　6.3.2測(cè)量模塊前面板及框圖- 20 -</p><p>　　6.4頻譜分析模塊- 20 -</p><p>　　6.4.1分析模塊功能及節(jié)點(diǎn)- 20 -</p><p>　　6.4.2分析模塊前面板及框圖- 21 -</p><p>　　6.5虛擬信號(hào)產(chǎn)生模塊的設(shè)計(jì)- 21 -</p&

25、gt;<p>　　6.6小結(jié)- 21 -</p><p>　　第七章 調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果- 22 -</p><p>　　7.1虛擬示波儀的調(diào)試- 22 -</p><p>　　7.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果- 22 -</p><p>　　第八章 結(jié)論與展望- 25 -</p><p><b>　　致謝

26、- 27 -</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 28 -</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1儀器的發(fā)展過(guò)程</p><p>　　測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今，大體經(jīng)歷了四代發(fā)展歷程，即模擬儀器、分立元件式儀器、數(shù)字化儀器和智能儀器。</p><p&g

27、t;　　第一代——模擬儀器。是以電磁感應(yīng)基本定律為基礎(chǔ)的指針式儀器。</p><p>　　第二代——分立元件式儀器。當(dāng)20世紀(jì)50、 60年代產(chǎn)生了以電子管或晶體管電子電路為基礎(chǔ)的第二代儀器。</p><p>　　第三代——數(shù)字化儀器。20世紀(jì)70年代，誕生了以集成電路芯片為基礎(chǔ)的第三代儀器。這類儀器將模擬信號(hào)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的測(cè)量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應(yīng)和較高準(zhǔn)確度

28、的測(cè)量。</p><p>　　第四代——智能儀器。這類儀器內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，又具有一定的數(shù)據(jù)處理功能，可取代部分腦力勞動(dòng)，習(xí)慣上稱其為智能儀器。其缺點(diǎn)是它的功能塊全部都以硬件(或固化的軟件)的形式存在，缺乏靈活性。</p><p>　　由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展及在測(cè)量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的應(yīng)用，新理論、新方法、新領(lǐng)域及新儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)。電子測(cè)量?jī)x器的功能和作

29、用已發(fā)生質(zhì)的變化，其中計(jì)算機(jī)處于核心地位，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測(cè)試系統(tǒng)更緊密地結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，導(dǎo)致儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)等也發(fā)生突破性的變化。在上述背景下，出現(xiàn)了新的儀器概念—虛擬儀器。</p><p>　　1.2 虛擬儀器概述</p><p>　　所謂虛擬儀器(Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱VI)，即是將現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)主流技術(shù)與革新的靈活易用的軟件和高性能模塊化硬件結(jié)合在一

30、起，建立起功能強(qiáng)大又靈活易變的基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試測(cè)量與控制系統(tǒng)。虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，是計(jì)算機(jī)硬件資源、儀器與測(cè)控系統(tǒng)硬件資源和虛擬儀器軟件資源三者有效的結(jié)合。</p><p>　　它強(qiáng)調(diào)在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件和軟面板，把由廠家定義的傳統(tǒng)儀器轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩舳x的、由計(jì)算機(jī)軟件和幾種模塊組成的專用儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器

31、由廠家定義、用戶無(wú)法改變的模式。</p><p>　　1.3 虛擬儀器的種類與特點(diǎn)</p><p>　　1.3.1 虛擬儀器的發(fā)展概況與種類</p><p>　　虛擬儀器的發(fā)展過(guò)程有兩條線：</p><p>　　(I)適合大型高精度集成系統(tǒng)的GPIB--VXI-PXI總線方式。GPIB于1978年問(wèn)世，VXL于1987年問(wèn)世，PXI于1997

32、年問(wèn)世。</p><p>　　(2)適合于普及型的廉價(jià)系統(tǒng)，有廣闊應(yīng)用發(fā)展前景的PC插卡~并口式~串口USB方式。PC插卡式于80年代初問(wèn)世，并行口方式于1995年問(wèn)世，串口USB方式于1999年問(wèn)世。</p><p>　　而虛擬儀器的發(fā)展隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同，可分為五種類型：</p><p>　　第一類：PC總線—插卡型虛擬儀器</p>

33、<p>　　這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件相結(jié)合，充分利用計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及軟件的便利。但是受PC機(jī)機(jī)箱和總線限制，且有電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽等缺點(diǎn)。</p><p>　　第二類：并行口式虛擬儀器</p><p>　　最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置，它們把儀器硬件集成在一個(gè)采

34、集盒內(nèi)?？蓪?shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用，價(jià)格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。</p><p>　　第三類：GPIB總線方式的虛擬儀器</p><p>　　GPIB技術(shù)是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展。GPIB技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很方便地把多臺(tái)儀器組合起來(lái)，

35、形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。</p><p>　　第四類：VXI總線方式虛擬儀器</p><p>　　VXI總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFIlEM1屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　第五類：PXI

36、總線方式虛擬儀器</p><p>　　PXI總線方式是PCI總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。它增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求，增加了多板觸發(fā)總線，及用于相鄰模塊的高速通訊的局部總線。</p><p>　　綜上所述，對(duì)于虛擬儀器的發(fā)展而言，計(jì)算機(jī)是載體，軟件是核心，高質(zhì)量的A/D采集仁及調(diào)理放大器是關(guān)鍵。</p><p>　　1.3.2 虛擬儀器

37、的特點(diǎn)</p><p>　　虛擬儀器（virtual instrumentation）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。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。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。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(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)

38、現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見(jiàn)的虛擬儀器方案。</p><p>　　圖1-1 虛擬儀器結(jié)構(gòu)原理框圖</p><p>　　虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：</p><p>　　盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。</p><p>　　可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。&l

