基于LabVIEW多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

百度文庫-好好學習，天天向上百度文庫-好好學習，天天向上-PAGE37百度文庫-好好學習，天天向上-PAGE摘要虛擬儀器是儀器技術(shù)，計算機技術(shù)，軟件技術(shù)和總線，利用計算機強大的數(shù)字處理功能，實現(xiàn)儀器的功能，打破了傳統(tǒng)儀器的框架，形成了一個新的儀器型號。本設(shè)計通過利用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生電壓信號，再采用了NIPCI-6221數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，運用LabVIEW軟件及其相關(guān)技術(shù)進行多通道數(shù)據(jù)采集等功能。該系統(tǒng)具有在同一時間多個實時顯示，數(shù)據(jù)收集，存儲和管理，報警記錄收集到的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)采用多線程技術(shù)，實現(xiàn)了多通道的同時采集的功能。本文首先概述了監(jiān)測和控制技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)在國內(nèi)和國際的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，LabVIEW軟件開發(fā)平臺，虛擬儀器技術(shù)，然后介紹了數(shù)據(jù)采集的理論知識，設(shè)計數(shù)據(jù)的總體結(jié)構(gòu)圖。函數(shù)發(fā)生器，如何連接的適配器板的NIPCI-6221數(shù)據(jù)采集卡和其他硬件。在分析了本系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，介紹了數(shù)據(jù)庫、多線程等其中用到的技術(shù)，然后說明了各部分程序流程及框圖，最后一章給介紹了本設(shè)計的前面板設(shè)計圖。本設(shè)計是虛擬儀器在監(jiān)測領(lǐng)域的一個成功的嘗試。實踐證明了虛擬儀器是一種優(yōu)秀的解決數(shù)據(jù)采集的方案，能夠高效的實現(xiàn)各種各樣的測控任務(wù)。應(yīng)用這一設(shè)計可對生產(chǎn)現(xiàn)場收集，監(jiān)測和記錄，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提供了應(yīng)用設(shè)計參數(shù)信息和手段。關(guān)鍵字：虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；多通道；LabVIEWAbstractThevirtualinstrumentistheinstrumenttechnology,computertechnology,softwaretechnologyandbusareclosetogether,theuseofcomputerpowerfuldigitalprocessingfunctionstoachievemostofthefunctionalityoftheinstrumenttobreakthetraditionalframeworkoftheinstrument,theformationofanewinstrumentmodels.ThispaperdescribesthedesignbasedonLabVIEWmulti-channeldataacquisitionsystem.Designthroughtheuseofthefunctiongeneratortogenerateavoltagesignal,andthenusingtheNIPCI-6221dataacquisitioncarddata,theuseofLabVIEWsoftwareandrelatedtechnologiesformulti-channeldataacquisitionfunctions.Thesystemhasthedatacollectedatthesametimemultiplereal-timedisplay,datacollection,storageandmanagement,alarmrecords,thesystemusesmulti-threadingtechnologytorealizethesimultaneousacquisitionofmulti-channelfunction.Thispaperfirstoutlinesthemonitoringandcontroltechnologyandvirtualinstrumenttechnologyinthedomesticandinternationaldevelopmentstatusandfuturedevelopmenttrends,LabVIEWsoftwaredevelopmentplatform,thevirtualinstrumenttechnology,andthendescribesthedataacquisitionoftheoreticalknowledge,giventhedesignofthedataacquisitionsystemoverallstructureofthediagram.Functiongenerator,howtoconnecttheadapterplateandtheNIPCI-6221dataacquisitioncardandotherhardware.Onthebasisofanalysisofthissystemfunctions,whichusedthetechnologyofthedatabase,multi-threaded,andthendescribesthevariouspartsoftheprogramflowandblockdiagram,thelastchaptertointroducethedesignofthefrontpaneldesign.Thedesignisasuccessfulattemptofthevirtualinstrumentinthemonitoringfield.Practicehasprovedthatthevirtualinstrumentisanexcellentsolutiontothedataacquisitionprogram,avarietyofmonitoringtaskscanbeefficient.Theapplicationofthedesignparametersoftheproductionsitecollection,monitoringandrecording,inordertoimproveproductquality,reducingthecostofprovidinginformationandmeans.Keywords:VirtualInstrument;Dataacquisition；Multi-channel;LabVIEW

