1、九江學(xué)院學(xué)士畢業(yè)論文JIU JIANG UNIVERSITY畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題 目 基于U120816卡的數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)英文題目The Data Acquisition Software design based on U120816 Card院 系 電子工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 通信工程 姓 名 年 級(jí) 二零零九級(jí) 指導(dǎo)教師 江金龍 二零一三年五月I摘 要隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)的分析和處理，顯示，存貯等方面的優(yōu)勢(shì)突出比傳統(tǒng)的儀器越來(lái)越明顯。與此同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)價(jià)格不斷在降和性能不斷在提升，傳統(tǒng)儀器的價(jià)格又長(zhǎng)期居高不下，再加上傳統(tǒng)儀器的功能單一，發(fā)展虛

2、擬儀器已經(jīng)成為一個(gè)不可阻擋的。美國(guó)NI公司在這種環(huán)境下，率先發(fā)起了對(duì)虛擬儀器的研究開(kāi)發(fā)，推出了Labview軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。本論文在掌握了虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)及信號(hào)處理的相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了一套數(shù)據(jù)采集，通過(guò)USB接口連接外圍電子設(shè)備與電子計(jì)算機(jī)。并對(duì)虛擬儀器的概念，結(jié)構(gòu)，發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了相關(guān)分析。介紹信號(hào)處理相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，主要是數(shù)據(jù)的采集采集過(guò)程和數(shù)據(jù)分析。虛擬儀器主要由硬件和軟件兩個(gè)部分構(gòu)成。本文對(duì)虛擬示波器的硬件即數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行了初略的介紹，對(duì)其軟件部分進(jìn)行詳細(xì)研究。在此基礎(chǔ)上完成對(duì)信號(hào)的采集，信號(hào)的輸出和信號(hào)的產(chǎn)生。 本論文在U120816數(shù)據(jù)采集卡的硬件基礎(chǔ)上，通過(guò)LabvieW軟件

3、對(duì)U120816數(shù)據(jù)采集卡的再開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)電腦對(duì)外圍電子設(shè)備的數(shù)據(jù)聯(lián)通。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器 虛擬示波器 數(shù)據(jù)采集 Abstract Along with the computer technology and software technology is developing rapidly, and the electronic computer in real-time data analysis and processing, storage, show， the advantages of the compared with traditional instruments is more

4、 and more obvious. Meanwhile, along with the computer cost-effective rising, the price of traditional instruments, plus high and long-term single function of traditional instruments, development virtual instrument has become an irreversible historical trend. The United States in this kind of environ

5、ment in NI, pioneered the research and development of virtual instrument, he launched a Labview software development platform.This topic on the concept of virtual instrument, the structure, the development trend for the correlation analysis. Introduces and signal processing related basic knowledge,

6、mainly Fourier transformation. Virtual instrument mainly by the hardware and software two parts. In this paper the hardware that virtual oscilloscope data acquisition card of initial slightly, and discusses its software as part of a deep analysis. Virtual oscilloscope software is divided into severa

7、l relatively independent modules, such as spectrum analysis module, storage module, display module, filter modules etc.Key words: virtual instrument；virtual oscilloscope；data collection目錄摘 要IAbstract.II第一章 緒論- 1 -1.1虛擬儀器的基本概念- 1 -1.2虛擬儀器的構(gòu)成- 1 -1.3虛擬儀器的較傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢(shì)- 1 -1.4虛擬儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展方向- 1 -1.5本論文的主要工作- 2

8、 -第二章 系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)Labview簡(jiǎn)介- 3 -2.1 labview的基本概述- 3 -2.2 labview的模板分析- 4 -2.2.1工具模板- 5 -2.2.2 控件選板- 6 -2.2.3函數(shù)選板- 6 -第三章 U120816數(shù)據(jù)卡硬件系統(tǒng)- 8 -3.1數(shù)據(jù)采集技術(shù)- 8 -3.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)分類(lèi)- 8 -3.1.2基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部分的作用- 8 -3.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)- 11 -3.2.1采樣/保持器的工作原理- 11 -3.2.2多路轉(zhuǎn)換模擬開(kāi)關(guān)- 12 -3.3 U120816的基本組成- 12 -3.3.1 U120816數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介

9、- 12 -第四章 虛擬示波器的軟件設(shè)計(jì)- 16 -4.1 數(shù)據(jù)采集軟件功能分析- 16 -4.2 模擬波形采集模塊設(shè)計(jì)- 17 -4.2.1數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)- 18 -4.3 模擬波形采集模塊測(cè)試- 20 -4.4 小結(jié)- 21 -第五章 結(jié)論和展望- 22 - 致 謝.- 23 -參考文獻(xiàn)- 24 -IIII第一章 緒論1.1虛擬儀器的基本概念電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展到今天，總體上經(jīng)過(guò)了四個(gè)歷程，按出現(xiàn)的時(shí)間順序依次為;模擬儀器，數(shù)字儀器，智能儀器，虛擬儀器。其中，為了與虛擬儀器區(qū)別開(kāi)來(lái)，我們又把前三種稱(chēng)為傳統(tǒng)儀器。虛擬儀器是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)深層

