虛擬儀器復(fù)習(xí)總結(jié)

1、1 虛擬儀器：由計算機硬件資源，模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析，過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)，是一種由計算機操縱的模塊化儀器系統(tǒng)。2主要特點：功能軟件化，功能軟件模塊化，模塊控件化，儀器控件模塊化，硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)集成化，程序設(shè)計圖形化，計算可視化，硬件接口軟件驅(qū)動化。3按照測控功能硬件的不同，虛擬儀器可分為GPIB,VXI,PXI,DAQ四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。GPIB通用接口總線，是計算機和儀器間的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸速度較低，一般低于500kbit/s，不適合對系統(tǒng)速度要求較高的應(yīng)用。VXI總線系統(tǒng)，是VME總線在儀器領(lǐng)域的擴展，可包含256個裝置，系統(tǒng)中各功能模塊可隨意更換

2、，即插即用組成新系統(tǒng)。PXI總線系統(tǒng)，是PCI在儀器領(lǐng)域的擴展。DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是指基于PC計算機標(biāo)準(zhǔn)總線的數(shù)據(jù)采集功能模塊。4 虛擬儀器的核心思想是利用計算機的硬件和軟件資源，使本來由硬件實現(xiàn)的功能軟件化，虛擬化，以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)的功能與靈活性。虛擬儀器的軟件框架從底層到頂層包括三部分：VISA庫，儀器驅(qū)動程序，儀器開發(fā)軟件。5 虛擬儀器的開發(fā)系統(tǒng)：（1）圖形化編程語言，具代表性的有LABVIEW,HPVEE系統(tǒng)（2）文本式編程語言，如C語言，VisualC+，LabWindows，CVI等（3）半圖形化編程語言6 虛擬儀器的軟件：測試分析儀器的功能軟件，采集卡的驅(qū)動

3、軟件，軟面板和控件軟件，信號顯示軟件等，是核心，是最主要的特色。7 計算機及附件，微處理器和總線是最重要的因素。使用ISA總線，可以使插在電腦中的數(shù)據(jù)采集卡的采集達到2MB/s。使用PCI總線使得高速微處理器能夠更快的訪問數(shù)據(jù)，最高采集速度可提高到132MB/s。8 虛擬儀器中的硬件裝置可分為以計算機為核心的系統(tǒng)裝置和以傳感器調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集器構(gòu)成的外圍裝置。系統(tǒng)裝置一般分為計算機硬件平臺和硬件接口。9 測試集成：便是對多種硬件化測試儀的測試功能進行集成，即將眾多的測試儀器功能集成在PC機的一個測試功能軟件庫中，通過與專用的模塊卡和接口搭配，使之在一臺工作站或pc機中精確地實現(xiàn)被集成的測試儀器

4、的全部功能，從而代替了眾多昂貴，復(fù)雜的測試儀器，大大減少測試儀器操作與維護的時間和復(fù)雜性，大大降低測試儀器的價格，是測試技術(shù)的進步發(fā)生質(zhì)的飛躍。10虛擬儀器庫：虛擬儀器的一大優(yōu)點是具有集成性，通過測試集成可以將多種儀器的功能集成在一個測試功能庫中；同樣，也可以將多種儀器的面板控件軟件化后一一集成于控件庫中，并使這些儀器的功能軟件和控件軟件在機內(nèi)的開發(fā)系統(tǒng)中進行軟裝配，軟調(diào)試等軟操作，最后在一臺pc機內(nèi)便形成一個多品種的虛擬儀器庫，這時用戶便可以從儀器庫中調(diào)用自己需要的儀器或由若干儀器組成實驗研究所需要的測試系統(tǒng)。11基于pc平臺的虛擬儀器的基本構(gòu)成：1）虛擬儀器的軟件，2）計算機及附件，3）數(shù)

