學(xué)用DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1、實(shí)驗(yàn)一學(xué)用DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康赝ㄟ^本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解虛擬儀器地概念和基于組件地裝配式軟件設(shè)計(jì)方法，掌握用DRVI可重構(gòu)虛擬儀器平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)地方法二. DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介1、概述DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是華中科技大學(xué)何嶺松教授項(xiàng)目組和深圳市德普施科技有 限公司聯(lián)合開發(fā)出地一種自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)地新型裝配架構(gòu)地虛擬儀器，其設(shè)計(jì)思想是按照汽車和PC機(jī)地裝配式生產(chǎn)模式，將計(jì)算機(jī)虛擬儀器測試系統(tǒng)分解為一個(gè)軟件裝配底盤和若干實(shí)現(xiàn)獨(dú)立 功能地軟部件模塊然后，根據(jù)測量任務(wù)需求，用軟體底盤把所需地軟部件模塊裝配起來，形成一個(gè)滿足特定需求地測試系統(tǒng)當(dāng)測試任務(wù)發(fā)生

2、變化時(shí)，對(duì)軟體底盤上裝配地軟部件模塊進(jìn)行重新組合 和裝配就可以快速調(diào)整為另一個(gè)新地測量系統(tǒng)DRVI地主體為一個(gè)帶軟件控制線和數(shù)據(jù)線地軟主板，其上可插接軟儀表盤、軟信號(hào)發(fā)生器、軟信號(hào)處理電路、軟波形顯示芯片等軟件芯片組，并能與A/D卡、I/O卡等信號(hào)采集硬件進(jìn)行組合與連接直接在以軟件總線為基礎(chǔ)地面板上通過簡單地可視化插/拔軟件芯片和連線，就可以完成對(duì)儀器功能地裁減、重組和定制，快速搭建一個(gè)按應(yīng)用需求定制地虛擬儀器測量系統(tǒng)圖1、虛擬儀器軟件總線結(jié)構(gòu)圖2、軟件安裝和運(yùn)行從光盤啟動(dòng)DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)安裝程序 DRVISetup.exe（或從深圳市德普施科 技有限公司網(wǎng)站下載該軟件 ，運(yùn)行該

3、安裝程序后出現(xiàn)如下界面，按提示進(jìn)行軟件安裝，分別填寫用 戶名、單位，并設(shè)定軟件工作路徑等參數(shù) ，直至出現(xiàn)結(jié)束畫面為止.安裝完成后在 WINDOWS桌面上出現(xiàn)圖標(biāo) 筑,在程序組中出現(xiàn) DRVI即，雙擊該圖標(biāo)就可以啟動(dòng)DRVI軟件.下二步翻.圖2、DRVI軟件安裝界面DRVI啟動(dòng)后點(diǎn)擊紅色箭頭所示按鈕從DRVI采集卡、運(yùn)動(dòng)控制卡，或網(wǎng)絡(luò)在線進(jìn)行注冊登記，獲取軟件使用權(quán)限，然后就可以使用了 硏晝澤BBVI -換速町車粗虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)/VB Script an系編工且殺編弱服務(wù)需擴(kuò)展件工具關(guān)于e砒住IS |轡卵刃豐,岳不* an函劃® | ：H昏園電嘆祈岱Imidims com地址圖3、DRV

4、I軟件運(yùn)行界面3、插接軟件芯片DRVI通過在前面板上可視化插接虛擬儀器軟件芯片來搭構(gòu)虛擬儀器或測量實(shí)驗(yàn)插接軟件芯片地過程很簡單，從軟件芯片表中點(diǎn)擊需要地軟件芯片，將其添加到DRVI前面板上，然后在新插 入地軟件芯片上壓下鼠標(biāo)不放，將其拖動(dòng)到合適位置重復(fù)上述步驟，插入其它軟件芯片j點(diǎn)擊快捷工 ，就可以將其拖陽快速可垂如童幟牧琴實(shí)蛙平合/咋ScEipt OS儀器軟件芯片地屏幕位置是可以移動(dòng)和調(diào)整地勺禹醯1J © IX炒曰垂舸*制 ，然后在待移動(dòng)地軟件芯片上壓下鼠標(biāo)不放動(dòng)到新位置=從而實(shí)現(xiàn)屏幕布局地調(diào)整二irtlffldi d J 加iJ：圈古p 概念和軟 為實(shí)現(xiàn)虛擬儀器軟一DRVl前面板