39、t;/p><p>　　用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。</p><p>　　1.3.3 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較</p><p>　　虛擬儀器已經(jīng)成為目前測(cè)試應(yīng)用中的主流技術(shù)，大多數(shù)測(cè)試行業(yè)已接受虛擬儀器技術(shù)的概念，或者傾向于采用虛擬儀器技術(shù)。其與傳統(tǒng)儀器區(qū)別如下表所示。</p><p>　　表1-1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較<

40、/p><p>　　虛擬儀器在靈活性、性價(jià)比、用戶化等方面，有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)儀器無(wú)法媲美的。</p><p>　　1.3.3.3 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器能否兼容</p><p>　　許多工程師和科學(xué)家都在實(shí)驗(yàn)室里將虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器結(jié)合使用。虛擬儀器可與傳統(tǒng)儀器完全兼容，無(wú)一例外。虛擬儀器軟件通常提供了與常用普通儀器總線 (如GPIB、串行總線和以太網(wǎng)) 相連接的函

41、數(shù)庫(kù)。除了提供庫(kù)之外，200多家儀器廠商也為NI儀器驅(qū)動(dòng)庫(kù)提供了4000余種儀器驅(qū)動(dòng)。儀器驅(qū)動(dòng)提供了一套函數(shù)和儀器接口，每一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)都專為儀器某一特定的模型而設(shè)計(jì)，從而為它獨(dú)特的性能提供接口。</p><p>　　1.4 虛擬儀器的構(gòu)成</p><p>　　虛擬儀器的基本構(gòu)架是：高性價(jià)比的通用計(jì)算機(jī)，模塊化的通用硬件平臺(tái)，高效且功能強(qiáng)大的專業(yè)測(cè)試軟件系統(tǒng)。</p><

42、p>　　1.虛擬儀器的硬件系統(tǒng)</p><p>　　虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量設(shè)備，硬件由通用計(jì)算機(jī)和模塊化硬件設(shè)備組成。通用計(jì)算機(jī)可以是便攜式PC機(jī)、臺(tái)式PC機(jī)或工作站等。最常用的模塊化硬件設(shè)備是數(shù)據(jù)采集(DAQ)卡，再配以相應(yīng)的調(diào)理電路，即構(gòu)成硬件平臺(tái)。</p><p>　　圖1-2 虛擬儀器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基本框圖</p><p>　　2.虛擬儀器的軟件系

43、統(tǒng)</p><p>　　圖1-3 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境與圖形化VI框架不同，主要區(qū)別在于其VI組件可復(fù)用原碼模塊的能力，后者的這些原碼模塊必須具有被其他原碼模塊繼承性調(diào)用的能力，。</p><p>　　1.5 國(guó)內(nèi)外虛擬儀器的現(xiàn)狀與展望</p><p>　　由于虛擬儀器技術(shù)的強(qiáng)有力支持，科學(xué)家和工程師們可以方

44、便地建立適合自己需要的測(cè)控系統(tǒng)，再也不必將自己封閉在固定傳統(tǒng)儀器的狹窄天地中。在電子測(cè)量、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)科研等諸多領(lǐng)域中都有極為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在電子和通信工程中，虛擬儀器可用于電子測(cè)量和信號(hào)分析；在自動(dòng)化檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)，虛擬儀器可用于數(shù)據(jù)采集和控制；在航天航空學(xué)科里，虛擬儀器可用于監(jiān)測(cè)和分析火箭或衛(wèi)星傳遞來(lái)的復(fù)雜數(shù)據(jù)，已被美國(guó)航天航空局（NASA）用于

45、火星探險(xiǎn)；在基礎(chǔ)學(xué)科的研究中，虛擬儀器可用于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，例如用于生化領(lǐng)域中監(jiān)測(cè)薄膜分子的相互作用，以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中研究嗅覺(jué)和視覺(jué)。</p><p>　　我國(guó)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)產(chǎn)品商家都在向中國(guó)這個(gè)巨大的市場(chǎng)進(jìn)軍結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，我們必須走引進(jìn)與自行開(kāi)發(fā)相結(jié)合的道路。</p><p>　　圖形化編程平臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展與完善是虛擬儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向

46、，VXI總線將成為未來(lái)虛擬儀器的理想硬件平臺(tái)，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。</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)不斷地?cái)U(kuò)展其功能及應(yīng)用范圍?，F(xiàn)在LabVIEW不僅能在PC上開(kāi)發(fā)測(cè)試程序，而且可以在嵌入式處理器和FPGA上設(shè)計(jì)硬件。</p><p>　　1.6本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義</p><p>　　虛擬示波器作為虛擬儀器中的一種典型儀器，是儀器儀

47、表、無(wú)線電通信、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域不可缺少的一部分同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)、教學(xué)、科研中常用的電子儀器，可以采集信號(hào)并進(jìn)行分析，但傳統(tǒng)儀器都具有設(shè)備更新慢、功能單一、價(jià)格貴等缺點(diǎn)，而高精度、具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的示波器，由于工藝復(fù)雜、技術(shù)要求高，因而價(jià)格昂貴。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的虛擬數(shù)字示波器可以克服上述的缺點(diǎn)，充分集合了軟件和計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)字計(jì)算能力。可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，節(jié)約了設(shè)備投資，并且可以通過(guò)調(diào)整一部分軟件，方便的

48、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。</p><p>　　本課題的目的是基于虛擬儀器的概念，使用目前最為流行的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境——LabVIEW，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中信號(hào)的傳輸、處理與圖示的研究，最終目的是使自主開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)采集卡和軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻率計(jì)和頻譜儀的功能，可以對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步時(shí)域和頻域處理，或與其它虛擬儀器(如信號(hào)發(fā)生器)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)由用戶定制的專用測(cè)量?jī)x器。</p><p&g

