虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、編輯ppt虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用光電工程系編輯ppt第十七講 虛擬儀器的硬件n虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)組成n總線技術(shù)n數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)n如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集編輯ppt虛擬儀器組成n虛擬儀器由計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件和模塊化硬件模塊化硬件三部分組成。n應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件LabVIEW和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。n模塊化硬件模塊化硬件也就是輸入輸出接口設(shè)備（I/O），主要完成待測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)化等。編輯ppt虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)組成編輯ppt機(jī)箱機(jī)箱控制器控制器模塊模塊編輯ppt編輯ppt編輯ppt總線技術(shù)n總線是一組信號(hào)線，是在多于2個(gè)模塊（設(shè)備）間相互通信的通路。它是微處理器與外部硬件接口的核心。nLabVI

2、EW支持的總線nPCI總線：nGPIB總線nPXI總線nVXI總線n串口總線編輯pptPCI總線n利用PC(個(gè)人計(jì)算機(jī))作為數(shù)據(jù)采集平臺(tái)n基于PCI總線的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)充分利用計(jì)算機(jī)的資源來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及處理、故障分析診斷和過程控制等智能測(cè)控。n優(yōu)點(diǎn)：靈活方便、擴(kuò)展性強(qiáng)，性價(jià)比高，易實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”n缺點(diǎn)：觸發(fā)功能不完善，屏蔽效果不好，不能滿足復(fù)雜而精密的測(cè)試任務(wù)。插槽數(shù)有限，難以容納大量的通道。AGP編輯pptPXI總線nPXI總線是PCI總線的擴(kuò)展。nPXI總線為適合測(cè)控儀器、設(shè)備或系統(tǒng)的要求，增加了系統(tǒng)參考時(shí)鐘、觸發(fā)器總線、星型觸發(fā)器和局部總線等內(nèi)容。擴(kuò)展槽的個(gè)數(shù)也增加nPXI總線產(chǎn)品

3、對(duì)PCI總線的產(chǎn)品完全兼容，因此，基于PCI總線的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)可以與基于PXI總線的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)互相代替。編輯pptGPIB總線nGPIB總線（IEEE 488通用 接口總線） 它是計(jì)算機(jī)和儀器間的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，是最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配置有GPIB接口。n優(yōu)點(diǎn)：n接口編程方便，減輕了軟件設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，可使用高級(jí)語言編程。n便于將多臺(tái)帶有GPIB接口的儀器組合起來，形成較大的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。n便于擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器n缺點(diǎn)：傳輸速率一般低于500kb/S，不適合對(duì)系統(tǒng)速度要求較高的應(yīng)用。Im here編輯pptVXI總線nVXI總線是VME計(jì)算機(jī)總線在儀器領(lǐng)域中的擴(kuò)展。VXI20，有64位的

4、擴(kuò)展能力，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)80MB/S；VXI系統(tǒng)可包含256個(gè)器件。n優(yōu)點(diǎn)：支持即插即用，人機(jī)界面友好，資源利用率高，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，且便于升級(jí)和擴(kuò)展，比較適合于尖端的測(cè)試領(lǐng)域。n不足：成本相對(duì)較高，。編輯ppt數(shù)據(jù)采集n數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)n模擬信號(hào)n數(shù)字信號(hào)n模擬信號(hào)信號(hào)數(shù)字化n如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集編輯ppt模擬信號(hào)n在時(shí)間和大小上連續(xù)變化的信號(hào) n兩個(gè)主要參數(shù)：振幅A和頻率f 編輯ppt數(shù)字信號(hào)n用“0”和“1”這樣的二進(jìn)制數(shù)字表示的離散數(shù)據(jù)信號(hào)n通常是僅含高電平低電平的“方波”信號(hào) 編輯ppt模擬信號(hào)數(shù)字化n采樣：在連續(xù)信號(hào)中每隔一定時(shí)間取一個(gè)值。n量化：把其大小取整為n位二進(jìn)制數(shù)所能表示