目錄摘要 Abstract I第1章緒論 0引言 0課題背景 0多通道采集技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 0多通道采集系統(tǒng)的國內(nèi)外主要研究成果 1虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢 2本設(shè)計研究的意義 4本章小結(jié) 4第2章LabVIEW及數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述 5LabVIEW概述 5LabVIEW簡介 5LabVIEW的作用 5LabVIEW的應(yīng)用 6虛擬儀器技術(shù)概述 6虛擬儀器的概念 6虛擬儀器的特點及優(yōu)勢 6虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較 7虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成 8多通道數(shù)據(jù)采集技術(shù) 9數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論 9采集系統(tǒng)的一般組成及各部分功能描述 10多通道數(shù)據(jù)采集的主要方法 11本章小結(jié) 12第3章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 13多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體硬件框圖 13函數(shù)發(fā)生器 13函數(shù)發(fā)生器的主要應(yīng)用 13函數(shù)發(fā)生器的主要技術(shù)指標 14函數(shù)發(fā)生器的輸出電壓 14數(shù)據(jù)采集卡的選擇 15數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標 15數(shù)據(jù)采集卡(DAQ卡)的組成 16NIPCI-6221數(shù)據(jù)采集卡 16本章小結(jié) 16第4章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)LabVIEW設(shè)計 17系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 17多線程技術(shù)在軟件部分的應(yīng)用 18Windows的多線程機制 18LabVIEW的多線程技術(shù) 18多線程技術(shù)在本設(shè)計中的應(yīng)用 18系統(tǒng)具體應(yīng)用程序的實現(xiàn) 19數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計 19歷史數(shù)據(jù)查詢程序設(shè)計 22報警記錄程序設(shè)計 22本章小結(jié) 23第5章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的界面設(shè)計及調(diào)試 24數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的界面設(shè)計 24通道參數(shù)配置 24實時數(shù)據(jù)顯示 24歷史數(shù)據(jù)查詢 25報警記錄 27數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的調(diào)試 28本章小結(jié) 31結(jié)論 32參考文獻 33附錄 35致謝 37第1章緒論引言監(jiān)測技術(shù)在現(xiàn)代科學技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)和國防科學技術(shù)技術(shù)的許多領(lǐng)域被廣泛使用，它被認為是現(xiàn)代科學技術(shù)，國防現(xiàn)代化和條件的重要標志。20世紀80年代以來，微電子，計算機和其他技術(shù)的迅速發(fā)展，并按照測量和控制儀器和技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)誕生，在這之后的智能儀器，PC儀器，VXI儀器，虛擬儀器，如自動化控制系統(tǒng)，現(xiàn)代越來越模糊的設(shè)備和電腦設(shè)備，測量和控制技術(shù)領(lǐng)域之間的界限正在不斷擴大。最近幾年，網(wǎng)絡(luò)化的測控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化的測控系統(tǒng)更是得到了越來越多的應(yīng)用，尤其在航空航天等科技領(lǐng)域上得到了更好地發(fā)揮。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和控制系統(tǒng)：控制終端和傳輸介質(zhì)是由兩部分組成。由于個人電腦的迅速發(fā)展，個人電腦正在日益占據(jù)重要地位的控制終端。計算機系統(tǒng)的核心系統(tǒng)是一個軟件系統(tǒng)，計算機和控制系統(tǒng)的靈魂，監(jiān)控軟件是在測量和控制領(lǐng)域的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。傳輸介質(zhì)的主要任務(wù)是組成通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信和采集，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是主要的測量和控制系統(tǒng)，完成測控任務(wù)的主要手段。因此，這種“監(jiān)控－數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”在許多領(lǐng)域已被廣泛用于建筑和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，形成了一個完整的理論。課題背景多通道采集技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀多通道數(shù)據(jù)采集與處理一直是一個困難的研究和生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用領(lǐng)域。在家中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的研究現(xiàn)狀和國外已經(jīng)取得了很大的成就。