49、t;　　本課題通過(guò)編制LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)了在LabVIEW中對(duì)非NI的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行控制，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；通過(guò)軟件面板的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了虛擬數(shù)字示波器，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行顯示和處理。</p><p>　　第二章 虛擬示波器設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1硬件及軟件的選擇</p><p>　　虛擬儀器由儀器硬件和功能模塊軟件兩部分組成。虛擬

50、儀器的硬件主體是電子計(jì)算機(jī)，通常是個(gè)人計(jì)算機(jī)，也可以是任何通用計(jì)算機(jī)。所設(shè)計(jì)的虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器主要是有一塊PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡和用LabVIEW開(kāi)發(fā)的功能模塊軟件組成。</p><p>　　2.1.1軟件的選擇</p><p>　　在給定計(jì)算機(jī)必要的儀器硬件之后，構(gòu)成和使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于軟件。軟件為用戶提供了集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接口。美國(guó)國(guó)家儀器公司提出的

51、“軟件即儀器”(The Software is the Instrument)形象地概括了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。</p><p>　　對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫，大致可分為兩種方式：</p><p>　　(1)通用編程軟件進(jìn)行編寫。主要有Microsoft公司的Visual Basic。與Visual</p><p>　　C++, Borland公司的De

52、lphi, Sybase公司的Power Builder：</p><p>　　(2)用專業(yè)圖形化編程軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。如HP公司的VEE, NI公司的</p><p>　　LabVIEW和Lab windows/CVI等。</p><p>　　LabVIEW雖然是為計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的，但它的函數(shù)包含了一般高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中的絕大多數(shù)程序控制功能。LabVIEW作為開(kāi)

53、發(fā)環(huán)境所具有的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下所述：</p><p>　　(1)圖形化編程，降低了對(duì)使用者編程經(jīng)驗(yàn)的要求，易于工程師使用;</p><p>　　(2)采用而面向?qū)ο蟮姆椒ê透拍睿欣谲浖拈_(kāi)發(fā)和再利用;</p><p>　　(3)對(duì)象、框圖及其構(gòu)成的虛擬儀器在Windows, Windows NT, UNIX等多平</p><p>　　臺(tái)之間和

54、各種PC機(jī)及工作站間兼容，便于軟件移植;</p><p>　　(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;</p><p>　　(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，用戶可以從例子中得</p><p>　　程序框架，便于提高開(kāi)發(fā)速度;</p><p>　　(6)具有比較完備的代碼接口，可調(diào)用動(dòng)態(tài)

55、鏈接庫(kù)(DLL )彌補(bǔ)自身某些不足;</p><p>　　(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</p><p>　　語(yǔ)言(SQL)，便于與其它Windows應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序接口;</p><p>　　在許多應(yīng)用程序中，運(yùn)行速度是至關(guān)重要的。LabVIEW是當(dāng)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

56、等同于編好的C或C十+程序。因此LabVIEW是虛擬示波器設(shè)計(jì)的最佳選擇。</p><p>　　2. 1. 2硬件的選擇</p><p>　　計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡組成了虛擬示波器的硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集卡是虛擬示波器的重要組成部件，其性能指標(biāo)直接影響著虛擬示波器的采樣速率、精度等主要指標(biāo)的因素。CPU的速度及計(jì)算機(jī)的內(nèi)存影響著示波器處理數(shù)據(jù)的速度;計(jì)算機(jī)的硬盤決定它的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容量。<

57、;/p><p>　　本文選擇北京阿爾泰公司的 ART PCI2300型多功能采集卡。</p><p>　　2 .2軟件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.2.1虛擬示波器的軟件結(jié)構(gòu)</p><p>　　虛擬示波器是采用基于計(jì)算機(jī)的虛擬技術(shù)，用以模擬通用示波器的面板操作和處理功能，也就是使用個(gè)人計(jì)算機(jī)及其接口電路來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室信號(hào)，并通過(guò)圖形用戶

58、界面(GUI )來(lái)模仿示波器的操作面板，完成信號(hào)采集、調(diào)理、分析處理和顯示輸出等功能。</p><p>　　圖2-1虛擬示波器的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　我們所開(kāi)發(fā)的虛擬示波器，是在數(shù)據(jù)采集硬件的支持下，配備一定功能的軟件，完成波形的存儲(chǔ)、分析、顯示等功能。一般測(cè)試儀器由信號(hào)采集、信號(hào)處理和結(jié)果顯示三大部分組成，這三部分均由硬件構(gòu)成。虛擬示波器也是由這三大部分組成，但是除了信號(hào)采集部分

59、是由硬件實(shí)現(xiàn)之外，其它兩部分都是由軟件實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　我們所設(shè)計(jì)的虛擬示波器總體上包括數(shù)據(jù)采集、波形顯示、參數(shù)測(cè)量、頻譜分析、以及濾波模塊等五大模塊組成，其結(jié)構(gòu)框圖2.2所示</p><p>　　2. 2. 2儀器功能</p><p>　　本文開(kāi)發(fā)的虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器除了具有通用功能外，又具有普通示波器所沒(méi)有的許多優(yōu)點(diǎn)，如下：</p>&l

60、t;p>　　虛擬示波器可將多個(gè)通道的信號(hào)波形同時(shí)映現(xiàn)在屏幕的不同窗口中，這使虛擬示波器可用于對(duì)控制系統(tǒng)多個(gè)工作部位的工程狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。</p><p>　　虛擬示波器可以對(duì)10Hz~10kHz的輸入波形進(jìn)行顯示、觀察、測(cè)量。</p><p>　　虛擬示波器具有虛擬信號(hào)源演示，內(nèi)部虛擬信號(hào)源有標(biāo)準(zhǔn)的正弦波、方波、三角波、鋸齒波信號(hào)輸出，各自的頻率、幅值、偏移、相位等參數(shù)均可調(diào)。 &