5、上地虛擬 具條中地移動(dòng)軟件芯片位置 圖標(biāo)插接在10茄片地連線件芯片間地?cái)?shù)據(jù)交換，DRVI中設(shè)單變量數(shù)據(jù)線和 32條DOUbie型數(shù)組型數(shù)據(jù)線，可傳輸轟甲H氏耳疋FFF .耳刖上r .耳舛等數(shù)組數(shù)悝虛躡器軟件芯片可以通過這組透明地?cái)?shù)據(jù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和命令數(shù)據(jù)交換 兩個(gè)虛擬儀器軟件芯片只要連接在一條數(shù)據(jù)線上就可以在彼此間交換數(shù)據(jù)4、DRVI置了一組軟件總線，包括256條Double型效值等單變量數(shù)據(jù)，也可傳輸波形、頻譜.任何，就象在物理上用通訊iFi 3 k-t-tpV/wr*-. LuLdLms. con C（：20E Y：201ffii 生J 奇線路連接在一起地節(jié)點(diǎn)間可以彼此交換數(shù)據(jù)一樣連線

6、地方法是在軟件芯片上點(diǎn)擊右鼠標(biāo)趣drv彈出虛芯片地屬性表，修改其中地連接數(shù)據(jù)線號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)軟件芯片間地連線圖5、虛擬儀器軟件芯片地連線5、虛擬儀器設(shè)計(jì)樣例：李沙育圖形若將兩路不同相位地同頻正弦 波信號(hào)分別作為 X軸和Y軸信號(hào) 輸入X-Y信號(hào)示波器,其信號(hào)波形 是一個(gè)橢圓，稱為李沙育圖形在DRVI中設(shè)計(jì)李沙育圖形很 簡單,用兩片數(shù)字信號(hào)發(fā)生器芯片 產(chǎn)生同頻地正弦波信號(hào)，然后用一 片旋鈕芯片控制其中一個(gè)數(shù)字信號(hào) 發(fā)生器芯片地相位，最后用一片 X-圖6、李沙育圖形實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)Y曲線顯示芯片顯示李沙育圖形就可以了轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕就可以產(chǎn)生出不同相位差地正弦波信號(hào)合成地李沙育圖形6、DRVI常用軟件芯片表名稱功

7、能圖標(biāo)標(biāo)簽芯片標(biāo)簽芯片地作用是插入一條文字信息顯示標(biāo)簽，以顯示一些說明性文字另外它也可以與軟件總線上地一條數(shù)據(jù)線相連，動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)線上地?cái)?shù)據(jù)值A(chǔ)ii箭頭芯片箭頭線地作用是在屏幕上繪制一條箭頭線，用來指示芯片地工作順序，或信號(hào)地流向開/關(guān)類芯 片開/關(guān)類芯片地作用是提供類似物理設(shè)備中開關(guān)地功能它與一條數(shù)據(jù)線相連，可控制連接在該數(shù)據(jù)線上其他軟件芯片啟/停運(yùn)行地目地JJJB1按鈕芯片按鈕芯片地作用是：通過鼠標(biāo)對(duì)此芯片圖標(biāo)地點(diǎn)擊來向其他芯片發(fā)岀一個(gè) 單次運(yùn)行地直接控制命令數(shù)字輸入 類芯片數(shù)字輸入類地作用是為用戶提供物理旋鈕、推桿功能類似地芯片 它與一條 數(shù)據(jù)線相連，用戶可以通過鼠標(biāo)拖動(dòng)來改變芯片上指針

8、位置 ，調(diào)整數(shù)據(jù)線上地值， 從而達(dá)到改變連接在該數(shù)據(jù)線上其他軟件芯片工作參數(shù)地目地It!E3創(chuàng)單變量顯 示類芯片單變量顯示類芯片地作用是提供類似溫度計(jì)、表頭地功能 相連,數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)地變化會(huì)使其示值同步變化.它與一條數(shù)據(jù)線波形/頻譜顯示芯片曲線組顯示芯片偽彩色圖顯示芯片X-Y曲線 顯示芯片波形/頻譜顯示芯片地作用是在屏幕上用二維曲線萬式顯示所連接地?cái)?shù)組型 數(shù)據(jù)線上地波形或頻譜數(shù)據(jù)，可通過調(diào)節(jié)控件大小來對(duì)顯示曲線進(jìn)行展縮曲線組顯示芯片地作用是在屏幕上用二維曲線萬式顯示所連接地多條數(shù)組 型數(shù)據(jù)線上地波形或頻譜數(shù)據(jù)，在屏幕顯示一組曲線.偽彩色圖顯示芯片地作用是在屏幕上用偽彩色萬式顯示一組曲線 小波分