A/D轉(zhuǎn)換精度，從單聲道到雙通道，多通道采樣速度和數(shù)量，逐漸增加的取樣頻率，分辨率和精度，增強分析能力的前提。與8位單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始。與新的單芯片已經(jīng)開發(fā)，也適用于十六和三十二個微控制器制造商開發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。近年來向市場推出具有DSP功能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？傊?，已成為越來越多的用戶微處理器技術(shù)要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將更加完善。絕大多數(shù)的電腦是從模擬信號的采集和數(shù)據(jù)分析的控制是分不開的。工業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜性決定了多樣化的模擬信號進行采樣。因此，測量技術(shù)，根據(jù)具體的工程要求，并作出調(diào)整。如爐溫，其采樣可以選擇使用普通的ADC采樣率，和一些模擬信號，如壓力或電路開關(guān)瞬間的電流上過程中的機械的振動可以瞬間改變。這樣采樣時，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路就必需采用較高的采樣速率的電路；其次，由于抽樣要求的精度不一樣的地方，所以大部分儀器都是只完成測量要求的精度8。16，18或更高的分辨率為采樣位數(shù)電路必須精確的控制和數(shù)據(jù)分析電路是必要的。此外，采樣的信號路徑，如異步電動機軟起動器的設(shè)計，在許多情況下，你需要考慮幾個采樣定子電壓，定子電流和電機外殼溫度信號。不僅如此，大多數(shù)的測量對象是更復(fù)雜或更精確的控制，通常與采樣精度，速度，渠道，如電氣設(shè)備故障診斷的高要求的技術(shù)規(guī)范，同時，除了對需求更高的速度和精度外。還需要能夠多通道輸入信號的采集同時收集。多通道采集系統(tǒng)的國內(nèi)外主要研究成果對于多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要集中在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)同步，系統(tǒng)容量和低功耗的特點。雖然一些研究上的突破同步，但仍需要在提高系統(tǒng)容量或能量消耗，或者取得一定的成就，在能源消耗，但系統(tǒng)的準確性或決議等不符合要求。在這個主題在一定程度上看到，仍然有足夠的空間。下面針對幾種常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行簡單介紹：1、多類型多通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計3MS/s的最大采樣率建立基于PXI總線的虛擬儀器平臺信號采集系統(tǒng)，具有開發(fā)周期短，體積小，配置靈活，可以輕松地完成現(xiàn)場采樣通道到64通道analogsignal抽樣通道32通道數(shù)字信號的采樣。DMA的高速磁盤流系統(tǒng)設(shè)計，同步觸發(fā)，多線程技術(shù)，更好的解決問題的信號采集時間長，存儲容量大，時間精度高的要求。2、高速大容量多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的PIC單片機在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件和軟件資源，要充分利用，大大減少了硬件和軟件設(shè)計的復(fù)雜性和整個系統(tǒng)的開發(fā)和維護成本，提高系統(tǒng)的可靠性。相對于其他實現(xiàn)，減少設(shè)備的使用，節(jié)約成本，方便的調(diào)試功能，以滿足實時、同步、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。這個系統(tǒng)是由不同的傳感器和處理電路的應(yīng)用程序設(shè)計的，可廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，因而具有較高的實用性和開發(fā)價值。3、基于CPLD和USB的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計這個虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以完成多通道雙極輸入和輸出信號波形，CPLD是模擬量的采集，高速多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的USB接口，適用于高速，實時數(shù)據(jù)的核心收購andtreatment。憑借強大的資源，產(chǎn)品開發(fā)和計算機虛擬儀器的研究。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的描述，簡單地配置需要設(shè)計相應(yīng)的信號調(diào)理電路，模擬量采集的各種測量傳感器。所收集的數(shù)據(jù)可以存儲在計算機上，計算機，控制，因而具有廣泛的使用價值。計算機接口的發(fā)展方向，串口和USB接口。4、基于FPGA多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計在本設(shè)計中，模擬量采集板的設(shè)計可以開關(guān)信號的AD轉(zhuǎn)換器，寬電壓范圍，信號的快速篩選。以FPGA控制為核心，硬件結(jié)構(gòu)簡單，處理速度快，復(fù)雜的算法，信號延時小，抗干擾能力強的能力。適用于各種模擬信號的測量和控制應(yīng)用，應(yīng)用程序，以驗證其數(shù)據(jù)采集的實時數(shù)據(jù)。多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，收購渠道，以確保采集精度的校準，而引進的延遲登記，以便在FPGA實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得。電路和FPGA的方案是采用模塊化設(shè)計，容易被復(fù)制的收購路徑和控制子模塊要求延長。5、基于PCI總線的多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計基于高速PCI總線接口的東西，和具體的PCI控制芯片，S5933的流行的EDA設(shè)計，是指原設(shè)計的優(yōu)勢的同時，主要集中在設(shè)計以及Businterface設(shè)計CPLD電路設(shè)計。本設(shè)計采用的S5933的PCI總線控制器，主要工作：作為PCI總線接口，你必須遵循PCI總線協(xié)議，由于總線控制器的復(fù)雜性，以及難以設(shè)計總線控制器，運行周期很長。