5、據(jù)采集卡，4）傳感器+前置放大器+前置抗混濾波（用以調(diào)理測試信號）1虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集：是將被測對象的各種參量通過相應(yīng)傳感元件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號調(diào)理，采樣，量化，編碼，傳輸?shù)炔襟E，最后送到計算機進行數(shù)據(jù)處理或存儲記錄的過程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）：用于數(shù)據(jù)采集的成套設(shè)備，是虛擬儀器與被測對象聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成，它的輸入信號分為模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是由模擬類傳感器輸出的信號經(jīng)調(diào)理后得到，數(shù)字信號由數(shù)字類傳感器輸出的數(shù)字信號或開關(guān)信號得到。傳感器的作用：把非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。放大器用來放大和緩沖輸入信號。對多個物理量進行采集，即所謂多路巡

6、回檢測，這可通過多路模擬開關(guān)來實現(xiàn)。多路模擬開關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分，它包括采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換電路。采樣/保持器輸出的信號送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總線技術(shù)總線：是傳送信息的公共通道，是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要組成部分。采用總線技術(shù)，可大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)的開放性，兼容性，可靠性和可維護性，易于標(biāo)準(zhǔn)化和組織規(guī)模生產(chǎn)，從而降低系統(tǒng)造價。4主要性能指標(biāo)1）系統(tǒng)分辨率：是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號最小變化量。2）系統(tǒng)精度：模數(shù)轉(zhuǎn)換精度，是指當(dāng)系統(tǒng)工作在額定采集速率下，每個離散子樣的轉(zhuǎn)換精度。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。系統(tǒng)精度是系統(tǒng)的

7、實際輸出值與理論輸出值之差。3）采集速率：系統(tǒng)通過速率，吞吐率和采集速率，是指在滿足系統(tǒng)精度指標(biāo)的前提下，系統(tǒng)對輸入模擬信號在單位時間內(nèi)所完成的采集次數(shù)。4）動態(tài)范圍：是指某個物理量的變化范圍。是指信號的最大幅值和最小幅值之比的分貝數(shù)。5）非線性失真：也稱諧波失真。當(dāng)給系統(tǒng)輸入一個頻率為f的正弦波時，其輸出中出現(xiàn)很多頻率kf的新的頻率分量的現(xiàn)象。5信號的調(diào)理原理：對信號的前端預(yù)處理過程。6 數(shù)據(jù)采集原理：將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機可接受的離散數(shù)字信號，需要兩個環(huán)節(jié)：首先是采樣，由連續(xù)模擬信號得到離散信號；然后再通過A/D轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號。7香農(nóng)采樣定理：對一個有限頻譜(-<<的

8、連續(xù)信號，當(dāng)采樣頻率時，采樣函數(shù)才能不失真地恢復(fù)到原來的連續(xù)信號。8典型模擬信號采集系統(tǒng)的基本組成：多路模擬開關(guān)，程控放大器，采樣/保持器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，模擬放大與平滑，數(shù)據(jù)緩沖與接口電路，定時與控制邏輯。9儀器的標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)（1） GPIB總線系統(tǒng)：（2） VXI總線系統(tǒng)；（3） PXI總線系統(tǒng)；10基于pc的總線系統(tǒng)（1） ISA,EISA總線系統(tǒng)（2） PCI,Compact PCI總線系統(tǒng)11串行總線系統(tǒng)（1） RS-232C串行接口：是計算機與外設(shè)之間以及計算機與測試系統(tǒng)之間最簡單，最普遍的連接方法，采用25線連接器。其最高單向數(shù)據(jù)傳輸率為20kbit/s，此時的最大傳