10、次結(jié)合的產(chǎn)物，是用戶(hù)在普通PC機(jī)上，應(yīng)用各種軟件平臺(tái)，根據(jù)自身的需要，設(shè)計(jì)和定義的軟硬件相結(jié)合的一種測(cè)量?jī)x器。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形顯示功能，建立虛擬儀器的控制面板，用戶(hù)通過(guò)對(duì)面板的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬儀器的操作，就像操作一臺(tái)普通的測(cè)量?jī)x器一樣。1.2虛擬儀器的構(gòu)成從構(gòu)成要素上講，虛擬儀器主要由計(jì)算機(jī)，儀器硬件（如數(shù)據(jù)采集卡）和應(yīng)用軟件構(gòu)成；從總線(xiàn)標(biāo)注上講，包括有PC-DAQ系統(tǒng)，GPIB系統(tǒng),VXI系統(tǒng)等。1.3虛擬儀器的較傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢(shì)（1）傳統(tǒng)儀器的控制面板只有一個(gè)，在這個(gè)操作面板上，需要放置各種按鈕，容易導(dǎo)致混亂和混淆。而虛擬儀器可以有多個(gè)控制面板，各個(gè)面板之間的切換十分方便，使每個(gè)面板變得簡(jiǎn)

11、單，從而提高了操作的正確性和方便性。（2）虛擬儀器大量用應(yīng)用軟件來(lái)替代傳統(tǒng)儀器中的硬件，從而使儀器的硬件變得簡(jiǎn)單。（3）虛擬儀器使儀器的功能可以有用戶(hù)自定義，而不是只能由廠家來(lái)定義，從而使得儀器更加好用，方便。（4）由于用軟件替代硬件，儀器的更新升級(jí)大都只要更新軟件，從而使得儀器的升級(jí)換代更加迅速，研發(fā)周期縮短。（5）虛擬儀器的發(fā)展可與計(jì)算機(jī)的發(fā)展同步，與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備同步。1.4虛擬儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展方向虛擬儀器的概念最初是由美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments Corp，簡(jiǎn)稱(chēng)NI）于1986年提出，NI公司在80年代研制和推出了許多總線(xiàn)系統(tǒng)的虛擬儀器，后來(lái)，美國(guó)HP公司

12、，Tektronic公司，Racal公司也在此方面有了很多進(jìn)展。虛擬儀器在國(guó)外發(fā)展很快，以NI公司為首的很多公司已經(jīng)在市場(chǎng)上推出了大量基于虛擬儀器技術(shù)的電子儀器產(chǎn)品。據(jù)“世界儀表及自動(dòng)化”雜志預(yù)測(cè)，虛擬儀器在21世紀(jì)中期將占到儀器市場(chǎng)50%左右的份額。虛擬儀器在本世紀(jì)發(fā)展很快，大有取代傳統(tǒng)儀器的趨勢(shì)。近年來(lái)，世界很多公司推出了不少虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使儀器的使用者可以開(kāi)發(fā)組建自己需要的虛擬儀器。其中，比較具有代表性的是NI公司Labview平臺(tái)和Labwindows/CVI平臺(tái)。相比而言，Labwindows是為熟悉C語(yǔ)言的傳統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)人員所設(shè)計(jì)的。作為一本新興技術(shù)，虛擬儀器在國(guó)內(nèi)尚屬于起步

13、階段，但也初步取得了一些成果。國(guó)內(nèi)已有幾家廠家在開(kāi)發(fā)研制虛擬儀器，在數(shù)據(jù)處理軟件方面做出了一些成就。比如測(cè)量結(jié)果的頻譜分析，快速傅里葉變換，各種數(shù)字濾波器，卷積分析，微積分等。1.5本論文的主要工作我國(guó)在科學(xué)技術(shù)方面與世界頂級(jí)國(guó)家還有一定距離，我國(guó)的高檔儀器大部分還要依賴(lài)進(jìn)口，這種儀器往往價(jià)格昂貴，使用面窄，花很多的外匯只能起到有限的作用，因此，研究虛擬儀器對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)具有很重要的意義。開(kāi)發(fā)虛擬儀器不僅可以實(shí)現(xiàn)儀器的自我生產(chǎn)，而且虛擬儀器易于改進(jìn)，提升性能，通過(guò)軟件和硬件的更換，還可以實(shí)現(xiàn)多方面的用途，大大提高了儀器的性?xún)r(jià)比。本論文主要介紹虛擬示波器硬件和軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及相關(guān)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知

14、識(shí)。虛擬示波器主要有硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分主要是普通PC機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡；軟件部分則包括了前面板，采集卡驅(qū)動(dòng)程序及相關(guān)的應(yīng)用軟件（主要有頻譜分析，數(shù)字濾波，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取，波形顯示等）第二章 系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)Labview簡(jiǎn)介2.1 labview的基本概述Labview是美國(guó)國(guó)家儀器公司開(kāi)發(fā)的，基于G語(yǔ)言（Graphics Language）的虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具。其特點(diǎn)是用圖形化的符號(hào)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的文本語(yǔ)言，從而達(dá)到直觀，簡(jiǎn)潔，易懂的目的。1992年8月labVIEW2.5實(shí)現(xiàn)了從MaCintosh平臺(tái)到Windows又砰臺(tái)的移植，從 LabVIEW3.0版本開(kāi)始，LabVIEW作為一個(gè)