5、的數(shù)n例如n=4，即有2n=16個(gè)級(jí)別可用于表示一個(gè)采樣，所以量化后只能以0，1，215這16個(gè)數(shù)之一來表示n編碼：按一定的規(guī)律產(chǎn)生二進(jìn)制位流輸出信號(hào)。模擬型號(hào)采樣量化編碼數(shù)字型號(hào)編輯ppt模擬信號(hào)數(shù)字化n采樣、量化和編碼 7.37011114.91511119.2910012.8300114.040100采 樣 量化和編碼 編輯pptNyquist定理（采樣定理）n采樣頻率要高于信號(hào)最高有效頻率的兩倍，信號(hào)才可能完全復(fù)原 編輯ppt模擬信號(hào)數(shù)字化n數(shù)字化過程中有兩個(gè)主要參數(shù)，一個(gè)是采樣頻率采樣頻率，一個(gè)是量化精度量化精度。n采樣頻率采樣頻率：信號(hào)的頻率越高，需要的采樣頻率也越高。例如，話音最

6、高頻率為4000Hz，則需每秒采樣8000次；聲音的最高頻率為20KHz，所以在多媒體計(jì)算機(jī)中使用的多是44.1KHz的采樣頻率。n量化精度量化精度：取決于用于表示一個(gè)采樣樣本值的二進(jìn)取決于用于表示一個(gè)采樣樣本值的二進(jìn)制位數(shù)，位數(shù)越多，精度也越高制位數(shù)，位數(shù)越多，精度也越高。例如，用16個(gè)二進(jìn)制位（bit）表示聲音，可將聲音強(qiáng)度分為216 =65536級(jí)，而若用8位則僅能區(qū)分出28 =256級(jí)，二者之間量化精度差別就很大。用16位表示的聲音比用8位的聲音質(zhì)量高得多。 n數(shù)字化的過程也是離散化的過程，采樣將連續(xù)的時(shí)數(shù)字化的過程也是離散化的過程，采樣將連續(xù)的時(shí)間離散化，量化則將連續(xù)的幅度值離散化。

7、間離散化，量化則將連續(xù)的幅度值離散化。編輯ppt利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的途徑n利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集有多種方式，其中最簡(jiǎn)單的方式就是直接利用NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集板卡和LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI實(shí)現(xiàn)。n專用管理軟件Measurement & Automation Explorer，它可以完成NI公司數(shù)據(jù)采集卡的檢測(cè)、性能測(cè)試、屬性配置和刪除。n利用外部數(shù)據(jù)采集卡（非NI公司）來實(shí)現(xiàn)n需要利用LabVIEW中的動(dòng)態(tài)連接庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。它需要同時(shí)在VC軟件和LabVIEW軟件中編程，在兩者之間建立數(shù)據(jù)聯(lián)系。n這種數(shù)據(jù)采集方式的實(shí)現(xiàn)有一定的困難，需要經(jīng)驗(yàn)和技巧。編輯ppt

8、編輯pptLabVIEWLabVIEW中驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡的中驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡的VIVI 編輯ppt硬件參數(shù)n聲卡n實(shí)質(zhì)上也是一種實(shí)現(xiàn)模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換的裝置。n聲卡的分辨率：8位和16位n8位：8位聲卡把音頻信號(hào)的大小（音量）分為256個(gè)等級(jí)n16位：16位聲卡把音頻信號(hào)的大?。ㄒ袅浚┓譃?5536個(gè)等級(jí)n聲卡的采樣頻率：8000Hz，11025Hz，22050Hz，44100Hzn采樣頻率不同，采到的波形質(zhì)量也不同，應(yīng)試具體情況選擇合適的頻率編輯ppt硬件參數(shù)n聲卡n聲卡有單聲道單聲道和立體聲立體聲兩種采樣方式。n用單聲道單聲道方式采樣，左右聲道信號(hào)相同左右聲道信號(hào)相同，且每個(gè)聲道信號(hào)的幅值為原

9、信號(hào)的每個(gè)聲道信號(hào)的幅值為原信號(hào)的1/2。n用立體聲立體聲方式采樣，左右聲道互不干擾左右聲道互不干擾，可以采兩路不同信號(hào)，且采樣信號(hào)幅值與原信采兩路不同信號(hào)，且采樣信號(hào)幅值與原信號(hào)相同。號(hào)相同。n一般聲卡的輸入電壓范圍為：-2.5V+2.5V編輯ppt聲音輸入函數(shù)n模板編輯pptn功能：配置聲卡參數(shù)，為聲卡采集信號(hào)作準(zhǔn)備。n輸入端口ndevice：設(shè)備號(hào)，默認(rèn)值為0，該參數(shù)一般不需要改動(dòng)。操作系統(tǒng)中用設(shè)備號(hào)表示硬件設(shè)備。nsound format：用于指定聲卡的參數(shù)：?jiǎn)温暤肋€是立體單聲道還是立體聲，采樣率，聲，采樣率， 8位還是位還是16位位。它是一個(gè)簇，包括下面三個(gè)元素：nsound qua