其次，在很多種控制器里如S5920、S5935、S5933、PLX9052等，因為S5933的功能的強大，性能的穩(wěn)定，價格合理，所以很多從事數(shù)據(jù)采集開發(fā)的人員都使用，所以它成為了目前的主流芯片。虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢虛擬儀器實際上是現(xiàn)代科學和微電子，通信和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展的產(chǎn)品。自1785以來的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)平衡庫侖發(fā)明，1834哈里斯靜電米的擬議結(jié)構(gòu)，電氣測量儀器，電子設(shè)備和其他技術(shù)進步，儀器儀表元件，提高質(zhì)量和改善測量理論得到了快速發(fā)展。一個更普遍的說法是，測量儀器的發(fā)展分為五個階段。如圖1-1所示。圖1-1測量技術(shù)的發(fā)展自19世紀到二十世紀末，測量儀器的模擬儀器，電子儀器，數(shù)碼設(shè)備，智能儀器儀表，如今天的虛擬儀器的發(fā)展階段。模擬儀器模擬電壓表，電流表，儀器解決某些測量的需求。圍繞二十世紀五十年代末開始，測量儀器的性能已得到改善，管，同時，電子技術(shù)，電子儀器記錄儀和示波器的控制技術(shù)相結(jié)合，十年結(jié)束后5個代表出現(xiàn)的集成電路和電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化測量和控制技術(shù)，適用于測量儀器，測量儀器的主要特點。這個快速發(fā)展的一個微處理器，微型計算機技術(shù)的問世七十年代，它是根據(jù)測量儀器的影響，并取得了非常大的一步。隨著微型計算機技術(shù)，電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用在電子測量技術(shù)在快速發(fā)展的領(lǐng)域，而且還繼續(xù)測量儀器，智能儀器的發(fā)展和進步。微電腦智能工具和儀器，儀表的存儲，計算，控制內(nèi)部的吸力，邏輯判斷，自動操作，測量精度，靈敏度，自動化，可靠性，使用和解決問題，如測量的技術(shù)能力的程度深度雙人重大進展。此應(yīng)用程序，內(nèi)置微處理器的儀器，智能自動測試和數(shù)據(jù)處理完成，并可以取代大部分的精神。然而，盡管許多廠商正在使用新的儀器總線，沒有統(tǒng)一的標準，為開發(fā)計算機總線插槽和大小不同廠家生產(chǎn)的卡，設(shè)備的兼容性也很差。在這種情況下，標準化的必然要求。在1987年，美國惠普與泰克等5家公司，提出了一種新型的總線系統(tǒng)-VXI(VMEeXtensionForInstrumentation)總線。1997年美國的NI公司又提出了一種新的總線標準：就是PXI總線標準。利用PXI儀器PXI總線標準的便攜式測試系統(tǒng)，成本低，容易與VXI儀器相比功能組成。這些通過軟件支持，一個虛擬的控制面板，必要的工具和硬件，以及良好的溝通技巧，電腦文書或VXI儀器的測量能力的電腦系統(tǒng)是虛擬儀器。虛擬儀器技術(shù)，這使得大量的用戶可以定義自己的工具，靈活的儀器儀表系統(tǒng)的設(shè)計，以滿足實際需求的出現(xiàn)。隨著虛擬儀器軟件開發(fā)平臺和硬件的飛速發(fā)展，基于虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)周期短，測量速度快，成本低，精度和可重用性，改進的，更用戶友好的儀表系統(tǒng)維護和擴展。當今的社會處于一個正在快速發(fā)展的狀態(tài)中，要在有限的空間和時間內(nèi)實現(xiàn)大量的信息交換，所以隨之而來的就是信息密集度急劇增大，因而在研究及生產(chǎn)過程中就要求數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)對信息的處理速度越來越高，功能越來越強。目前先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅希望設(shè)備可以單獨的進行數(shù)據(jù)采集，還希望它們之間可以互相通信，以構(gòu)成數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，乃至是測試網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，實現(xiàn)了信息共享，以便于對眾多的信號進行對比、自動分析，從而得出比較準確的判斷。然而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集儀器在這方面受到了很大的限制?；谔摂M儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的方式來解決傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所面臨的問題提出把已成為今天的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，多通道信號采集，實時顯示，記錄，分析和處理實驗數(shù)據(jù)。虛擬儀器儀表發(fā)展史上的一次革命，代表的最新趨勢和新儀器的發(fā)展方向，是一個IT擴展的重要區(qū)域，對科學技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將有不可估量的影響。本設(shè)計研究的意義隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字設(shè)備正在逐步取代模擬設(shè)備，計算機監(jiān)測與控制技術(shù)正在發(fā)揮非常重要的作用，在生產(chǎn)過程中和在廣泛領(lǐng)域的科學研究。然而，在外部環(huán)境的信息是不斷變化的物理量，如溫度，位移，壓力和速度。如果將這一信息傳遞到您的計算機，您必須首先在這些不斷變化的物理離散和量化編碼，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字，這個過程是數(shù)據(jù)采集?？刂破魇怯嬎銠C的發(fā)展給新的數(shù)據(jù)收集，被測物體的物理量的重要性，通過信號調(diào)理，量化，采樣，傳輸，編碼步驟，并最終發(fā)送到控制中心，數(shù)據(jù)處理和存儲，假定計算機，計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的集中控制和處理收集到的數(shù)據(jù)處理的核心部分。數(shù)據(jù)采集??