61、lt;/p><p>　　虛擬示波器除了具有單蹤數(shù)字示波器功能模塊、雙蹤數(shù)字示波器功能模塊外還具有(Y1+Y2)/(Y1-Y2) 功能模塊、(Y1*Y2)/(Y1/Y2) 功能模塊、Y1/Y1微分功能模塊、Y1/Y1積分功能模塊、Y1/Y1微分功能模塊、Y1/Y1積分功能模塊、李薩如波形生成功能模塊、頻譜分析功能模塊等高級(jí)信號(hào)處理模塊，延伸普通數(shù)字示波器的功能范圍。</p><p>　　本虛擬示

62、波器集成網(wǎng)絡(luò)顯示模塊，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，方便網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程教學(xué)與科研的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　第三章虛擬儀器集成開(kāi)發(fā)環(huán)境</p><p><b>　　3.1軟件操作平臺(tái)</b></p><p>　　PC機(jī)上的操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程，經(jīng)歷了DOS, Windows3.X、直至今天的Windows9X, Windows2000以WindowsX

63、P。最初的DOS操作系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(real time system)，而Windows的各個(gè)版本都屬于分時(shí)操作系統(tǒng)(time sharing system )。顯然，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的測(cè)試系統(tǒng)，選用DOS操作平臺(tái)及其開(kāi)發(fā)軟件要好一些，但是在其它方面，Windows操作系統(tǒng)給程序編制者和軟件用戶帶來(lái)了極大的便利，尤其是圖形顯示方面，其次，共享網(wǎng)絡(luò)資源的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的操作系統(tǒng)的使用己經(jīng)是當(dāng)今社會(huì)的主流，考慮到這些因素，作者把虛擬儀

64、器平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)定位為目前擁有最大用戶群的Windows操作系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.2軟件開(kāi)發(fā)工具</b></p><p>　　LabVIEW(實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境)是一個(gè)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。它類似于Visual</p><p>　　Basic, Visual C++。但LabVIEW的特點(diǎn)在于：它使用圖形化編程語(yǔ)言G在流程圖&l

65、t;/p><p>　　中創(chuàng)建源程序，而沒(méi)有使用基于文本的語(yǔ)言來(lái)產(chǎn)生源程序代碼。</p><p>　　LabVIEW是一個(gè)多線程、最佳化的圖形編譯器，它能在最大程度上優(yōu)化系統(tǒng)的性能。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, Ethernet</p><p>　　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

66、件都可以對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。LabVIEW數(shù)據(jù)采集庫(kù)包含了許多有關(guān)采集和生成數(shù)據(jù)的函數(shù)，它們與NI的插卡式或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品協(xié)同工作。LabVIEW專業(yè)版開(kāi)發(fā)系統(tǒng)包括應(yīng)用程序生成器(Application Builder )，可以創(chuàng)建并發(fā)布獨(dú)立的可執(zhí)行程序、動(dòng)態(tài)連接庫(kù)(DLL )。DLL提供最大的靈活性，可以將LabVIEW與其它開(kāi)發(fā)工具如VB, VC和NI的Measurement Studio結(jié)合起來(lái)。</p>&

67、lt;p>　　LabVIEW是一個(gè)基于G（Graphic）語(yǔ)言的圖形編程開(kāi)發(fā)環(huán)境，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界中廣泛用作開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、儀器控制軟件和分析軟件的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，對(duì)于科學(xué)研究和工程應(yīng)用來(lái)說(shuō)是很理想的語(yǔ)言。它含有種類豐富的函數(shù)庫(kù)，科學(xué)家和工程師們利用它可以方便靈活地搭建功能強(qiáng)大的測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　LabVIEW用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼，編程的過(guò)程即是使用圖形符號(hào)表達(dá)程序行為的過(guò)程。LabVIEW

68、的框圖中使用了豐富的設(shè)備和模塊圖標(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(guò)程和思維過(guò)程非常的相似。</p><p>　　3.3LabVIEW前臺(tái)顯示面板</p><p>　　前面板是VI的交互式用戶界面，外觀和功能都類似于傳統(tǒng)儀器面板，用戶的輸入數(shù)據(jù)通過(guò)前面板傳遞給框圖，計(jì)算和分析結(jié)果也在前面板上以數(shù)字、圖形、表格等各種不同方式顯示出來(lái)。一個(gè)典型的VI前面板如圖3.1所示

69、：</p><p>　　圖3-1虛擬儀器（VI）的前面板</p><p>　　3.4 LabVIEW后臺(tái)控制面板</p><p>　　(a) 圖標(biāo) (b) 連接器</p><p>　　(c) 通過(guò)連線進(jìn)行編程</p><p>　　圖 3-2虛擬儀器（VI）的圖標(biāo)和連接

70、器</p><p>　　3.5 LabVIEW程序執(zhí)行流程</p><p>　　宏觀上講，LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制已不再是傳統(tǒng)上的馮·諾伊曼式計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機(jī)制所代替。而且，對(duì)于那些數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算過(guò)程較復(fù)雜的程序，用戶可以選擇使用VC或者M(jìn)atlab等開(kāi)發(fā)工具將數(shù)學(xué)分析和處理過(guò)程編寫為專用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

71、，LabVIEW提供了專門的接口函數(shù)可以調(diào)用之。這樣，可以結(jié)合圖形語(yǔ)言和文本語(yǔ)言各自優(yōu)點(diǎn)，更為靈活、高效、易用。</p><p><b>　　第四章儀器驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　對(duì)儀器的驅(qū)動(dòng)是虛擬儀器實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)物理信號(hào)采集的基礎(chǔ)，當(dāng)儀器驅(qū)動(dòng)后，才能由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理進(jìn)而實(shí)現(xiàn)某種測(cè)量功能，并求取測(cè)量結(jié)果。</p><p>　　4.