15、完整優(yōu)異的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，并開(kāi)始迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，贏得了廣大用戶(hù)的青睞。它的基本特點(diǎn)是 (1)具有良好的用戶(hù)接口其用戶(hù)接口類(lèi)似于傳統(tǒng)儀器的面板，包括按鈕、旋鈕、圖形顯示組件、控制組件等。通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)向程序輸入數(shù)據(jù)，操作結(jié)果由軟件在計(jì)算機(jī)屏幕上生成。 (2)編程方式簡(jiǎn)單、直觀采用圖形語(yǔ)一言(G語(yǔ)言)、圖標(biāo)和聯(lián)機(jī)代替文本形式編寫(xiě)程序，是對(duì)具體編程問(wèn)題的圖形化解決方案。 (3)具有層次結(jié)構(gòu)和模塊化的特點(diǎn)每一個(gè)VI可以作為頂層程序，也可以作為其它程序的子程序。 (4)提供程序調(diào)試功能程序調(diào)試工具包括在源代碼中可以設(shè)置斷點(diǎn)，可以單步執(zhí)行，也可以啟動(dòng)。 LabVIEW創(chuàng)建虛擬儀

16、器過(guò)程 創(chuàng)建虛擬儀器的過(guò)程分為四步: (1)創(chuàng)建前面板。前面板是圖形化用戶(hù)界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。它模仿了實(shí)際儀器的面板。前面板包含了旋鈕、按鈕、圖形和其他控制與顯示對(duì)象。通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，也可在計(jì)算機(jī)顯示器上直接觀看結(jié)果。若想要在數(shù)字控制中輸入或修改數(shù)值，只需要用操作工具(見(jiàn)工具模板)點(diǎn)擊控制部件和增減按鈕，或者用操作工具或標(biāo)簽工具雙擊數(shù)值欄進(jìn)行輸入數(shù)值修改。 (2)創(chuàng)建框圖程序。在前面板窗口的主菜單windows中選擇 ShowDiagram將前面板窗口切換到框圖程序窗口，此時(shí)會(huì)看到與前面板對(duì)象對(duì)應(yīng)的端口。根據(jù)需要在功能模板中找到所需的節(jié)點(diǎn)，并將節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)放置到框

17、圖程序窗口。用數(shù)據(jù)連線(xiàn)將這些端口和節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的框圖程序。 (3)創(chuàng)建圖標(biāo)。一個(gè)虛擬儀器的圖標(biāo)/連接端口就像一個(gè)圖形(表示某一虛擬儀器)的參數(shù)列表。這樣，其它的虛擬儀器才能將數(shù)據(jù)傳輸給子儀器。圖標(biāo)和連接允許將此儀器作為最高級(jí)的程序，也可以作為其它程序或子程序的子程序。運(yùn)行和調(diào)試程序。運(yùn)行和調(diào)試程序是任何一門(mén)編程語(yǔ)言編程的最重要的一步。在LabVIEW中，用戶(hù)可以通過(guò)兩種方式來(lái)運(yùn)行程序:運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行。如果一個(gè)VI程序存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕將會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這時(shí)這個(gè)按鈕被稱(chēng)作錯(cuò)誤列表。點(diǎn)擊它，則LabVIEW彈出錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其

18、中任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，選用Find功能，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。調(diào)試程序時(shí)可以利用單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、設(shè)置探針來(lái)顯示數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。圖 1.1 Labview前面板 圖 1.2 Labview程序框 2.2 labview的模板分析labVIEW是一種圖形化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在一個(gè)虛擬儀器VI的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主要利用模板創(chuàng)建和運(yùn)行程序。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動(dòng)，并可以放置在屏幕的任意位置。操縱模板共有三類(lèi):工具(Too1s)選板、控制(Controls)選板和功能 (Functions)選板或稱(chēng)函數(shù)選板。圖 2.1 工具選版 2.2.1工具模板工具選板為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)

19、試VI程序的工具(如圖所示)。該模板可以在windows菜單下選擇 ShowToolsPalette命令以顯示該模板。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀，它包括了以下工具包。 操作工具:使用該工具來(lái)操作前面板的控制和顯示。使用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入值時(shí)，工具會(huì)變成標(biāo)簽工具的形狀。 選擇工具，用于選擇、移動(dòng)或改變對(duì)象的大小當(dāng)它用于改變對(duì)象的連框大小時(shí)，會(huì)變成相應(yīng)形狀。 標(biāo)簽工具:用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建自由標(biāo)簽。當(dāng)創(chuàng)建自由標(biāo)簽時(shí)它會(huì)變成相應(yīng)形狀。 連線(xiàn)工具:用于在框圖程序上連接對(duì)象。如果聯(lián)機(jī)幫助的窗口被打開(kāi)時(shí)，把該工具放在任一條連線(xiàn)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。 對(duì)

20、象彈出菜單工具:用左鼠標(biāo)鍵可以彈出對(duì)象的彈出式菜單。 漫游工具:使用該工具就可以不需要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游 斷點(diǎn)工具:使用該工具在VI的框圖對(duì)象上設(shè)置斷點(diǎn)。 探針工具:可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線(xiàn)上設(shè)置探針。程序調(diào)試員可以通過(guò)控針窗口來(lái)觀察該數(shù)據(jù)流線(xiàn)上的數(shù)據(jù)變化狀況。 顏色提取工具:使用該工具來(lái)提取顏色用于編輯其他的對(duì)象。顏色工具:用來(lái)給對(duì)象定義顏色。它也顯示出對(duì)象的前景色和背景色。 自動(dòng)選擇工具2.2.2 控件選板圖 2.2 控件選版 控件選板擬儀器的面板是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的。就是LabVIEW將傳統(tǒng)儀器上的各種旋紐、開(kāi)關(guān).、顯示屏等所有可能涉及到的操作部件，都做成外形相似的“控件”分類(lèi)存于控