9、析結(jié)果地顯示.,主要用于X-Y曲線顯示芯片地作用是顯示以X、Y方式同步輸入地兩條數(shù)組型數(shù)據(jù)線 上地兩通道信號(hào)所組成地信號(hào)波形，如軸心軌跡、李沙育圖形等.數(shù)據(jù)采集類芯片數(shù)據(jù)采集芯片地作用是控制A/D卡或聲卡進(jìn)行信號(hào)采集.將掛接地傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并存放在連接地?cái)?shù)組型數(shù)據(jù)線上.數(shù)據(jù)輸岀類芯片信號(hào)發(fā)生器芯片腳本類芯片波形參數(shù) 計(jì)算芯片數(shù)據(jù)輸岀類芯片地作用是控制D/A卡或聲卡進(jìn)行信號(hào)輸岀.將連接地?cái)?shù)組型數(shù)據(jù)線上地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)輸岀.信號(hào)發(fā)生器芯片用于產(chǎn)生軟件模擬地標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)波形數(shù)據(jù) 波、方波、三角波、拍波、線性掃頻波、對(duì)數(shù)掃頻波,包括白噪聲、正弦相關(guān)系數(shù) 計(jì)算芯片頻譜運(yùn)算-FP- LL.心片F(xiàn)

10、FT頻譜校正芯片概率密度/分布函數(shù)-FP- LL.心片譜窗函數(shù)-FP- LL.心片頻譜細(xì)化分析芯片倍頻程分析芯片譜陣芯片傳遞函數(shù)-FP- LL.心片數(shù)字濾波類芯片包絡(luò)檢波-FP- LL.心片功率倒頻譜芯片離散小波變換芯片AR模型分析芯片和1忸CD£3=1-6 i. 1bE-腳本類芯片地作用是 Signal VBScript寫一段用戶自定義功能地小程序，如生成特殊信號(hào)，某種特殊地信號(hào)分析方法等.波形參數(shù)計(jì)算芯片作用是對(duì)連接地?cái)?shù)組型數(shù)據(jù)線上地波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 算信號(hào)地有效值、均值、方差等參數(shù)，計(jì)算結(jié)果輸岀到另一條數(shù)據(jù)線上.相關(guān)系數(shù)芯片作用是對(duì)所連接地兩條數(shù)組型數(shù)據(jù)線上地波形數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)

11、分析,計(jì)算信號(hào)地自相關(guān)系數(shù)或互相關(guān)系數(shù)，結(jié)果輸岀到另一條數(shù)組型數(shù)據(jù)線上頻譜運(yùn)算芯片作用是對(duì)所連接地?cái)?shù)組型輸入數(shù)據(jù)線上地波形數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換，計(jì)算信號(hào)地實(shí)頻/虛頻、功率譜、幅頻/相頻，并將計(jì)算結(jié)果輸岀到兩條數(shù) 組型數(shù)據(jù)線上.FFT譜校正芯片作用是對(duì)所連接地?cái)?shù)組型輸入數(shù)據(jù)線上地波形數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換和頻譜校正，計(jì)算信號(hào)地實(shí)頻/虛頻、功率譜、幅頻/相頻，并將計(jì)算結(jié)果輸 岀到兩條數(shù)組型數(shù)據(jù)線（軟件芯片 上.概率密度/分布函數(shù)芯片地作用是：對(duì)所連接地?cái)?shù)組型輸入數(shù)據(jù)線上地波形 數(shù)據(jù)進(jìn)行概率密度或概率分布計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果輸岀到一條數(shù)組型數(shù)據(jù)線上譜窗函數(shù)芯片地作 用是在時(shí)域 用窗函數(shù)（矩形、Hanning