72、1儀器驅(qū)動(dòng)的概念</p><p>　　儀器驅(qū)動(dòng)也稱為儀器驅(qū)動(dòng)器，是完成對(duì)某一特定儀器控制與通信的軟件程序集，也可以認(rèn)為是儀器的軟件描述，它是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。每個(gè)儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動(dòng)器，廠商將儀器驅(qū)動(dòng)以源代碼提供給用戶。由于虛擬儀器需要提供模擬實(shí)際儀器操作面板的虛擬面板，因此虛擬儀器驅(qū)動(dòng)器不僅是實(shí)施儀器控制的程控代碼，還是儀器程控代碼、高級(jí)軟件編程與先進(jìn)人機(jī)交互三者相結(jié)合的產(chǎn)物，是一個(gè)包含實(shí)際儀器

73、使用和操作信息的軟件模塊。上層是一系列按功能分組的主/副軟面板，軟面板又由一些按鍵、旋鈕、表頭等控件組合而成，每個(gè)控件都對(duì)應(yīng)不同的功能，即其程控代碼相異。底層部分則基于一組I/O函數(shù)和測(cè)試接口，實(shí)時(shí)模式下，測(cè)試人員對(duì)軟面板上控件的操作將直接反映到真實(shí)儀器上。和用戶直接打交道的部分是操作接口，即虛擬軟面板和面板上的控件。</p><p>　　應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動(dòng)程序之上，直接面對(duì)操作用戶，通過(guò)提供友好直觀的測(cè)控操

74、作界面、豐富的數(shù)據(jù)分析和處理功能，來(lái)完成自動(dòng)測(cè)試任務(wù)。儀器驅(qū)動(dòng)程序模塊負(fù)責(zé)處理與某一專門設(shè)備通信和控制的具體過(guò)程，通過(guò)封裝復(fù)雜的儀器編程細(xì)節(jié)，為用戶使用儀器提供簡(jiǎn)單的函數(shù)接口，用戶不必對(duì)各種儀器硬件有專門的了解，就可以通過(guò)儀器驅(qū)動(dòng)程序來(lái)使用這些儀器硬件。一般由儀器廠商以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的形式提供給用戶。當(dāng)需要更換新的儀器硬件時(shí)，只需要更新相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，并保證它對(duì)上層的接口保持不變，新的硬件就能在原系統(tǒng)中正常運(yùn)行。</p>&l

75、t;p>　　4.2 LabVIEW平臺(tái)上儀器驅(qū)動(dòng)的方法</p><p>　　1、LabVIEW支持的數(shù)據(jù)采集卡，如NI公司自行生產(chǎn)的各類數(shù)據(jù)采集卡，可利用LabVIEW自帶的驅(qū)動(dòng)函數(shù)驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)者只需要正確輸入?yún)?shù)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，而不需要編寫代碼程序。</p><p>　　2、Lab VIEW不支持的數(shù)據(jù)采集卡，可利用LabVIEW能與外部程序接口的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p&

76、gt;<p>　　4.2.1 LabVIEW支持的DAQ產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)</p><p>　　一般而言，所有能夠在計(jì)算機(jī)控制下完成數(shù)據(jù)采集與控制任務(wù)的板卡產(chǎn)品都稱為DAQ產(chǎn)品。LabVIEW對(duì)NI公司的全部DAQ產(chǎn)品都提供了專門的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，因此，在LabVIEW下應(yīng)用NI的DAQ產(chǎn)品無(wú)需專門考慮驅(qū)動(dòng)程序的問(wèn)題。由于LabVIEW的廣泛應(yīng)用，許多其它廠商也將LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序作為其DAQ產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)配置

77、。</p><p>　　在LabVIEW中用戶是通過(guò)LabVIEW DAQ VIs來(lái)完成DAQ編程應(yīng)用的，所有的LabVIEW DAQ VIs都包含在功能模板Measurement I/O：DAQmx - Data Acquisition子模板中。Measurement I/O：DAQmx - Data Acquisition子模板共包含多個(gè)子模板，每個(gè)子模板分別完成不同的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，</p>&

78、lt;p>　　圖4-1 Measurement I/O：DAQmx - Data Acquisition子模板</p><p>　　4.2.2 LabVIEW EW支持的GPIB, VXI、標(biāo)準(zhǔn)串口I/O儀器的驅(qū)動(dòng)</p><p>　　通常LabVIEW有兩張安裝光盤，其中一張就是設(shè)備驅(qū)動(dòng)盤，它包含了一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)庫(kù)，該庫(kù)為NI生產(chǎn)的各種程控儀器(GPIB儀器、VXI儀器和串行儀器&l

79、t;/p><p>　　等)提供儀器驅(qū)動(dòng)程序，例如HP 34401A數(shù)字萬(wàn)用表的儀器驅(qū)動(dòng)程序。儀器驅(qū)動(dòng)程序在功能模板~Instrument I/O--Instrument Drivers子模板中。對(duì)于非NI公司生產(chǎn)的上述I/O接口儀器設(shè)備，可用Instrument I/O子模板上提供的v1sA圖標(biāo)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。利用這些儀器驅(qū)動(dòng)器，用戶可以很容易地控制各種儀器，并將主要精力放在儀器功能的實(shí)現(xiàn)上，而不必關(guān)心具體的編程細(xì)節(jié)，這