21、制模板上。設(shè)計(jì)儀器模板時(shí)，只需根據(jù)需要選擇合適的“控件”放在面板相應(yīng)的位置上即可。每個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)子模板(如圖所示)?？刂颇０蹇梢杂肳ind。，s菜單的 ShowControlsPalette功能打開(kāi)它，也可以在前面板的空白處,點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。它只有當(dāng)打開(kāi)前面板窗口時(shí)才能調(diào)用2.2.3函數(shù)選板圖 2.3 函數(shù)選板 圖2.4 函數(shù)選板子選板 函數(shù)選板編程子選板功能模板就是LabVIEW將傳統(tǒng)儀器上的各種測(cè)試功能、信號(hào)分析文件操作以及輸入/輸出(1/0)接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)做成可供直接調(diào)用的庫(kù)函數(shù)。使用時(shí)只需根據(jù)預(yù)完成的功能與操作，從子模板上選擇相應(yīng)的“圖標(biāo)”放在流程圖編輯窗口中相應(yīng)的位置

22、上即可。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板(如圖所示)。它可以用Windows菜單下的Show Funetionspalette功能打開(kāi)它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。而且它只有打開(kāi)了框圖程序窗口后才能出現(xiàn)。它包括結(jié)構(gòu)子模板、數(shù)值運(yùn)算子模板、布爾邏輯子模板、字符串運(yùn)算子模板、數(shù)組子模板、類(lèi)子模板、比較子模板、時(shí)間和對(duì)話(huà)框子模板、文件輸入/輸出子模板、儀器控制子模板、儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)、數(shù)據(jù)采集子模板、信號(hào)處理子模板、數(shù)學(xué)模型子模塊、圖形與聲音子模塊、通訊子模板、應(yīng)用程序控制子模塊、底層接口子模塊、文檔生成子模板、示教課程子模板、用戶(hù)自定義的子Vl模板和選擇VI子程

23、序等子模板。編制軟件時(shí)通過(guò)對(duì)控制和功能模塊中子模塊的靈活調(diào)用，選取相應(yīng)的功能子模塊，分別置于前后面板內(nèi)，使用連線(xiàn)工具即可完成虛擬儀器設(shè)計(jì)。本章介紹了當(dāng)今在測(cè)控領(lǐng)域內(nèi)的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件LabVIEw語(yǔ)言，它滿(mǎn)足了實(shí)現(xiàn)虛擬測(cè)試儀器的條件，是虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境中圖形化語(yǔ)言的杰出代表之一。LabvIEW語(yǔ)言是一種面向工程技術(shù)人員的圖形化編程語(yǔ)言，是一種面向?qū)ο蟮哪K化編程語(yǔ)言，使面向?qū)ο蠹夹g(shù)程序的復(fù)用性達(dá)到最佳，被譽(yù)為工程師和科學(xué)家的語(yǔ)言。第三章 U120816數(shù)據(jù)卡硬件系統(tǒng)3.1數(shù)據(jù)采集技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行總線(xiàn)擴(kuò)展以便將其用于實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)控制、測(cè)試和測(cè)量、這些都要用到基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。一個(gè)數(shù)據(jù)

24、采集系統(tǒng)的基本任務(wù)是測(cè)量和產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)世界的物理信號(hào)。3.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)分類(lèi)傳感器把物理信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)(電壓或電流)，例如熱電偶(溫度/電壓)、RTDs(溫度/電阻)、應(yīng)變片(拉或壓/溫度)。信號(hào)調(diào)理附件能夠?qū)ξ⑷跣盘?hào)進(jìn)行放大、光電隔離、濾波等處理，以便更精確和安全地測(cè)量。同時(shí)它能夠激發(fā)和線(xiàn)性化某些傳感器及其信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)被適當(dāng)調(diào)理后，即可輸給插入式數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)字化，同時(shí)它也能產(chǎn)生控制信號(hào)。數(shù)據(jù)采集板程序設(shè)計(jì)依靠驅(qū)動(dòng)軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)化，因而用戶(hù)能夠調(diào)用傳統(tǒng)的語(yǔ)言和應(yīng)用軟件包來(lái)設(shè)計(jì)高級(jí)程序。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)的性能決定了整個(gè)過(guò)程的速度。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，需要高速的處理器，在對(duì)數(shù)據(jù)采集功能模塊進(jìn)行分

25、析之前，我們先對(duì)信號(hào)進(jìn)行歸類(lèi)。歸類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)是信號(hào)中有用的不同信息?？偟膩?lái)說(shuō)，可以把信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。一個(gè)數(shù)字信號(hào)只有兩個(gè)分離的狀態(tài):低電平和高電平。相反，模擬信號(hào)包括了隨時(shí)間變化的連續(xù)信息。數(shù)字信號(hào)又可以分為開(kāi)關(guān)信號(hào)和脈沖序列信號(hào)，模擬信號(hào)則可以分為直流信號(hào)、時(shí)域信號(hào)、頻域信號(hào)。這幾種信號(hào)分別對(duì)應(yīng)著一種信號(hào)信息:狀態(tài)、變化率、幅值、形狀、頻率。3.1.2基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部分的作用要從一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到合理的結(jié)果，依賴(lài)于系統(tǒng)的每一個(gè)組成部分，即計(jì)算機(jī)、傳感器、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件和軟件。下面逐一予以討論說(shuō)明。1 傳感器傳感器將被測(cè)試的物理量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的最基本的