10、lity：聲音質(zhì)量，枚舉型，兩個(gè)取值：mono（單聲道）和stereo（立體聲）nrate ：采樣率，枚舉型，4個(gè)取值：0，1，2，3；分別對(duì)應(yīng)四種采樣率：11025，22050，44100和8000Hz。nbits per sample：采樣點(diǎn)位數(shù)，枚舉型，兩種取值：8位和16位 SI Config編輯pptSI Config（續(xù)）n輸入端口nbuffer size：數(shù)據(jù)緩存區(qū)大小。是LabVIEW與聲卡之間傳遞數(shù)據(jù)的一個(gè)中轉(zhuǎn)站。默認(rèn)大小為8192字節(jié)。nerror in ：錯(cuò)誤簇。n輸出端口ntask ID out ：聲卡的標(biāo)識(shí)號(hào)。其它聲音函數(shù)通過它對(duì)聲卡進(jìn)行操作。nerror out ：

11、錯(cuò)誤簇。編輯pptSI Startn功能：?jiǎn)?dòng)聲卡，開始采集輸入信號(hào)并將數(shù)據(jù)保存到緩存區(qū)。n圖標(biāo)n輸入端口ntask ID in ：聲卡的標(biāo)識(shí)號(hào)。nerror in ：錯(cuò)誤簇n輸出端口ntask ID out ：聲卡的標(biāo)識(shí)號(hào)nerror out ：錯(cuò)誤簇編輯pptSI Readn功能：從聲卡緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)。n圖標(biāo)n輸入端口ntask ID in ：聲卡的標(biāo)識(shí)號(hào)。nerror in ：錯(cuò)誤簇n輸出端口ntask ID out：聲卡的標(biāo)識(shí)號(hào)nerror out ：錯(cuò)誤簇編輯pptSI Read （續(xù)）n輸出端口nmono 8-bit ：?jiǎn)温暤?位數(shù)據(jù)輸出，一維數(shù)組。如果聲卡參數(shù)設(shè)置為單聲道8位的話

12、，聲卡采集獲得的數(shù)據(jù)就從該端口輸出，否則返回空數(shù)組。nmono 16-bit ：?jiǎn)温暤?6位數(shù)據(jù)輸出，一維數(shù)組。如果聲卡參數(shù)設(shè)置為單聲道16位的話，聲卡采集獲得的數(shù)據(jù)就從該端口輸出，否則返回空數(shù)組。nstereo 16-bit ：立體聲16位數(shù)據(jù)輸出，二維數(shù)組。如果聲卡參數(shù)設(shè)置為立體聲16位的話，聲卡采集獲得的數(shù)據(jù)就從該端口輸出，否則返回空數(shù)組。nstereo 8-bit ：立體聲8位數(shù)據(jù)輸出，二維數(shù)組。如果聲卡參數(shù)設(shè)置為立體聲8位的話，聲卡采集獲得的數(shù)據(jù)就從該端口輸出，否則返回空數(shù)組。編輯pptSI Stop n功能：停止聲卡的采集工作。n圖標(biāo)n輸入端口ntask ID in ：聲卡的標(biāo)識(shí)號(hào)