80、一點(diǎn)是LabVIEW強(qiáng)大功能的體現(xiàn)。</p><p>　　4.2.3 LabVIEW EW不支持的數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)</p><p>　　Lab VIEW支持的數(shù)據(jù)采集卡，是Measurement Automation軟件檢驗(yàn)時(shí)可識(shí)別的，從而是可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集卡。這種數(shù)據(jù)采集卡可以調(diào)用Data Acquisition子模板上的數(shù)據(jù)采集圖標(biāo)進(jìn)行各種方式的數(shù)據(jù)采集。LabVIEW不支持

81、的數(shù)據(jù)采集卡，Measurement & Automation軟件檢驗(yàn)時(shí)是不可識(shí)別的，當(dāng)然非NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡通常屬于此列，對(duì)于這類數(shù)據(jù)采集卡，一般需要用戶自己開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。而一般的數(shù)據(jù)采集卡都會(huì)有DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù))形式或源代碼形式的I/O驅(qū)動(dòng)程序，而且通常是采用C語(yǔ)言編寫的，這樣我們就可以利用LabVIEW與外部編程語(yǔ)言之間的接口技術(shù)CLF和CIN來(lái)完成對(duì)此類數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)。</p><p>

82、<b>　　1. CIN技術(shù)</b></p><p>　　CIN技術(shù)即代碼接口(code interface node)技術(shù)是LabVIEW中調(diào)用C源代碼的通用方法。C語(yǔ)言是目前公認(rèn)的功能強(qiáng)大的程序語(yǔ)言，LabVIEW通過(guò)與C語(yǔ)言接口，可大大擴(kuò)展其整體功能。很多其他廠商生產(chǎn)的DAQ設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序并不支持LabVIEW，但是大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)程序都是用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，因此，使用CIN技術(shù)調(diào)用這些C語(yǔ)言

83、開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序，就可以在LabVIEW中使用各種DAQ設(shè)備。</p><p>　　圖4-2 CIN節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)</p><p><b>　　2. CLF技術(shù)</b></p><p>　　LabVIEW提供了一個(gè)調(diào)用庫(kù)函數(shù)(call library function. CLF)節(jié)點(diǎn)，利用CLF節(jié)點(diǎn)，可以在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)DLL和API函數(shù)的調(diào)用。

84、由于在本課題所選用的I/O設(shè)備是北京阿爾泰公司的示波卡PCI2300，在本課題中將采用CLF來(lái)調(diào)用示波卡的I/O驅(qū)動(dòng)程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)示波卡的驅(qū)動(dòng)。要使用CLF調(diào)用DLL;首先要在框圖程序中創(chuàng)建一個(gè)空的CLF節(jié)點(diǎn)，CLF節(jié)點(diǎn)位于LabVIEW功能模板Advanced子模板中。單擊Advanced子模板中的CLF節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)，就可以將CLF節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)拖放到LabVIEW框圖程序中。</p><p>　　圖4-9 CLF節(jié)點(diǎn)圖

85、標(biāo)</p><p>　　2.2.4支持LabVIEW的數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)</p><p>　　由于LabVIEW的廣泛使用，越來(lái)越多的廠家給自己的產(chǎn)品配備了LabVIEW形式的驅(qū)動(dòng)程序，一般將其安裝在目錄National Instruments/LabVIEW下，其中x為L(zhǎng)abVIEW的安裝路徑。安裝完成后再次啟動(dòng)LabVIEW會(huì)在功能模板Users' VI子模板中看到相應(yīng)設(shè)備的圖標(biāo)

86、形式的驅(qū)動(dòng)模塊。研華數(shù)據(jù)采集/控制卡即配備有LabVIEW形式的驅(qū)動(dòng)：</p><p>　　圖4-4 LabVIEW中為采集卡開(kāi)發(fā)的VI</p><p><b>　　4.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了儀器驅(qū)動(dòng)的概念，在此基礎(chǔ)上討論了各種LabVIEW支持和不支持的數(shù)據(jù)采集卡在LabVIEW中的驅(qū)動(dòng)方法，并且針對(duì)本課題所采用

87、的數(shù)據(jù)采集卡各自的特色，給出了在LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境中驅(qū)動(dòng)它們的具體方法。</p><p><b>　　第五章數(shù)據(jù)采集</b></p><p><b>　　5.1概述</b></p><p>　　一般情況下，DAQ硬件設(shè)備的基本功能包括模擬量輸入(A/D)、模擬量輸出(D/A )、數(shù)字I/O ( Digital I/O)

88、和定時(shí)(Timer )/計(jì)數(shù)(Counter)。因此，LabVIEW環(huán)境下數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)也是圍繞這4大功能來(lái)組織的，圖5-1為L(zhǎng)abVIEW環(huán)境下數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。下面簡(jiǎn)要介紹一些與此有關(guān)的DAQ基本概念。</p><p>　　圖5-1數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的結(jié)構(gòu)</p><p>　　5.1.1 DAQ基本概念</p><p><b>　　1) A/D&l

89、t;/b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是把輸入模擬量轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)字量的器件。A/D轉(zhuǎn)換有3種方法：逐次逼近法、雙積分法和并行比較法。衡量A/D轉(zhuǎn)換器性能好壞主要有兩個(gè)指標(biāo)，一是采樣分辨率，即A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)，二是A/D轉(zhuǎn)換速度。這二者都與A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理有關(guān)。</p><p><b>　　2) D/A</b></p><p>