9、輸距離為15米。（2） RS-232C與TTL的轉(zhuǎn)換：由RS-232C的電氣規(guī)范，可以得出發(fā)送時RS-232C的邏輯1電平在-5-15V范圍內(nèi)，而邏輯0電平在+5+15范圍內(nèi)。他要求RS-232C的接收器必須能識別低至+3V的信號作為邏輯0，而能識別高至-3V的信號作為邏輯1.因此，RS-232C的邏輯電平與TTL邏輯電平是不兼容的，所以接口設(shè)計時必須實現(xiàn)邏輯和電平轉(zhuǎn)換。12通用串行總線USBUSB通過一根四線電纜來傳輸信號與電源，其中D+和D-是一對差模信號線，而Vbus和GND則提供了+5V的電源，可以有條件的給一些設(shè)備（包括Hub）供電。（1） usb外設(shè)由usb主機和usb設(shè)備構(gòu)成。U

10、sb主線包括三層：設(shè)備驅(qū)動程序，usb系統(tǒng)軟件，usb主控制器。兩個軟件接口：usb驅(qū)動接口，主機控制驅(qū)動接口。（2） USB的主要優(yōu)點（1）速度快     USB有高速和低速兩種方式，主模式為高速模式，速率為12Mbps，另外為了適應(yīng)一些不需要很大吞吐量和很高實時性的設(shè)備，如鼠標(biāo)等，USB還提供低速方式，速率為1.5Mb/s。（2）設(shè)備安裝和配置容易 安裝USB設(shè)備不必再打開機箱，加減已安裝過的設(shè)備完全不用關(guān)閉計算機。所有USB設(shè)備支持熱拔插，系統(tǒng)對其進行自動配置，徹底拋棄了過去的跳線和撥碼開關(guān)設(shè)置。（3）易于擴展 通過使用Hub擴展可撥接多達127個

11、外設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)USB電纜長度為3m（5m低速）。通過Hub或中繼器  可以使外設(shè)距離達到30m。（4）能夠采用總線供電     USB總線提供最大達5V電壓、500mA電流。（5）使用靈活     USB共有4種傳輸模式：控制傳輸(control、同步傳輸(Synchronization、中斷傳輸(interrupt、批量傳輸(bulk，以適應(yīng)不同設(shè)備的需要。（3） 1虛擬儀器的數(shù)據(jù)處理方法（4） 其目的：1）還原采集到得電信號的物理意義。2）消除數(shù)據(jù)中的干擾信號。3）分析計算數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征。（5） 按處理的

12、方式分：實時處理，在線處理，離線處理。（6） 按處理的性質(zhì)可分為：預(yù)處理，二次處理。（7） 預(yù)處理：剔除數(shù)據(jù)奇異項，去除數(shù)據(jù)趨勢項，對數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波，對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換等。（8） 二次處理有各種數(shù)字運算，如微分，積分等。（9） 2 標(biāo)度變換：工程變換，把A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量變換為帶有工程單位的數(shù)字量。（10） 3 中值濾波法：對某一個被測量連續(xù)采樣N次（一般N為奇數(shù)），然后把N個采樣值從小到大排隊，再取中值作為本次采樣值。（11） 4 奇異項：是指采樣數(shù)據(jù)序列中有明顯錯誤（丟失或粗大）的個別數(shù)據(jù)。（12） 5 趨勢項：周期大于數(shù)據(jù)采樣周期的頻率成分。交變分量：周期小于數(shù)據(jù)采樣周期的頻率成分。（13

13、） 6信號的時域分析：直接在時域內(nèi)對信號的波形，幅值及與幅值有關(guān)的統(tǒng)計特性等進行分析。主要包括概率密度函數(shù)，時域波形分析，時域平均，卷積和相關(guān)分析等。概率密度函數(shù)：是表示信號幅值落在指定區(qū)間內(nèi)的概率。（14） 7隨機信號的概率密度函數(shù)：是表示信號幅值落在指定區(qū)間內(nèi)的概率。提供了隨機信號沿幅值域分布的信息。（15） 相關(guān)分析：是信號分析的重要組成部分，在檢測系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，通信系統(tǒng)等領(lǐng)域廣為應(yīng)用，它主要解決信號內(nèi)部聯(lián)系問題，信號與信號之間的相似性問題。（16） 8數(shù)字信號頻域（譜）分析：將測試信號的時間歷程通過傅里葉變換變到頻域內(nèi)進行的分析和處理。最常用的信號分析方法。（17） 9數(shù)字信號時頻分