13、。nerror in ：錯(cuò)誤簇n輸出端口ntask ID out ：聲卡的標(biāo)識(shí)號(hào)nerror out ：錯(cuò)誤簇編輯pptSI Clearn功能：關(guān)閉聲卡，并釋放所有占用的系統(tǒng)資源。n圖標(biāo)n輸入端口ntask ID in ：聲卡的標(biāo)識(shí)號(hào)。nerror in ：錯(cuò)誤簇n輸出端口nerror out ：錯(cuò)誤簇編輯ppt基于LabVIEW的雙聲道語音錄制系統(tǒng)n設(shè)計(jì)任務(wù)n設(shè)計(jì)一套語音信號(hào)錄制系統(tǒng)，即將PC機(jī)上的聲卡作為音頻信號(hào)采集硬件，使用者使用話筒錄音，將聲音信號(hào)由聲卡輸進(jìn)計(jì)算機(jī)，然后由該系統(tǒng)采集音頻信號(hào)，在最后程序結(jié)束以后將該音頻文件保存為Wav文件存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī) 。n要求：n聲音質(zhì)量為雙聲道；n在開

14、始采集前，操作者可根據(jù)實(shí)際需要，更改采樣位數(shù)（8位和16位）；n按下”開始”按鈕時(shí)，才開始采集聲音；n在采集過程中，按下”暫定”按鈕，暫定聲音的采集，再次按下“暫定”按鈕，繼續(xù)采集聲音。n按下“停止”按鈕，停止采集聲音，并彈出保存文件的對(duì)話框，保存成*.wav文件編輯ppt編輯pptn分析n硬件組成：計(jì)算機(jī)、聲卡、話筒（MIC）n軟件組成：數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序編輯ppt錄音系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程配置聲卡采集信號(hào)數(shù)據(jù)處理關(guān)閉聲卡設(shè)置聲卡的工作模式和參數(shù)，為聲卡的正常工作做準(zhǔn)備。啟動(dòng)聲卡采集輸入的信號(hào)，并將其數(shù)字化，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)據(jù)將聲卡采集獲得的新數(shù)據(jù)顯示出來，并將它添加到原有

15、信號(hào)的存在數(shù)組中。停止聲卡采集任務(wù)，釋放占用的系統(tǒng)資源。并將采集的數(shù)據(jù)按指定格式進(jìn)行保存信號(hào)數(shù)據(jù)編輯ppt數(shù)據(jù)采集程序n數(shù)據(jù)采集程序要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)就是用軟件控制聲卡采集輸入的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)（即我們常說的數(shù)據(jù)）提供給后續(xù)程序處理。它為后續(xù)程序提供了一個(gè)數(shù)據(jù)來源。n數(shù)據(jù)采集程序的流程聲卡參數(shù)設(shè)置啟動(dòng)聲卡采集信號(hào)停止聲卡關(guān)閉聲卡編輯ppt示例n聲卡數(shù)據(jù)采集程序編輯ppt數(shù)據(jù)處理程序n任務(wù)：實(shí)時(shí)波形顯示，并將它添加到已有信號(hào)的存在數(shù)組中。n因?yàn)槭菍?shí)時(shí)顯示采集信號(hào)的波形，因此我們需要用Waveform Chart來實(shí)現(xiàn)；n將新信號(hào)添加的已有信號(hào)的數(shù)組中，可通過移位寄存器來實(shí)現(xiàn)。編輯ppt數(shù)據(jù)保

16、存程序n任務(wù)：在最后程序結(jié)束以后，將該音頻文件保存為Wav文件存到計(jì)算機(jī) 。n給大家一個(gè)已建好的“錄音保存.VI”編輯ppt數(shù)據(jù)保存程序n任務(wù)：在最后程序結(jié)束以后，將該音頻文件保存為Wav文件存到計(jì)算機(jī) 。n給大家一個(gè)已建好的“錄音保存.VI”n在在D:Program FilesNational InstrumentLabview 7.1exampleSoundSound.llb中調(diào)用或在中調(diào)用或在課件課件9中中n盤符盤符“D:”D:”根據(jù)具體安裝根據(jù)具體安裝LABVIEWLABVIEW軟件的盤確定；軟件的盤確定；n; ;n 密碼：密碼：abc123 abc123 下載下載 編輯ppt錄音保存.VI (D:Program FilesNational InstrumentLabview 7.1exampleSoundSound.llb)mono8位位mono16位位stereo16位位stereo8位位錄音格式錄音格式(簇簇)編輯ppt編輯ppt局部變量n主要是解決數(shù)據(jù)和對(duì)象在同一VI程序中的復(fù)用問題n創(chuàng)建局部變量編輯ppt局部變量n設(shè)定局部變量狀態(tài)n寫操作n讀操作寫操作寫操作