是信息科學的一個分支，它是研究資料的收集，處理，存儲和控制工作，傳感器技術(shù)，信號處理和計算機技術(shù)結(jié)合在一起，構(gòu)成了現(xiàn)代數(shù)據(jù)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，所收集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了一些技術(shù)指標，如采樣率，存儲深度，分辨率，數(shù)字信號處理速度快，所以抗干擾能力也日益提高的。計算機技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)水平的數(shù)據(jù)采集技術(shù)的普及。這項技術(shù)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，生產(chǎn)現(xiàn)場收集，監(jiān)測和記錄，以提高產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)，降低成本，并提供信息和工具。在科研領(lǐng)域可以得到大量的動態(tài)信息，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，研究即時的物理過程的有力工具的使用?？傊瑹o論在什么領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集和處理是及時的、較高的工作效率就會達到更高的效率。本章小結(jié)本設(shè)計以3個通道進行設(shè)計，從傳感器來的模擬輸入信號，經(jīng)過信號調(diào)理后，輸入到NIPCI-6221數(shù)據(jù)采集卡，然后到PC機通過PCI總線，數(shù)據(jù)處理軟件，包括在一定的時間間隔插入到數(shù)據(jù)庫中的實時和歷史數(shù)據(jù)的波形采樣數(shù)據(jù)的平均過濾保存一邊收集保存和檢索歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)。第2章LabVIEW及數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述LabVIEW概述LabVIEW簡介LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkBench)是一種利用圖標表示文本行建立應(yīng)用程序的圖形化的編程語言。傳統(tǒng)的文本編程語言的陳述和說明，以確定程序執(zhí)行順序的順序，LabVIEW是一種數(shù)據(jù)編程，在框圖節(jié)點之間的數(shù)據(jù)確定程序的運行秩序。它使用圖標代表的功能，以及連接的數(shù)據(jù)流。LabVIEW可以提供類似的外觀和傳統(tǒng)儀器（如示波器，萬用表）控制可以用來方便的用戶界面的創(chuàng)建。在LabVIEW前面板的用戶界面。連接使用的圖標，可以通過編程來控制前面板對象。這個圖形的源代碼，但也為G（圖形界面）代碼。LabVIEW圖形化源代碼，事實上，類似的數(shù)據(jù)流圖，它也被稱為框圖代碼。前面板的任何一個程序的控制框圖，只要通過控制數(shù)據(jù)，根據(jù)自己的特點，如顯示數(shù)據(jù)波形，數(shù)字或圖形控制。LabVIEW程序被稱為VI（虛擬儀器），是虛擬儀器，這是因為許多LabVIEW的接口控制操作，以模擬真實樂器。LabVIEW的核心意思是“軟件儀器”，這是虛擬儀器的概念。LabVIEW軟件套件還擴大了數(shù)據(jù)采集，顯示，分析和存儲功能的工具。這些工具是基于向?qū)У墓ぞ撸脩糁恍枰凑仗崾究梢院苋菀椎剡B接儀器或參數(shù)設(shè)置。和程序員不走出去記憶這些復(fù)雜的功能，因為這些功能的程序的圖標和名稱的形式，那么當你需要一個功能面板的功能框圖可以。LabVIEW的作用由于使用了LabVIEW，您可以創(chuàng)建一個共同方案，因此它被稱為通用編程語言。但它有一個更大的優(yōu)勢，在測量，測試和自動化領(lǐng)域，因為LabVIEW可以提供了很多工具和功能，數(shù)據(jù)采集，顯示和存儲。它還提供了大量的自動化測量中常用的圖形控件。這使得大量的用戶，可以在很短的時間完成一個完整的測量系統(tǒng)。因此，它被廣泛應(yīng)用于汽車，航空航天，通信，半導(dǎo)體，電子產(chǎn)品設(shè)計，生產(chǎn)和生物醫(yī)學的許多領(lǐng)域。開發(fā)了一個程序稱為虛擬儀器（簡稱為六），是一種在LabVIEW虛擬儀器。使用LabVIEW虛擬儀器發(fā)展的最大優(yōu)勢，我們可以提高開發(fā)效率，使用LabVIEW開發(fā)虛擬儀器基于文本的工具比高出4-10倍的發(fā)展效率，據(jù)初步統(tǒng)計，程序執(zhí)行速度不會受到影響，在信號處理和其他方面的配置軟件功能不能相比。LabVIEW可以不僅可以用來迅速建立小型自動測量系統(tǒng)，也可以用來開發(fā)大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。LabVIEW的應(yīng)用LabVIEW已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在許多領(lǐng)域，如航空航天，汽車，自動化，半導(dǎo)體，生物醫(yī)學。(1)應(yīng)用于生產(chǎn)檢測。LabVIEW成為了測試測量領(lǐng)域的標準化的開發(fā)工具。(2)應(yīng)用于研究和分析。LabVIEW的開發(fā)環(huán)境中包含了功能強大的分析庫，可以滿足用戶的分析要求。對于聲音、圖像處理、振動、時頻分析、小波和數(shù)字濾波器的等的設(shè)計分析要求，LabVIEW可為專門設(shè)計提供附加軟件。(3)用于過程控制和工業(yè)自動化領(lǐng)域。LabVIEW已經(jīng)被用來作為一個圖形程序中的過程控制和工業(yè)自動化應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)環(huán)境。領(lǐng)域的基本過程控制，PID控制工具箱和PLC的驅(qū)動軟件，可以實現(xiàn)高速，多通道測量和控制的LabVIEW。對于龐大而復(fù)雜的工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)，NI發(fā)表LabVIEW數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控系統(tǒng)模塊可用于監(jiān)控多通道I/O端口和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信，電腦控制的渠道。(4)應(yīng)用于機器的監(jiān)控?？