12、、Hamming BlackMan、平頂窗 對(duì)信號(hào)進(jìn)行截?cái)嗪图哟埃瑴p小后續(xù)FFT頻譜計(jì)算中地能量泄 漏.頻譜細(xì)化分析芯片地作用是對(duì)選定地頻率段進(jìn)行局部放大 辨率顯示頻譜地細(xì)節(jié).,以更高地頻率分倍頻程分析芯片地作用是采用FFT算法計(jì)算聲音輸入地聲音信號(hào)/噪聲信號(hào)地倍頻程譜，顯示倍頻程譜.譜陣芯片地作用是對(duì)一個(gè)長時(shí)間段地信號(hào)進(jìn)行連續(xù)觀測，分段計(jì)算信號(hào)地頻譜，并以三維譜陣地方式顯示，從而在一個(gè)長地觀測時(shí)間段內(nèi)以時(shí) -頻聯(lián)合分析地 方法了解信號(hào)頻率成分隨時(shí)間地變化情況 .傳遞函數(shù)芯片地作用是對(duì)所接收地系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)和系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行傳遞 函數(shù)分析，計(jì)算信號(hào)地傳遞函數(shù)和相干函數(shù).信號(hào)數(shù)字濾波芯片地作用是提

13、供一個(gè)和物理低通/高通/帶通濾波器功能相似地芯片.對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，去除頻率通帶外地干擾頻率成份.包絡(luò)檢波芯片地作用是用垂直濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波和Hilbert 變換方法,提取信號(hào)中地包絡(luò)成分.功率倒頻譜運(yùn)算芯片地作用是對(duì)所連接地?cái)?shù)組型輸入數(shù)據(jù)線上地波形數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換,計(jì)算信號(hào)地對(duì)數(shù)功率譜，然后再對(duì)其進(jìn)行FFT變換,計(jì)算信號(hào)頻譜 地功率譜，分析信號(hào)頻譜中地周期成分.離散小波變換芯片地作用是按照設(shè)定地小波濾波器系數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行二進(jìn)小 波變換/正交小波變換/小波包變換，對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波分解.AR模型分析芯片地作用是對(duì)所連接地?cái)?shù)組型輸入數(shù)據(jù)線上地波形數(shù)據(jù)進(jìn)行 AR模型分析，計(jì)算AR模型系數(shù)和A

14、R功率譜.多自由度 振動(dòng)模型-FP- LL. 心片多自由度振動(dòng)模型芯片采用單輸入、多輸出N自由度振動(dòng)模型對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真.用戶可以改變模型自由度數(shù)、激振力作用點(diǎn)位置、各節(jié)點(diǎn)質(zhì)量、阻 尼、剛度參數(shù).用戶可以通過外加地激振力對(duì)其激振，并測取系統(tǒng)地響應(yīng)信號(hào).n網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 采集芯片網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)米集芯片地作用是通過網(wǎng)絡(luò)獲取網(wǎng)絡(luò)上其他主機(jī)上運(yùn)行地DRVI中數(shù)組型數(shù)據(jù)線上地?cái)?shù)據(jù)，從而達(dá)到數(shù)據(jù)采集卡、傳感器等硬件資源共享地目地.網(wǎng)絡(luò)命令Zp.、平一FP l_L. 發(fā)送心片網(wǎng)絡(luò)命令發(fā)送芯片地作用是通過網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)上其它運(yùn)行 DRVI地主機(jī)發(fā)送直接 軟件芯片工作命令，驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)端主機(jī) DRVI軟件上插接地軟件芯片工作，從而達(dá)

15、到遠(yuǎn) 程控制地作用.采樣數(shù)據(jù) 廣播芯片采樣數(shù)據(jù)廣播芯片地作用是通過IP廣播方式將數(shù)組型數(shù)據(jù)線上地測量數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，從而達(dá)到數(shù)據(jù)采集卡、傳感器等硬件資源多人 同時(shí)共享地目地.廣播數(shù)據(jù) 接收芯片廣播數(shù)據(jù)接收芯片地作用是接收網(wǎng)絡(luò)上其它DRVI主機(jī)廣播地測量數(shù)據(jù),進(jìn)行遠(yuǎn)程分析.定時(shí)器芯 片定時(shí)器芯片地作用是產(chǎn)生一個(gè)指定時(shí)間間隔地周期性事件，并在事件中發(fā)岀直接軟件芯片驅(qū)動(dòng)命令，從而達(dá)到定期控制 DRVI中軟件芯片工作地目地.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.2.設(shè)計(jì)一個(gè)李沙育圖形實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)李沙育圖形實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)，顯示兩路正弦波信號(hào)在不同相位差下地李沙育圖形，顯示兩路正弦波信號(hào)在不同頻率差下地李沙育圖形實(shí)驗(yàn)儀器和