26、環(huán)節(jié)。例如，熱電偶、熱敏電阻、集成電路傳感器、應(yīng)變片等，都可以將溫度轉(zhuǎn)化成電壓和電阻。對(duì)于每一種傳感器，電信號(hào)的大小都與被監(jiān)測(cè)信號(hào)的物理參數(shù)成正比。2 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理器是傳感器和數(shù)據(jù)采集卡之間的橋梁，負(fù)責(zé)將傳感器的輸出信號(hào)和數(shù)據(jù)采集模塊可以接受的信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，從傳感器輸出的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)調(diào)理才能夠連入數(shù)據(jù)采集板，信號(hào)調(diào)理包括放大和衰減、隔離、濾波、傳感器激勵(lì)、線(xiàn)性化處理。(1) 放大和衰減數(shù)據(jù)采集卡接收的信號(hào)是范圍很廣的電壓信號(hào)，如果太強(qiáng)，就需要衰減器把被測(cè)信號(hào)減弱后再輸入給數(shù)據(jù)采集卡，這樣一方面可以保證數(shù)據(jù)采集卡可以順利采數(shù)，另一方面有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而對(duì)于微弱信號(hào)要進(jìn)行放大，以提高分辨

27、率和降低噪音，也使調(diào)理后信號(hào)的最大電壓值和ADC最大輸入值相等，這樣可以提高精度。在設(shè)定調(diào)理電路的放大或衰減倍數(shù)時(shí)，一般應(yīng)滿(mǎn)足這樣一個(gè)條件:經(jīng)調(diào)理后的信號(hào)其最大值應(yīng)盡可能地達(dá)到數(shù)據(jù)采集卡可以接受的電壓范圍，最大限度地提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。(2) 隔離隔離是指使用變壓器、光或電容禍合等方法阻礙被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)之間傳遞信號(hào)，避免發(fā)生直接連接，使用禍合主要有兩個(gè)方面原因:一是從安全的角度把傳感器信號(hào)同計(jì)算機(jī)隔離，因?yàn)楸槐O(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，另一個(gè)原因是隔離可以使從數(shù)據(jù)采集卡出來(lái)的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響，減少誤差。(3) 濾波濾波的目的是消除噪音信號(hào)，提高輸入信號(hào)的信噪比。噪音濾波器通常用于

28、直流信號(hào);交流信號(hào)通常需要抗失真的低通濾波器，因?yàn)檫@樣的濾波器有一陡峭的截止頻率，因而幾乎能夠完全消除高頻干擾信號(hào)。(4) 激勵(lì)由于電工測(cè)量試驗(yàn)中經(jīng)常要要用到正弦波、方波等信號(hào)，且有時(shí)需要為一些傳感器提供激勵(lì)信號(hào)，故由虛擬信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生各種信號(hào)并由信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行功率放大后輸出。(5) 線(xiàn)性化很多傳感器對(duì)被測(cè)量都有非線(xiàn)性響應(yīng)，因而需要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性化。3 數(shù)據(jù)采集硬件數(shù)據(jù)采集硬件與眾多因素有關(guān)，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，下面是通用的特征:(1) 采樣頻率采樣頻率高，就能在一定時(shí)間內(nèi)獲得更多的原始信息，見(jiàn)圖4一1(a)所示。為了再現(xiàn)原始信號(hào)，必須有足夠高的采樣頻率。顯然，如果信號(hào)變化比采樣板的

29、數(shù)字化要快，或采樣太慢，就會(huì)產(chǎn)生波形失真，見(jiàn)圖4一1(b)。根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少是輸入最高頻率的兩倍，才可能不產(chǎn)生失真。(2) 采樣方法要從多個(gè)通道得到數(shù)據(jù)，通常使用多路開(kāi)關(guān)把每個(gè)信號(hào)端連接到A/D轉(zhuǎn)化器(ADC)。采用連續(xù)掃描方法，要比給每個(gè)通道一個(gè)放大器和ADC要經(jīng)濟(jì)得多，但這僅僅實(shí)用于在采樣點(diǎn)之間對(duì)時(shí)間不是很重要的場(chǎng)合。如果采樣點(diǎn)之間對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格，則必須同時(shí)采樣。對(duì)于低頻信號(hào)，可以用間隔掃描辦法來(lái)產(chǎn)生同時(shí)采樣的效果，而不必增加采樣保持電路。這種方法一定時(shí)間間隔掃描輸入通道，用脈沖來(lái)計(jì)算各通道兩次掃描的時(shí)間間隔。(3) 分辨率ADC的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。例如

30、，三位轉(zhuǎn)化器把模擬電壓分成2(8位)段，每段用二進(jìn)制代碼在000到In之間表示，因而數(shù)字并不能真實(shí)反映原始信號(hào)，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅恕Ｈ绻黾拥?6位，代碼增加到655536，這樣就可以得到較為精確地反映原始信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。(4) 電壓范圍電壓范圍指ADC能掃描到最高和最低電壓。一般情況下，由于DAQ卡的電壓范圍可以調(diào)節(jié)，所以將信號(hào)電壓范圍調(diào)到與微機(jī)相匹配以便利用其可靠的分辨率范圍。范圍、增益、分辨率決定了可分辨的最小電壓變化，它表示ILSB。例如，某DAQ板的分辨率為16位，范圍取0一 1OV，增益取 100，則有 1LSB=(10/100xZ6)=1.5協(xié)v，這樣一來(lái)，在數(shù)字化的過(guò)成中，

