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1、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 PC
2、I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
3、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
4、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
5、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,
6、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
7、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()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:( ) n报告和源程序上交截止日期:2011年1月2日( 周日)
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