14、析：用于分析非平穩(wěn)信號的局部特征。虛擬儀器處理的信號按性質(zhì)可分為平穩(wěn)信號和非平穩(wěn)信號。平穩(wěn)信號的特征參數(shù)與時間無關(guān)，而非平穩(wěn)信號的特征參數(shù)與時間有關(guān)。時間定位，頻率定位，窗函數(shù)，小波分析。（18） 10虛擬儀器的顯示輸出系統(tǒng)包括儀器控制面板顯示，模擬表盤顯示，數(shù)碼管顯示，圖形和圖片顯示等幾種方式，其中圖形顯示方式最為普遍。（19） 1 LABVIEW圖形編程系統(tǒng)（20） VI函數(shù)或子程序。VI由程序前面板，框圖程序和圖標(biāo)/連接器組成。三種操作模板：工具模板，控制模板，功能模板。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，模擬真實儀表的前面板。當(dāng)前面板窗口處于活動狀態(tài)時，工具模板和控制模板可用。（2

15、1） 框圖程序：由端口，節(jié)點，圖框和連線構(gòu)成。（22） 節(jié)點：類似于文本語言程序的語句，函數(shù)或者子程序。（23） 端點：是只有一路輸入/輸出，且方向固定的節(jié)點。（24） 圖框：是LABVIEW實現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)控制命令的圖形表示。（25） 連線：是端口間的數(shù)據(jù)通道，他們類似于普通程序中的變量賦值過程。（26） 2 LABVIEW有兩種節(jié)點類型函數(shù)節(jié)點和子VI節(jié)點。兩者區(qū)別在于：函數(shù)節(jié)點是LABVIEW以編譯好了的機器代碼供用戶使用，而子VI節(jié)點是以圖形語言形式提供給用戶的。（27） 3 數(shù)組，簇和字符串。（28） 數(shù)組：是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的元素的集合，可以是數(shù)值型，布爾型，字符型等，也可以是簇，

16、但不能是數(shù)組。必須同時都是控制件或同時都是顯示件。（29） 簇：類似于數(shù)組，但它其中的元素可以使各種數(shù)據(jù)類型，如數(shù)字型，布爾型，也可以是數(shù)組，但不能把輸入控制和輸出顯示同時放入其中。（30） 字符串：是一系列ASCLL字符的集合。（31） 4創(chuàng)建數(shù)組：首先要建一個數(shù)組的“殼”，然后在這個殼中置入數(shù)組元素。在建立數(shù)組控制或顯示時，在ControlArray Cluster子模板中創(chuàng)建數(shù)組，放置在前面板窗口。（32） 5圖形顯示：Chart是將數(shù)據(jù)源在某一坐標(biāo)系中，實時，逐點地顯示出來，它可以反映被測物理量的變化趨勢。而Graph則是對已采集數(shù)據(jù)進行事后處理的結(jié)果。（33） 6建立子VI：右鍵點擊前面板窗口右上角的圖標(biāo)面板，從彈出菜單中選擇Show Connector功能。LABVIEW將會根據(jù)控制和顯示的數(shù)量選擇一種連接器端口模式。（34） 1在 LabVIEW 中有哪三種用來創(chuàng)建和運行程序的摸板？它們都有哪些用途？（35） 答：工具模板，控制模板和函數(shù)模板。工具模板包括了程序的創(chuàng)建，修改和調(diào)試時用的工具?？刂颇０澹褐饕糜谠谇懊姘逯刑砑又甘酒骱涂刂破?。函數(shù)模板：用于創(chuàng)建框圖程序，它包含了很多函數(shù)子模板。（36） 2移位寄存器的用途是什么？怎么初始化移位寄存器？（37）