现代检测技术9--基于虚拟仪器的测控技

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1、第9章基于虚拟仪器的测控技术主要内容虚拟仪器概述典型虚拟仪器系统基于LabVIEW的虚拟仪器设计典型应用9.1.1虚拟仪器基本概念虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。用户可以在通用计算机平台上，根据需求定义和设计仪器的测试功能。虚拟仪器的实质是利用I/O接口设备完成信号的采集与传输，利用计算机强大的软件功能完成信号的运算、分析与存储，利用计算机显示器模拟传统仪器的控制面板，并以多种形式表达输出测试结果。9.1.1虚拟仪器基本概念仪器面板是虚拟的仪器功能由软件编程来实现9.1.1虚拟仪器基本概念“虚拟”二字主

2、要包括以下两方面的含义。9.1.2虚拟仪器的构成1.通用仪器硬件平台9.1.2虚拟仪器的构成PC-DAQ型GPIB型VXI型PXI型串口型USB型和IEEE1394型2.虚拟仪器软件虚拟仪器软件包括I/O接口仪器驱动程序、虚拟仪器开发工具和应用软件三个层次。9.1.2虚拟仪器的构成I/O接口仪器驱动程序虚拟仪器开发工具应用程序9.2.1DAQ体系虚拟仪器系统通常，DAQ系统主要包括传感器、信号调理、数据采集卡、计算机、软件等几个部分9.2.1DAQ体系虚拟仪器系统1.DAQ系统的各主要组成部分传感器信号调理数据采集卡计算机软硬件9.2.1DAQ体系虚拟仪器系统2.DAQ仪器的其他设计总线扩展与

3、接口技术高速缓存电路实时采样和等效采样技术9.2.1DAQ体系虚拟仪器系统总线扩展与接口技术高速缓存电路实时采样和等效采样技术可编程逻辑器件与逻辑电路9.2.1DAQ体系虚拟仪器系统3.PCI总线板卡设计PCI总线虚拟仪器硬件模块图9.2.1DAQ体系虚拟仪器系统9.2.2VXI总线仪器系统1.VXI总线简介VXI总线系统典型结构9.2.2VXI总线仪器系统VXI仪器软件框架9.2.2VXI总线仪器系统VXI总线仪器系统的设计确定测试要求制定总体设计方案VXI总线仪器模块及其他类型仪器的选择VXI总线系统控制器的选择应用软件编程系统联调9.2.3USB总线仪器系统USB的结构范围9.2.3US

4、B总线仪器系统USB物理总线拓扑结构9.2.3USB总线仪器系统电气方面，USB通过一种4线电缆与主机或USBHUB相连接来传输信号和电源，如图9-9所示。9.2.3USB总线仪器系统USB接口芯片及其选择USB接口芯片是一种集成了USB协议的微处理器，它能自动对各种USB事件做出响应，以处理USB总线上的数据传输。对于USB系统来说，所有的主机和设备上至少含有一块实现其功能的USB芯片。9.2.3USB总线仪器系统USB功能设备芯片分类USB功能设备芯片的选择选择USB芯片应该考虑以下因素：芯片的传输速率芯片的传输类型芯片的硬件资源芯片的功耗芯片的开发工具包芯片的其他因素自我因素9.2.3U

5、SB总线仪器系统USB总线仪器的开发硬件的设计USB控制芯片固件的实现Windows驱动的编写应用程序编写LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench，实验室虚拟仪器工程平台）是一种基于G语言（GraphicsLanguage，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具。LabVIEW提供了一种全新的程序编写方法，设计者可以在一个便捷、轻松的设计环境中，利用LabVIEW所提供的图形化控件迅速地组建一个测控系统，构造自己的仪器面板，而几乎不需要编写任何程序代码。9.3.1LabVIEW简介(c)功能模板9.3.1LabVIEW简介(

6、a)工具模板(b)控制模板用LabVIEW设计一个虚拟仪器的主要步骤如下：虚拟前面板设计流程图设计：端口节点运行检查设置程序运行为高亮方式单步执行探针断点9.3.2基于LabVIEW的开发步骤9.3.3正弦波发生器和FFT变换前面板设计流程图设计9.3.3正弦波发生器和FFT变换流程图设计可以按照下列步骤进行：打开流程图设计窗口放置正弦波发生器和FFT函数连线运行检查9.4典型应用虚拟仪器技术的迅猛发展使其在测控领域越来越受到重视，已被广泛应用于电子、通信、机械制造和军事等领域的测控系统，这里介绍两种具有代表性的虚拟仪器测控系统。9.4.1轴角类虚拟仪器测试系统1.轴角类虚拟仪器的组成及原理系

7、统组成轴角类虚拟仪器系统由计算机、轴角转换接口板和应用软件组成，如图所示系统功能轴角类虚拟仪器的功能是实现角度量的采集和控制、信号处理及图形显示等，这些功能是由软件和硬件共同完成的，具体又分为下面几种：9.4.1轴角类虚拟仪器测试系统“运动波形发生器”“数据采集”“数据回放”“数据处理”“数据通讯”2.轴角转换数据采集板设计9.4.1轴角类虚拟仪器测试系统CPLD的逻辑设计轴角数据采集板的设计数据