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虚拟仪器设计与应用 光电工程系 第十七讲 虚拟仪器的硬件 n虚拟仪器测试系统组成 n总线技术 n数据采集基础 n如何实现数据采集 虚拟仪器组成 n虚拟仪器由计算机、应用软件和模块化硬件三 部分组成。 n应用软件LabVIEW和设备驱动程序。 n模块化硬件也就是输入输出接口设备（I/O ），主要完成待测输入信号的采集、放大和模 /数转化等。 虚拟仪器测试系统组成 机箱 控制器 模块 总线技术 n总线是一组信号线，是在多于2个模块（设备 ）间相互通信的通路。它是微处理器与外部硬 件接口的核心。 nLabVIEW支持的总线 nPCI总线： nGPIB总线 nPXI总线 nVXI总线 n串口总线 PCI总线 n利用PC(个人计算机)作为数据采集平台 n基于PCI总线的虚拟仪器测试系统充分利用计 算机的资源来实现数据采集及处理、故障分析 诊断和过程控制等智能测控。 n优点：灵活方便、扩展性强，性价比高，易实 现“一机多用” n缺点：触发功能不完善，屏蔽效果不好，不能 满足复杂而精密的测试任务。插槽数有限，难 以容纳大量的通道。 AGP PXI总线 nPXI总线是PCI总线的扩展。 nPXI总线为适合测控仪器、设备或系统的要求 ，增加了系统参考时钟、触发器总线、星型触 发器和局部总线等内容。扩展槽的个数也增加 nPXI总线产品对PCI总线的产品完全兼容，因此 ，基于PCI总线的虚拟仪器测试系统可以与基 于PXI总线的虚拟仪器测试系统互相代替。 GPIB总线 nGPIB总线（IEEE 488通用 接口总线） 它是计算机和仪器间的标准通信协议，是最早的仪器 总线，目前多数仪器都配置有GPIB接口。 n优点： n接口编程方便，减轻了软件设计负担，可使用高级语言编程 。 n便于将多台带有GPIB接口的仪器组合起来，形成较大的自动 测试系统。 n便于扩展传统仪器 n缺点：传输速率一般低于500kb/S，不适合对系统速度 要求较高的应用。 Im here VXI总线 nVXI总线是VME计算机总线在仪器领域中的扩 展。VXI20，有64位的扩展能力，数据传输速 率最高可达80MB/S；VXI系统可包含256个器 件。 n优点：支持即插即用，人机界面友好，资源利 用率高，容易实现系统集成，且便于升级和扩 展，比较适合于尖端的测试领域。 n不足：成本相对较高，。 数据采集 n数据采集基础 n模拟信号 n数字信号 n模拟信号信号数字化 n如何实现数据采集 模拟信号 n在时间和大小上连续变化的信号 n两个主要参数：振幅A和频率f 数字信号 n用“0”和“1”这样的二进制数字表示 的离散数据信号 n通常是仅含高电平低电平的“方波”信号 模拟信号数字化 n采样：在连续信号中每隔一定时间取一个值。 n量化：把其大小取整为n位二进制数所能表示的数 n例如n=4，即有2n=16个级别可用于表示一个采样，所以 量化后只能以0，1，215这16个数之一来表示 n编码：按一定的规律产生二进制位流输出信号。 模拟型号采样量化编码数字型号 模拟信号数字化 n采样、量化和编码 7.370111 14.9151111 9.291001 2.830011 4.040100 采 样 量化和编码 Nyquist定理（采样定理） n采样频率要高于信号最高有效频率的两 倍，信号才可能完全复原 模拟信号数字化 n数字化过程中有两个主要参数，一个是采样频率， 一个是量化精度。 n采样频率：信号的频率越高，需要的采样频率也越 高。例如，话音最高频率为4000Hz，则需每秒采样 8000次；声音的最高频率为20KHz，所以在多媒体 计算机中使用的多是44.1KHz的采样频率。 n量化精度：取决于用于表示一个采样样本值的二进 制位数，位数越多，精度也越高。例如，用16个二 进制位（bit）表示声音，可将声音强度分为216 =65536级，而若用8位则仅能区分出28 =256级， 二者之间量化精度差别就很大。用16位表示的声音 比用8位的声音质量高得多。 n数字化的过程也是离散化的过程，采样将连续的时 间离散化，量化则将连续的幅度值离散化。 利用LabVIEW实现数据采集的途径 n利用LabVIEW实现数据采集有多种方式，其中 最简单的方式就是直接利用NI公司生产的数据 采集板卡和LabVIEW中的数据采集VI实现。 n专用管理软件Measurement n 密码：abc123 下载 录音保存.VI (D:Program FilesNational InstrumentLabview 7.1exampleSoundSound.llb) mono8位 mono16位 stereo16位 stereo8位 录音格式(簇) 局部变量 n主要是解决数据和对象在同一VI程序中的复用 问题 n创建局部变量 局部变量 n设定局部变量状态 n写操作 n读操作 写操作读操作 局部变量 n逻辑型控制量使用局部变量时，要求其 机械动作必须设为Switch状态。 Switch Latch 暂停按钮 实验报告封面要求 报告内容要求 程序前面板要求 n美观大方，方便用户操作 n在前面板合适位置注明：姓名，学号， 班号 报告上交要求 n书面形式的报告一份（打印稿）交到信息楼 6021房间 。我不在可以从门下缝隙塞入。 n源程序发到邮箱（wpingbittom.com）或交 报告时，直接给我本人。(北京校区) n良乡校区：源程序发到邮箱：（ wpingbit163.com） n报告和源程序上交截止日期：2011年1月2日( 周日)