31、一位的分辨率為1.spv。(5) 模擬輸出模擬輸出電路通常是為DAQ板的系統(tǒng)提供激勵(lì)電壓或電流。DAQ輸出信號(hào)由停滯、轉(zhuǎn)換率、分辨率等構(gòu)成。停滯時(shí)間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號(hào)幅值改變的快慢。(6) 定時(shí)I/0許多場(chǎng)合都要用到定時(shí)器，如數(shù)字脈沖定時(shí)、產(chǎn)生方波等。定時(shí)器包括三個(gè)重要信息:門(mén)限信號(hào)、計(jì)時(shí)信號(hào)、輸出。門(mén)限信號(hào)實(shí)際上是觸發(fā)信號(hào)一使它工作或不工作;計(jì)時(shí)信號(hào)也就是信號(hào)源，它提供了繼續(xù)其操作的時(shí)間基準(zhǔn);輸出是在輸出線(xiàn)上產(chǎn)生方波和脈沖。他們最重要的參數(shù)是分辨率和時(shí)鐘頻率。高分辨率意味著計(jì)數(shù)器可以計(jì)更多的數(shù)，時(shí)鐘頻率決定了產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)輸入的快慢，頻率越高，計(jì)數(shù)增長(zhǎng)得越快，因而輸入端的信號(hào)頻率高，就可以

32、產(chǎn)生高頻的脈沖波和方波。4 驅(qū)動(dòng)軟件沒(méi)有軟件，甚至沒(méi)有好的軟件，數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)不可能發(fā)揮很大的作用。數(shù)據(jù)系統(tǒng)一個(gè)主要方面是驅(qū)動(dòng)軟件的使用。驅(qū)動(dòng)軟件是直接對(duì)數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的軟件層，管理著系統(tǒng)的操作以及和計(jì)算機(jī)資源的組合，比如CPU中斷、DMA傳送、存儲(chǔ)器等。驅(qū)動(dòng)軟件在保持高性能、提高給用戶(hù)易于理解的基礎(chǔ)的同時(shí)，隱藏了復(fù)雜、詳細(xì)的硬件及程序設(shè)計(jì)。N工一DAQ就是N1公司高性能數(shù)據(jù)采集及驅(qū)動(dòng)程序。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是電子測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)，當(dāng)然也是虛擬儀器的基礎(chǔ)。只有當(dāng)數(shù)據(jù)采集部分正確工作，整個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)才能正確工作。3.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng) DAS(DataAequisiti

33、onSyst。m)是信息科學(xué)的重要分支，它不僅應(yīng)用在現(xiàn)代智能檢測(cè)系統(tǒng)中，而且在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防軍事及科學(xué)研究等方面都得到廣泛應(yīng)用，無(wú)論是過(guò)程控制狀態(tài)檢測(cè)、還是故障診斷、質(zhì)量檢測(cè)，都離不開(kāi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)、智能儀器與外界物理世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。其核心是計(jì)算機(jī)，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。它所處理的是數(shù)字信號(hào)，因此輸入的模擬信號(hào)必須進(jìn)行模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)量化:，變成數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖如圖3.1所示，它由多路開(kāi)關(guān)、采樣/保持器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)等組成。數(shù)據(jù)采集要經(jīng)過(guò)采樣和量化兩個(gè)必要步驟。采樣過(guò)程是將被測(cè)的連續(xù)信號(hào)離散化

34、，從連續(xù)信號(hào)中抽取采樣時(shí)刻的信號(hào)值，由多路開(kāi)關(guān)、采樣/保持器完成。如果被測(cè)信號(hào)變化緩慢，也可以不用采樣/保持器。多路開(kāi)關(guān)將各路信號(hào)輪流切換到輸入端，對(duì)各路信號(hào)分時(shí)采樣。A/D轉(zhuǎn)換器將采樣信號(hào)量化，將轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中。放大器、濾波器可根據(jù)被測(cè)信號(hào)的大小及干擾的強(qiáng)弱選用。有的系統(tǒng)不采用公用放大器，而根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)單獨(dú)配置。傳感器A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器多路開(kāi)關(guān)放大器計(jì)算機(jī)傳感器 。 。傳感器 圖 3.1 數(shù)據(jù)采集卡結(jié)構(gòu) 3.2.1采樣/保持器的工作原理在實(shí)際系統(tǒng)中用到A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，如果模擬信號(hào)變換較快，那么，為了保證轉(zhuǎn)換精度，就要在A/D轉(zhuǎn)換之前加上采樣/保持電路，使得在A/D轉(zhuǎn)換期間輸

35、入的模擬信號(hào)保持不變。采樣/保持電路有兩種工作方式，即采樣方式和保持方式。在采樣方式下，采樣/保持器的輸出必須跟蹤模擬輸入電壓:在保持方式下，采樣/保持器的輸出將保持采樣命令發(fā)出時(shí)刻的電壓輸入值，直到保持命令結(jié)束為止。圖4一3為采樣/保持器的原理電路。從圖中可以看到，采樣/保持器由輸入緩沖放大器、輸出緩沖放大器、保持電容和控制開(kāi)關(guān)組成。圖 3.2 采樣/保持器 3.2.2多路轉(zhuǎn)換模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中主要部件之一，它的作用是切換各路輸入信號(hào)。在測(cè)控系統(tǒng)中，被測(cè)量經(jīng)常是幾個(gè)或者幾十個(gè)，為了降低成本和減小面積，系統(tǒng)通常使用公共的放大器、采樣/保持器以及A/D轉(zhuǎn)換器，因此需要使用多路開(kāi)關(guān)輪