90、;　　D/A轉(zhuǎn)換器就是將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量輸出的器件。D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)是分辨率和線性誤差分辨率，分辨率取決于D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，線性誤差則刻畫了D/A轉(zhuǎn)換器的精度。</p><p><b>　　3)數(shù)字I/O</b></p><p>　　數(shù)字I/O是采集外部設(shè)備工作狀態(tài)，建立與外部設(shè)備的通信，此時(shí)就需要用到DAQ設(shè)備的功能。一般的數(shù)字I/O板卡均采用TT

91、L電平。</p><p><b>　　4)定時(shí)/計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器的兩個(gè)主要性能指標(biāo)是分辨率和始終頻率，分辨率越大，計(jì)數(shù)器位數(shù)越大，計(jì)數(shù)值越高。</p><p>　　5.1.2數(shù)據(jù)采集卡的基本性能指標(biāo)</p><p>　　1.模擬信號(hào)輸入部分</p><p>　　1)

92、模擬輸入通道數(shù)。該參數(shù)表明數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)。</p><p>　　2)信號(hào)的輸入方式。一般待采集信號(hào)的輸入方式有：</p><p>　　單端輸入：即信號(hào)的其中一個(gè)端子接地。單端輸入以一個(gè)共同接地點(diǎn)為參考點(diǎn)。這種方式適用于輸入信號(hào)為高電平(大于一伏)，信號(hào)源與采集端之間的距離較短(小于巧英尺)，并且所有輸入信號(hào)有一個(gè)公共接地端。如果不能滿足上述條件，則需要使用差動(dòng)輸入。&

93、lt;/p><p>　　差動(dòng)輸入：即信號(hào)的兩端均浮地。差分輸入方式下，每個(gè)輸入可以有不同的接地參考點(diǎn)。并且，由于消除了共模噪聲的誤差，所以差分輸入的精度較高。</p><p>　　3)模擬信號(hào)的輸入范圍(量程)。指ADS能夠量化處理的最大、最小輸入電壓值。DAQ卡提供了可選擇的輸入范圍，它與分辨率、增益等配合，以獲最佳測(cè)量精度。</p><p>　　4)放大器增益。表示

94、輸入信號(hào)被處理前放大或縮小的倍數(shù)。給信號(hào)設(shè)置一個(gè)增益值，就可以實(shí)際減小信號(hào)的輸入范圍，使模數(shù)轉(zhuǎn)換能盡量地細(xì)分輸入信號(hào)。</p><p>　　5)分辨率。分辨率是模/數(shù)轉(zhuǎn)換所使用的數(shù)字位數(shù)。分辨率越高，輸入信號(hào)的細(xì)分程度就越高，能夠識(shí)別的信號(hào)變化量就越小。</p><p>　　2. A/D轉(zhuǎn)換部分</p><p>　　1)采樣速率。指在單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)模擬信號(hào)的

95、采集次數(shù)，是數(shù)據(jù)采集</p><p>　　卡的重要技術(shù)指標(biāo)。由采樣定理，為了使采樣后輸出的離散時(shí)間序列信號(hào)能無(wú)失真地復(fù)現(xiàn)原輸入信號(hào)，必須使采樣頻率九至少為輸入信號(hào)最高有效頻率的兩倍，否則會(huì)出現(xiàn)頻率混淆誤差.實(shí)際系統(tǒng)中，為了保證數(shù)據(jù)采樣精度，一般有下列關(guān)系：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中N為多通道數(shù)據(jù)采

96、集系統(tǒng)的通道數(shù)。</p><p>　　采樣率決定了模/數(shù)變換的速率。采樣率高，則在一定時(shí)間內(nèi)采樣點(diǎn)就多，對(duì)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)就越精確。采樣率必須保證一定的數(shù)值，如果太低，則精確度就很差。</p><p>　　2)位數(shù)b。是指A/D轉(zhuǎn)換器輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。當(dāng)輸入電壓由U=0增至滿量程值U = UH時(shí)，一個(gè)八位((b=8) A/D的數(shù)字輸出由八個(gè)“0”變?yōu)榘藗€(gè)“1"，共計(jì)變化2b個(gè)狀態(tài)

97、，故A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)最低有效位數(shù)字量的輸出改變量。</p><p>　　3)分辨率與分辨力。指數(shù)據(jù)采集卡可分辨的輸入信號(hào)最小變化量。分辨率一般以A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制位數(shù)或BCD碼位數(shù)表示。分辨力為1LSB(最低有效位數(shù))。</p><p>　　4)精度。一般用量化誤差表示，量化誤差e為L(zhǎng)SB/2。</p><p><b>　　(5-2)</b

98、></p><p>　　3. D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換部分</p><p>　　1)分辨率。指當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化即1LSB時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸出模擬量的</p><p>　　變化量。通常用D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)b表示。</p><p>　　2)標(biāo)稱滿量程.指相當(dāng)于數(shù)字量標(biāo)稱值2b的模擬輸出量。</p><p>　　3)響

99、應(yīng)時(shí)間：指數(shù)字量變化后，輸出量穩(wěn)定到相應(yīng)數(shù)值范圍內(nèi)(LSB/2 )的時(shí)間。 </p><p>　　5.2本文采用的采集卡</p><p>　　本課題的所實(shí)現(xiàn)的虛擬儀器采用的是最基本的虛擬儀器構(gòu)成方式，即PC-DAQ構(gòu)成方式。在PC的控制下對(duì)DAQ發(fā)出控制命令來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集，然后利用PC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和顯示功能來(lái)得到用戶需要的有效信息。</p><p>　　5

100、.2.1多功能數(shù)據(jù)采集卡ART PCI-2300</p><p>　　PCI2300卡是一種基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直插在IBMPC/AT 或兼容機(jī)內(nèi)的任一PCI插槽中，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。PCI2300板上裝有12 Bit分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，為用戶提供了16雙／32單的模擬輸入通道。輸入信號(hào)儀表放大器AD620調(diào)整到合適的范圍，保證最佳轉(zhuǎn)換精度。A/D