梢詰?yīng)用于實時控制的要求，視覺和圖像分析，運動控制，振動分析和監(jiān)測系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)概述虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念首先由美國國家儀器（NI公司）提出的。所謂虛擬儀器是利用現(xiàn)成的電腦，再加上一個專門設(shè)計的儀器軟件和硬件，形成普通儀器的基本功能，而且普通的文書不具有的特殊功能的新高級低成本文書。虛擬計算機圖形環(huán)境和在線幫助功能，虛擬儀器的儀表盤，機器的完全控制，數(shù)據(jù)分析和顯示，可以大大降低儀器的價格，用戶還可以要求調(diào)整儀器的功能，它是非常靈活。也可用于虛擬儀器在電力工程，電子測量，礦產(chǎn)資源勘查，教學，科研，醫(yī)療和其他的市場潛力非常大，新儀器的發(fā)展方向。虛擬儀器“軟件作為儀器”的核心思想。到一臺計算機的技術(shù)手段，儀器的硬件和應(yīng)用軟件三部分組成?；谔摂M儀器的測量儀器，計算機數(shù)字接口和配置儀器連接到您的計算機硬件，你可以直接使用的計算機硬件和軟件資源，計算機硬件，測量儀器和計算機軟件資源相結(jié)合。虛擬儀器的特點及優(yōu)勢虛擬儀器是基于計算機的硬件模塊和軟件模塊，電子，軟件是在圖2-1所示，這些儀器驅(qū)動程序的硬件系統(tǒng)開發(fā)獨立的軟件設(shè)備驅(qū)動程序軟件的一部分，虛擬儀器的核心，儀器儀表。這也是基于這一點，虛擬儀器的最大優(yōu)勢之一，該儀器的發(fā)展和重建的時間將縮短。在虛擬儀器中的應(yīng)用可選的硬件（如GPIB，VXI總線，RS-232，數(shù)據(jù)采集板）和軟件相連來完成的計時儀器模塊，通信和觸發(fā)。功能，為用戶建立虛擬儀器系統(tǒng)，以提供相關(guān)的軟件模塊的源代碼。六，對需求變化的開放性和靈活性時，用戶可以由用戶控制的硬件和軟件模塊和自由更改或重新配置現(xiàn)有的模塊，以滿足新的要求，很容易。因此，當用戶創(chuàng)建一個新項目，你可以使用以前的模塊，以建立一個新的VI系統(tǒng)，并沒有對現(xiàn)有的硬件和軟件資源的損失。圖2-1虛擬儀器開發(fā)框圖虛擬儀器技術(shù)，用戶可以定義自己的專用儀器系統(tǒng)，靈活的和強大的功能是很容易建立，被廣泛使用。虛擬儀器技術(shù)是國際上流行的硬件和軟件，它通常被稱為“軟件樂器”。這是非常強大，可以實現(xiàn)示波器，頻譜分析儀，邏輯分析儀和信號發(fā)生器及其他設(shè)備的全部功能，然后用探針和軟件可以檢測到指定的系統(tǒng)參數(shù)，如汽油標號，汽車發(fā)動機參數(shù)爐，溫度，心電圖參數(shù)，如數(shù)據(jù)，其運作的靈活性和便利性，全圖形界面，簡單的風格，在符合通用設(shè)備的操作習慣，用戶可以不訓(xùn)練，很快學會如何操作的規(guī)程。虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器（如下面的表2-1所示）無法比擬的優(yōu)勢。在高帶寬，高速和專業(yè)測試領(lǐng)域，獨立儀器具有不可替代的優(yōu)勢。虛擬儀器在測試中，低的地區(qū)，可以取代獨立文書的一部分，但也完成了在復(fù)雜環(huán)境的考驗，傳統(tǒng)的單機儀器能不能勝任，連想都不敢想。（1）傳統(tǒng)的儀表盤只有一個，上面放置各種顯示和操作元素。因此造成大量的閱讀和操作失誤。虛擬儀器是不一樣的，它可以在幾個子面板操作，以實現(xiàn)更復(fù)雜的功能。所以，在每個子面板，可實現(xiàn)營業(yè)Genwei簡單的面板布局和功能性，從而提高操作的準確性和方便。此外，虛擬儀器面板上的顯示元件和操作元素的種類和形式是不符合標準的組件和實施規(guī)劃的過程，設(shè)計師，物業(yè)可根據(jù)用戶要求設(shè)計儀器的前面板。（2）確定了通用的硬件平臺，軟件的使用可以更換硬件的功能。（3）其功能是根據(jù)用戶的需求設(shè)置的，不是事由廠家設(shè)定的。（4）儀器的性能的改進和功能的擴展只需要更新軟件，不需要購買新的儀器。（5）虛擬儀器使用靈活，與計算機可以同步發(fā)展，也可與網(wǎng)絡(luò)及其他設(shè)備互聯(lián)。（6）由于PC機為核心，使大量的數(shù)據(jù)處理，是不是測試儀器本身，但在很多軟件的支持，并利用PC機強大的數(shù)據(jù)處理能力來完成。（7）可方便的存儲和交換數(shù)據(jù)，測試的結(jié)果具有更加豐富多樣的表達方式。（8）虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器成本高，降低系統(tǒng)開發(fā)和維護成本，縮短技術(shù)更新周期的條件。 表2-1虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開發(fā)維護的費用低開發(fā)維護的費用高技術(shù)更新的周期短（～1年）技術(shù)更新的周期短（5～10年）軟件為關(guān)鍵硬件為關(guān)鍵價格低廉價格昂貴靈活、開放和計算機同步，可重復(fù)使用和重新配置固定使用可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)調(diào)周邊各儀器只能連有限的設(shè)備自動化、多功能、智能化、遠距離傳輸功能單一化，操作不方便虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成虛擬儀器實際上是一個基于計算機的軟件。計算機和儀器的緊密結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個新趨勢。例如，這兩種基本方式的組合，是一個計算機到儀器，智能儀表和計算機的功能越來越強大以及其小，這種儀器的功能型大，已虛擬儀器，包含一個嵌入式系統(tǒng)。另一種方法是將計算機的儀器。計算機硬件和操作系統(tǒng)，每一個儀器和虛擬儀器的功能是這樣的。虛擬儀器的組成如圖2-2所示。圖2-2虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分在傳統(tǒng)樂器上，這三個部分是由硬件完成，虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)的第一部分，這兩個軟件。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計已經(jīng)變得越來越模塊化，標準化設(shè)計工作已成為日益減少。多通道數(shù)據(jù)采集技術(shù)數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論現(xiàn)在在計算機的廣泛使用，數(shù)據(jù)采集技術(shù)的重要性是不可替代的。它是計算機和現(xiàn)實世界的橋梁。信號采集各類困難程度是一個非常大的區(qū)別。收購的實際操作時，噪音會造成一些干擾。