36、流把各路被測(cè)信號(hào)分時(shí)的與這些公用器件連通。圖 3.3 多路轉(zhuǎn)換模擬開(kāi)關(guān) 為了滿(mǎn)足不同需要，現(xiàn)己開(kāi)發(fā)出各種集成模擬開(kāi)關(guān)，按輸入信號(hào)的連接方式可以分為單端輸入和差動(dòng)輸入。圖3.3為L(zhǎng)F13508單端8通道多路模擬開(kāi)關(guān)原理框圖，它有三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端口。三個(gè)二進(jìn)制控制信號(hào)經(jīng)過(guò)三八譯碼器后，選擇51-58個(gè)輸入通道中的一個(gè)通道與輸出端D接通。EN為使能端，當(dāng)EN=0時(shí)，通道斷開(kāi)，禁止模擬量輸入;當(dāng)EN=1時(shí)，通道接通，允許控制輸入端選中的模擬量輸入，并和輸出通道相連。在實(shí)際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，有時(shí)采樣點(diǎn)數(shù)不止八路，因此需要使用多個(gè)集成模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行通到擴(kuò)展，以滿(mǎn)足要求。3.3 U120816的基本組成 3

37、.3.1 U120816數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介 USB技術(shù)是1980年串口和并口技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，最重要的計(jì)算機(jī)外設(shè)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)之一，它追求的是外設(shè)的通用性。為了把外圍設(shè)備連接PC機(jī)上，USB提供了一種低成本的解決方案，設(shè)備連接后由USB自動(dòng)檢測(cè)，并且由軟件自動(dòng)配置，完成后即可使用，不需要用戶(hù)干涉。USB定義了一種簡(jiǎn)單的連接器，它可以用來(lái)連接任何一個(gè)USB設(shè)備，多個(gè)連接器可以通過(guò)USB集成器連接。每個(gè)USB總線(xiàn)支持127個(gè)設(shè)備的連接，USB支持三種設(shè)備傳輸速率：1.5Mbps，12Mbps,和480Mbps傳輸速率。外圍設(shè)備能夠直接通過(guò)總線(xiàn)供電，USB總線(xiàn)提供最大5V電壓，500mA的電流。USB設(shè)備不像IS

38、A，EISA設(shè)備，它不需要內(nèi)存和I/0地址空間，也不需要中斷請(qǐng)求線(xiàn)路。USB事務(wù)處理包括錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制。圖3.4 U120816-USB數(shù)據(jù)采集卡 U120816具有基本的數(shù)據(jù)采集功能，其應(yīng)用范圍包括簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄、便攜式測(cè)量和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。其強(qiáng)大的功能足以用于更為復(fù)雜的測(cè)量應(yīng)用。 USBDAQ U120816全速多功能數(shù)據(jù)采集卡,由8路模擬輸入,16路雙向數(shù)字I/O線(xiàn),兩個(gè)10位PWM脈寬調(diào)制輸出口,一個(gè)16位計(jì)數(shù)器,多個(gè)iUSBDAQ可以聯(lián)接于一臺(tái)計(jì)算機(jī)。（如下圖3.4) U120816 是一個(gè)USB數(shù)據(jù)采集卡，功能強(qiáng)大，應(yīng)用范圍廣。帶八路放大器的USB2.0數(shù)據(jù)采集卡可以直接對(duì)橋式

39、傳感器,如壓力,稱(chēng)重傳感器和熱電偶溫度傳感器等的信號(hào)進(jìn)行采集,是基于iUSBDAQ U120816模塊上加一信號(hào)調(diào)理器的,應(yīng)用更范圍。Vbus+5V/200mA外部電源12位ADC8通道12/14位ADC全速USB接口數(shù)字I/O接口USB微控制器P1USBP0+2.5v/CAL模擬I/O接口SPIAIAO 0AO 112位ADC圖 3.5 設(shè)備控制模型 PC控制模式參數(shù)特征: 1. 1. USB 2.0/1.1 全速界面(full speed interface)2. 通過(guò)CE標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證3. USB 電纜線(xiàn)供電(Bus Powered)4. 8個(gè) 單端(Single-Ended), 12-Bit

40、 模擬輸入(Analog Inputs), 100Ks/s ADC.5. 0-4.096 V 模擬輸入電壓范圍(Analog Input Range ), 解析度為1mv.6. 支持掃描模式 (Scan Mode, 軟件定時(shí))和連續(xù)流模式(STREAMING Mode,硬件定時(shí))的數(shù)據(jù) 采集模式. 采集頻率可設(shè).在連續(xù)STREAMING模式下能實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)不間斷的采集到PC, 總通過(guò) 率多至 64kSamples/sec, 單通道的通過(guò)率也能多至64kSamples/second for StreamingMode采集輸入.7. 一個(gè)外部觸發(fā)線(xiàn)供給STREAMING模式下數(shù)據(jù)采集8. 一個(gè)vid

41、eo/Log 觸發(fā)輸出線(xiàn)9. 兩個(gè) 10-bit PWM 脈寬調(diào)制輸出口 (3kHz- 333kHz), 占空比百分比010010. 16路雙向數(shù)字I/O線(xiàn) (250HZ)11.一個(gè) 16-Bit計(jì)數(shù)器 (Counter)12.240 bytes EEPROM 空間留給用戶(hù)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)13.多個(gè)iUSBDAQs 可以被聯(lián)接于一臺(tái)計(jì)算機(jī)15第4章 虛擬示波器的軟件設(shè)計(jì)4.1 數(shù)據(jù)采集軟件功能分析脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制