101、轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)范圍±5V、±10V、0~10V。 </p><p>　　5.2.1.1性能及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　5.2.2系統(tǒng)測(cè)試流程</p><p>　　1、進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)：當(dāng)您正確安裝ART PCI2300驅(qū)動(dòng)程序后，在Windows的系統(tǒng)菜單中啟動(dòng)“Art VC Test Application……”即可進(jìn)入設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)。</

102、p><p>　　2.進(jìn)行數(shù)據(jù)采集：先設(shè)采樣首末通道，頻率等硬件參數(shù)，再“開(kāi)始”按鈕。</p><p><b>　　3.進(jìn)行數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　5.2.3.多功能數(shù)據(jù)采集卡ART PCI-2300編程</p><p>　　對(duì)于采集卡一般要先創(chuàng)建設(shè)備對(duì)象來(lái)激活設(shè)備，然后初始化所需要的模塊，然后開(kāi)始數(shù)據(jù)采集，采集

103、結(jié)束后要釋放相關(guān)組件，最后釋放設(shè)備。下面具體說(shuō)明：</p><p>　　第一步 創(chuàng)建設(shè)備對(duì)象</p><p>　　第二步 初始化設(shè)備對(duì)象中的AD部件</p><p>　　第三步 開(kāi)始循環(huán)采集AD數(shù)據(jù)</p><p>　　第四步 釋放設(shè)備對(duì)象中的AD部件</p><p>　　第五步 釋放設(shè)備對(duì)象</p>&

104、lt;p><b>　　5.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了數(shù)據(jù)采集的基本概念，列舉了在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)該注意的</p><p>　　要點(diǎn)。針對(duì)板卡在整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不同階段發(fā)揮的不同作用，分別描述了具體的應(yīng)用方案。</p><p>　　第六章 虛擬示波器軟面板及程序設(shè)計(jì)</p><p>&l

105、t;b>　　6.1數(shù)據(jù)采集模塊</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊是虛擬示波器軟件的硬件驅(qū)動(dòng)部分，主要完成數(shù)據(jù)采集的控制、數(shù)據(jù)格式的定義與轉(zhuǎn)換，下面是具體框圖：</p><p>　　圖6-1 數(shù)據(jù)采集模塊框圖</p><p><b>　　6.2波形顯示模塊</b></p><p>　　6.2.1波

106、形顯示模塊的功能及控件</p><p>　　波形顯示模塊主要是對(duì)虛擬示波器的波形進(jìn)行顯示，它主要包括多種顯示力一式： (Y1+Y2)/(Y1-Y2)、(Y1*Y2)/(Y1/Y2)、Y1/Y1微分、Y1/Y1積分、李薩如波形生成、頻譜分析等。它主要完成對(duì)波形進(jìn)行放大、頻率調(diào)整等方面的控制。</p><p>　　（1）Y1模式 （2）Y2模式 &

107、lt;/p><p>　?。?）(Y1+Y2)/(Y1-Y2)模式 （4）Y1/ Y2模式</p><p>　?。?）(Y1*Y2)/(Y1/Y2)模式 （6）Y1/Y1微分模式</p><p>　?。?）Y1/Y1積分模式 （8）Y2/Y2微分模式</p><

108、;p>　　（9）Y2/Y2積分模式 （10）李薩如波形模式</p><p>　　圖6-2 波形顯示模塊框圖</p><p>　　6.2.2波形顯示模塊的前面板及框圖</p><p>　　前面板參見(jiàn)圖6-3，在該圖中，1是現(xiàn)實(shí)波形類型選擇按鈕，詳細(xì)類型參見(jiàn)圖6-4，2是虛擬信號(hào)源通道Y1的波形選擇按鈕，3是虛擬信號(hào)源通道Y2的波形選擇

109、按鈕，4是Y坐標(biāo)名稱，5是波形顯示窗，6是X坐標(biāo)名稱。</p><p>　　圖6-3前面板圖 圖6-4 顯示波形類型選擇按鈕詳細(xì)類型圖</p><p>　　6.3參數(shù)測(cè)量及時(shí)間序例生成模塊</p><p>　　6.3.1時(shí)間序例生成功能及功能節(jié)點(diǎn)</p><p>　　圖6-5 時(shí)間生成序列圖</p>

110、<p>　　時(shí)間生成序列是生成時(shí)間序列來(lái)作為X坐標(biāo)軸的輸入變量，在李薩如波形模式下，由其中一個(gè)輸入信號(hào)代替時(shí)間序列。</p><p>　　6.3.2測(cè)量模塊前面板及框圖</p><p>　　測(cè)量模塊是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行測(cè)量處理的模塊它包括7個(gè)部分，1是測(cè)量指針選擇工具，2是縮放選擇工具，3是波形平移選擇，4是測(cè)量指針微調(diào)選擇工具，5是波形屬性調(diào)整工具，6是X、Y坐標(biāo)鎖定工具，7是

111、測(cè)量指針坐標(biāo)顯示工具</p><p>　　圖6-6 測(cè)量模塊圖</p><p><b>　　6.4頻譜分析模塊</b></p><p>　　6.4.1分析模塊功能及節(jié)點(diǎn)</p><p>　　對(duì)于周期信號(hào)而言，在進(jìn)行頻譜分析時(shí)，可以利用傅里葉級(jí)數(shù)，也可以利用傅里葉變換，傅里葉級(jí)數(shù)相當(dāng)于傅里葉變換的一種特殊表達(dá)形式。任意周期