當數(shù)據(jù)收集，一些事情的基本原則要注意。圖2-3就顯示了一個模擬信號與它采樣后的采樣值。采樣間隔是△t，需要注意的是，采樣點在時域上為離散。圖2-3模擬信號采樣圖如果對于信號x(t)采集N個采樣點，那么x(t)就可以用下方這個數(shù)列表示：X={x[0]，x[l]，x[2]，x[3]，…，x[N－l]}這個數(shù)列就被稱為信號x(t)的數(shù)字化的顯示或采樣顯示。不含任何有關(guān)采樣率的信息。圖2-4合適采樣率采樣波形圖2-5采樣率過低采樣波形采集系統(tǒng)的一般組成及各部分功能描述圖2-6說明了數(shù)據(jù)采集的大概結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)采集之前，程序會對采集板卡進行初始化，板卡上與內(nèi)存中的Buffer是數(shù)據(jù)采集和存儲的中間環(huán)節(jié)。圖2-6數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖值得注意的兩個問題是：系統(tǒng)是否使用緩沖？系統(tǒng)是否會啟用外觸發(fā)、停止或進行同步一個操作？（1）緩沖(Buffers)緩沖區(qū)是指一個地區(qū)內(nèi)存在一臺PC，它是用于臨時存儲數(shù)據(jù)。例如，你要收集數(shù)千每秒的數(shù)據(jù)是非常困難的，在第二顯示所有數(shù)據(jù)。但第一次捕捉卡數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)，你將能迅速把它們儲存，以后再搜索，然后顯示或分析。注意緩沖區(qū)的速度和能力的集合。如果采集卡具有一個DMA模擬輸入功能，您可以使用一個高速的硬件通道，導(dǎo)致計算機的內(nèi)存，這意味著，收集到的數(shù)據(jù)可以直接傳送到計算機的內(nèi)存。不使用Buffer則意味著對所采集的每一個數(shù)據(jù)都必須進行處理(圖形化、分析等)。下列情況是需要使用BufferI/O口的：①需要采集許多樣本，其速率遠遠超過了實際的速度。②需要連續(xù)采集或者產(chǎn)生AC數(shù)據(jù)，并要同時分析或顯示這些數(shù)據(jù)。③采樣的周期必須準確、均勻的通過數(shù)據(jù)樣本。下列情況是可以不使用BufferI/O口的：①數(shù)據(jù)組非常短小，如每秒只采集一個數(shù)據(jù)點通過兩個采集通道。②需要縮減存儲器的使用。（2）觸發(fā)(Triggering)觸發(fā)相關(guān)的初始化，終止，或任何功能的同步采集事件。觸發(fā)通常是一個數(shù)字或模擬信號，可以判斷操作。最簡單的軟件觸發(fā)，用戶可以直接使用軟件觸發(fā)，如使用布爾面板控制啟動或停止收集數(shù)據(jù)。硬件觸發(fā)電路板可以管理觸發(fā)器的集合，事件控制和時間分配，具有精度高。硬件觸發(fā)可進一步分為外部觸發(fā)，內(nèi)部觸發(fā)。當進入一個通道的模擬輸入功率的卡將被收集在平時的輸出脈沖電壓的一個字，這是一個內(nèi)部觸發(fā)。將初始化采集卡采集卡發(fā)出的數(shù)字脈沖信號，這是為一個外部觸發(fā)外部設(shè)備的到來而等待。許多工具可以用來觸發(fā)一個特定的設(shè)備，如數(shù)字數(shù)據(jù)采集卡輸出。下列情況需要使用軟件觸發(fā)：用戶要對所有采集操作進行明確的控制，并且事件的定時不要求很準確。下列情況需要使用硬件觸發(fā)：①采集事件的定時需要非常的準確。②用戶需要減少軟件的使用。③采集事件與外部裝置同步時。多通道數(shù)據(jù)采集的主要方法一般來說數(shù)據(jù)的采集有三類結(jié)構(gòu)：多路不通時間的對被測數(shù)據(jù)進行采集、多路同一時間一同采集被測數(shù)據(jù)以及對分散的北側(cè)數(shù)據(jù)進行采集，現(xiàn)在大多數(shù)是用的都是多路同一時間進行采集的系統(tǒng)。并且應(yīng)用到了各個現(xiàn)代化得領(lǐng)域。為了提升分析系統(tǒng)的各項性能，我們通常先對系統(tǒng)的主要信號對其測試在進行采集。起初設(shè)計的數(shù)據(jù)采集工具智能檢測到循環(huán)的多通道得信號，而且不但不能完成得到多路徑在同一時間的采樣點，且采集的速度也是相當?shù)穆?，但是多路同一時刻才記得這個系統(tǒng)正填補了以前的漏洞。上述多路同一時間采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用方法有很多，下文就簡介一些平常的方法：1．嵌入式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用嵌入式對多路數(shù)據(jù)進行同時采集的這種方法比較傳統(tǒng)，這個多路同時采集的系統(tǒng)以CPU為控制的主要關(guān)鍵點，這樣做就可采集大量信號的同時高效地完成處理。2.在FPGA的多錄數(shù)據(jù)通讀采集的系統(tǒng)統(tǒng)以及編程邏輯門陣列FPGA是在/色彩編碼、相位同步檢波等是通過可以編程的軟件竟開發(fā)研究后的下一代產(chǎn)品。FPGA跟通用的專業(yè)基層的電路不一樣，這個集成電路可以隨時隨地改變自己的功能，這項技術(shù)是FPGA相對于其他的軟件的優(yōu)點。但是應(yīng)用FPGA進行數(shù)據(jù)的采集也有一些缺點，其中比較明顯的是FPGA的隨機存儲器的空間小，使用不當是就能減慢他傳輸?shù)乃俾省?.虛擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這種采集的性同時利用一些虛擬儀器的相關(guān)技術(shù)制作而成。這個技術(shù)的應(yīng)用最早在70年代就被人所熟知而且應(yīng)用，在一些高科技的領(lǐng)域已近有了很大的發(fā)展。而把虛擬器的技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)的采集中更加有優(yōu)勢，這項技術(shù)可以大大的太高對大量數(shù)據(jù)的采集以及對可短時間的對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理本章小結(jié)本章首先詳細介紹了LabVIEW和LabVIEW應(yīng)用。然后數(shù)據(jù)采集技術(shù)的詳細說明。和構(gòu)成的虛擬儀器技術(shù)和系統(tǒng)的基本概念，列出了虛擬儀器技術(shù)的特點和優(yōu)勢。本章以下各節(jié)推出的LabVIEW技術(shù)的虛擬儀器系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。