42、與變換的許多領(lǐng)域中。脈寬調(diào)制（PWM）基本原理：控制方式就是對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。沖量既指窄脈沖的面積。這里所說(shuō)的效果基本相同。是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如把各輸出波形用傅里葉變換分析，則它們的低頻段特性非常接近，僅在高

43、頻段略有差異。根據(jù)上面理論我們就可以用不同寬度的矩形波來(lái)代替正弦波，通過(guò)對(duì)矩形波的控制來(lái)模擬輸出不同頻率的正弦波。例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于 /n ，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線(xiàn)，而是曲線(xiàn)，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是PWM波形。可以看出，各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦

44、的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交直交變頻器中，整流電路采用不可控的二極管電路即可，PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線(xiàn)電壓控制PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈

45、寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制。9V電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類(lèi)似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在0V,5V這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車(chē)

46、收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變?。涣鹘?jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線(xiàn)性比例。盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重（如老式的家庭立體聲設(shè)備）和昂貴。模擬電路還有可能?chē)?yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬

47、電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。本論文是基于PWM的原理，通過(guò)U120816數(shù)據(jù)采集卡，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 4.2 模擬波形采集模塊設(shè)計(jì)Labview中的前面板中的控件和指示器可以很好的模擬示波器的面板上的各種旋鈕以及屏幕。簡(jiǎn)單的說(shuō)前面板就是一個(gè)用戶(hù)界面，由輸入，輸出控制和顯示三部分構(gòu)成，用戶(hù)通過(guò)它與程序交互。當(dāng)運(yùn)行VI時(shí)，必須打開(kāi)前面板，以便向執(zhí)行程序輸入數(shù)據(jù)。前面板主要是由控件和指示器組成的聯(lián)合體。控件模擬典型的輸入對(duì)象，如旋鈕、開(kāi)關(guān)?？丶梢宰層脩?hù)輸入值，向VI框圖提供數(shù)據(jù)

48、。指示器顯示由程序產(chǎn)生的輸出信息。以下用兩個(gè)表達(dá)式，可以充分理解控件和指示器： 控件=來(lái)自用戶(hù)的輸入=數(shù)據(jù)源 指示器=給用戶(hù)的輸出=數(shù)據(jù)的目的地或“接收器”兩者是不能互換的。4.2.1數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)U120816 數(shù)據(jù)采集卡做信號(hào)發(fā)生器使用時(shí)，可以再PWM口上接入一個(gè)濾波電路如下圖 4.1：圖 4.1 U120816 數(shù)據(jù)采集卡PWM口內(nèi)部接有：PWM1：R37-470歐，接地電阻R36-1兆。PWM2：R35-470歐，接有電阻R34-1兆。在此需要把470歐電阻換成4.7K，1兆接地電阻換成1uF電容，此時(shí)PWM輸出口就轉(zhuǎn)變成了模擬量輸出。或直接在PWM口外面接圖所示，由于PWM內(nèi)部已接

49、有470歐電阻所以外接電阻時(shí)需減掉，必要時(shí)可以再輸出端另接放大器。U120816 數(shù)據(jù)采集卡與電腦連接：先安裝U120816 數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)，再連接電腦與打開(kāi)U120816 數(shù)據(jù)采集卡，接著打開(kāi)LabVIEW軟件編譯器。1.新建NewVI。2.添加PWM驅(qū)動(dòng)模塊。(如下圖 4.2) PWM模塊 圖4.2 3.添加信號(hào)模塊。（如下圖4.3） 圖4.3 信號(hào)模塊 4.完成好的模塊圖（如下圖 4.4） 圖 4.4 數(shù)據(jù)采集模塊 5.前版模塊（如下圖 4.5）圖 4.5 前版模塊 4.3 模擬波形采集模塊測(cè)試 在界面中可以選擇通道，采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，選擇波形幅度調(diào)節(jié)，波形整體位置偏移。可以產(chǎn)生我

50、們想要的波形，電壓可以根據(jù)具體要求調(diào)節(jié)（輸出電壓0-準(zhǔn)5v）接入示波器貫徹圖形。測(cè)量發(fā)生的信號(hào):1. 打開(kāi)電腦和labvIEW軟件。2. 加載設(shè)計(jì)好的軟件。3. 連接實(shí)物圖（如下圖 4.6） 圖 4.6 實(shí)物連接 4.打開(kāi)示波器和連接示波器。5.測(cè)量結(jié)果如下（如下圖 4.7）圖 4.7 測(cè)量結(jié)果 4.4 小結(jié) 本系統(tǒng)軟件結(jié)合了軟件和硬件的開(kāi)發(fā)，在調(diào)試階段常常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的信號(hào)，而且設(shè)計(jì)的是低平信號(hào)在33Hz左右。還有軟件系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)著一塊，常常會(huì)讀不上去，而且在信號(hào)的選出上也會(huì)讓結(jié)果發(fā)生變化。第五章 結(jié)論和展望本文主要以labVIEW軟件平臺(tái)作為軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行了探索性的開(kāi)發(fā)和研究。主要圍繞信號(hào)的采集、信號(hào)的分析和信號(hào)的處理幾個(gè)方面闡述了虛擬實(shí)驗(yàn)儀器的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)。并且自行