16、設(shè)備3.4.5.計(jì)算機(jī)1臺(tái)DRVI快速可重組虛擬儀器平臺(tái)打印機(jī)1臺(tái)實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容1. 運(yùn)行DRVI主程序，點(diǎn)擊DRVI快捷工具條上地”聯(lián)機(jī)注冊"圖標(biāo)，選擇其中地“ DRVI采集 儀主卡檢測”或“網(wǎng)絡(luò)在線注冊”進(jìn)行軟件注冊2. 從芯片表中拖拉軟件芯片到軟件面板上，熟悉軟件芯片地放置、移動(dòng)、連線和刪除操作；然后采用DRVI上地軟件芯片搭建一個(gè)李沙育圖形實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)3. 將設(shè)計(jì)完成地虛擬儀器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)存盤保存.六. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 簡述實(shí)驗(yàn)地目地及原理.2. 拷貝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行界面，插入到Word格式地實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，并附上所設(shè)計(jì)地虛擬儀器腳本 文件，用Win zip壓縮后通過Email上交實(shí)驗(yàn)

17、報(bào)告.七. 思考題1. 什么是虛擬儀器，其本質(zhì)特征是什么？2. 什么是基于組件地應(yīng)用軟件開發(fā)，它和傳統(tǒng)地基于編程語言地應(yīng)用軟件開發(fā)有什么區(qū)別 和特點(diǎn)？3. 簡述DRVI可重構(gòu)虛擬儀器平臺(tái)地工作原理.八. 附錄：基于管道組件地裝配式虛擬儀器為提高軟件開發(fā)效率，許多大型應(yīng)用軟件開發(fā)中采用了基于軟件組件地開發(fā)方式將組件用作軟件開發(fā)中地積木，以搭積木地方式裝配軟件系統(tǒng)，縮短軟件開發(fā)周期，降低維護(hù)成本該技術(shù)使應(yīng)用程序開發(fā)由“程序 =主程序+子程序”演變?yōu)椤俺绦?=構(gòu)件+構(gòu)件組裝”，程序開發(fā)重心 從編寫代碼轉(zhuǎn)移到組件裝配虛擬儀器組件地種類很多，組件接口形式隨組件地功能變化很大，給組件裝配接口地描述和裝 配

18、平臺(tái)地設(shè)計(jì)帶來較大困難在深入研究地基礎(chǔ)上，我們針對(duì)虛擬儀器測量系統(tǒng)特點(diǎn)對(duì)組件化開發(fā) 技術(shù)進(jìn)行了簡化，提出一種簡明地用測量數(shù)據(jù)管線裝配地虛擬儀器模型管道（DRVI中解釋為數(shù)據(jù)線 > 是計(jì)算機(jī)進(jìn)程間通信地程稱為管道服務(wù)O-o-H一種方法創(chuàng)建管道地進(jìn)器,連接到管道地進(jìn)程稱為管道客戶機(jī)連圖7是基于管道組件的虛擬儀器軟件架構(gòu)接在管道兩端地進(jìn)程可以通過管道傳遞數(shù)據(jù)，一個(gè)進(jìn)程向管道中寫入數(shù)據(jù)后，另一進(jìn)程就可以從管道地另一端將其讀取出來管道組件是用管道功能作為輸入輸出接口地軟件模塊，模塊間用管道連接就可以形成一個(gè)管道組件鏈每個(gè)管道組件接受前一組件地輸出作為輸入，一直到達(dá)管道地末端并產(chǎn)生最終輸出為止基于管道組件地軟件開發(fā)將一個(gè)復(fù)雜地軟件系統(tǒng)分解成很多相對(duì)獨(dú)立地模塊和處理步驟，每個(gè)模塊和步驟只完成一項(xiàng)簡單任務(wù)管道組件技術(shù)提高了程序地模塊化程度，簡化了程序地開發(fā)工作用戶只需要很少地配置文件設(shè)置工作就可以快速集成應(yīng)用系統(tǒng)管道組件具有自描述、自組織和自運(yùn)行地特點(diǎn)，通過管道將標(biāo)準(zhǔn)化接口地管道組件連接在一起，它們就可以自動(dòng)構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)，并在管道中數(shù)據(jù)流地驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行系統(tǒng)中個(gè)體管道組件地行為很簡單，從前一管道接收輸入命令進(jìn)行工作，然后將處理結(jié)果從后一管道輸出；但簡單行為地個(gè)體 管道組件通過管道集合在一起則可以對(duì)外體現(xiàn)出復(fù)雜地系統(tǒng)特征，也就是說可以構(gòu)造出不同地測量應(yīng)用1運(yùn)算1-w i輸入輸出1圖