第3章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體硬件框圖整個系統(tǒng)從函數(shù)發(fā)生器開始，通過函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的電信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)接板，將信號送至數(shù)據(jù)采集卡進行采集，然后用軟件進行處理。在采集過程中將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫里，再通過對表格的時間查詢實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的訪問。具體框圖見圖3-1多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)接板數(shù)據(jù)采集卡NI-6221計算機數(shù)據(jù)庫圖3-1多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器其實是一種多波形的信號源。它可以產(chǎn)生正弦波，三角波，方波，鋸齒波，甚至任意波形。還有些函數(shù)發(fā)生器調(diào)制，調(diào)頻，調(diào)幅，調(diào)相，脈沖寬度調(diào)制器和VCO控制功能。函數(shù)發(fā)生器的主要應(yīng)用函數(shù)發(fā)生器的頻率范圍很寬，使用的范圍很廣，它是一種不可獲缺的通用信號源。還廣泛用于其他技術(shù)領(lǐng)域，如教育，醫(yī)學，化學，通信，地球物理學，工業(yè)控制，軍事和航空航天等可用于生產(chǎn)測試，儀器維護和實驗室。本設(shè)計中的函數(shù)發(fā)生器主要用于產(chǎn)生正弦波和矩形波，產(chǎn)生的電壓波形信號由數(shù)據(jù)卡采集然后在計算機中的仿真軟件進行顯示和保存。函數(shù)發(fā)生器的主要技術(shù)指標（1）頻率范圍10Hz~100Hz，100Hz~1000Hz，1kHz~10kHz（2）通過改變控制信號頻率的RC時間常數(shù)的頻率控制（3）通過改變控制電壓Uc電壓控制頻率VCF（4）輸出電壓正弦波UPP≈3V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào);（5）三角波Upp≈5V幅度連續(xù)可調(diào);（6）方波Upp≈14V幅度連續(xù)可調(diào).（7）方波上升時間不超過2s的波形特征;（8）三角波非線性失真小于1％;（9）正弦波諧波失真小于3%。函數(shù)發(fā)生器的輸出電壓（1）方波：方波信號示波器調(diào)整RP1的電路板，側(cè)峰峰值VPP=14V，可見中獲得的價值和性能指標一致。（2）三角波：訪問拆除的方波信號和三角波信號調(diào)節(jié)器RP1，測量三角波峰峰值UPP=5V還可以實現(xiàn)主體的要求。（3）正弦波：將示波器的正弦波信號，調(diào)整RP3和RP4測量正弦波峰峰值UPP=。已經(jīng)能夠達到題目要求。波形特性測定:（1）方波上升時間:電路板的方波信號示波器，示波器上的方波信號，直到它可以清楚地觀察到的上升沿跳，方波上升時間測量周期控制旋鈕調(diào)整：tr=µs分析：主要的上升時間，這可以用來改變運算放大器的類型來解決。通過改變運算放大器的速度，以改變其上升時間。（2）三角波非線形失真:去除方波信號，電路板上的三角波信號示波器通道1，在這一次的三角波信號參數(shù)測量如下：頻率:f=峰峰值:Upp=5V實驗階段，函數(shù)發(fā)生器三角波作為標準信號示波器通道2，并調(diào)節(jié)其頻率及峰峰值,使之與要測試的三角波信號參數(shù)一致(f=,Upp=5V).示波器雙蹤模式，兩個三角波通道完全重合，說明無非線性失真。（3）正弦波嚴重失真:分析：滑動變阻器來調(diào)節(jié)引腳的平衡被打破，我需要連接電路線，是不是靜態(tài)工作點從原來的位置偏差，導(dǎo)致了這一結(jié)果。數(shù)據(jù)采集卡的選擇數(shù)據(jù)采集板卡的功能與很多因素都有關(guān)，一定要根據(jù)具體的情況來分析。一種理解其中的數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)，必須是在數(shù)據(jù)采集卡的性能。數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標1）采樣頻率采樣頻率的高與低，在一定時間內(nèi)，以獲得原始信號的工作能夠更好地重現(xiàn)原始信號，波形失真，采樣頻率必須足夠高。根據(jù)奈奎斯特定理采樣頻率至少為原始信號的兩倍，但實際中，一般都為5～10倍。2）采樣方法采集卡一般都有好幾個數(shù)據(jù)采集通道，如果所有的數(shù)據(jù)采集渠道反過來共享一個放大器和A/D轉(zhuǎn)換，將比每個通道單獨自己的更有用，但是，這是只適用于對時間要求并不高的系統(tǒng)。如果采樣系統(tǒng)是非常嚴格的時間要求，它必須收集在同一時間，這就要求每個通道都有其自己的放大器和A/D轉(zhuǎn)換。但由于成本的考慮，現(xiàn)在流行的每一個數(shù)據(jù)采集渠道共用一套放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。3）分辨率ADC的位數(shù)越多分辨率越高，可以區(qū)分的電壓將是小。因為缺少一些信息，因此，數(shù)字信號，并不能真正反映原始信號。4）電壓動態(tài)范圍ADC的電壓范圍內(nèi)可掃描到最高電壓和最低電壓。通常最好能夠使采集卡，因為對于電壓只是考慮到其準確性的優(yōu)勢。例如，一個12位多功能DAQ采集卡，其可選的電壓范圍從0到10V，或者－5到＋5V，它的可選增益為1，2，5，10，20，50或100。電壓的取值范圍從0到10V，增益為50，則理想的分辨電壓為：5）I/O通道數(shù)信號數(shù)據(jù)采集卡，可以采取的路數(shù)參數(shù)。數(shù)據(jù)采集卡(DAQ卡)的組成1）多路開關(guān)。反過來每一路信號放大器的輸入，可以實現(xiàn)多參數(shù)和多通道信號的分時采集。2）放大器。輸入采集卡的信號放大到所需的范圍。通常的放大器的增益都是可調(diào)的，操作員可根據(jù)不同的增益倍數(shù)來選擇不同型號采集卡。3）采樣保持器。是把信號的瞬間值，維持在A/D轉(zhuǎn)化的過程時不變。4）A/D轉(zhuǎn)換器。是將模擬輸入的信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字量再輸出，實現(xiàn)信號幅值的量化。目前，人們常將采樣保持器與A/D轉(zhuǎn)換器放在同一塊芯片上。以上四個部分就是數(shù)據(jù)采集卡的比較重要的組成部分，與其他電路例如定時/計數(shù)器、總線接口等儀器組成了DAQ卡。NIPCI-6221數(shù)據(jù)采集卡NIPCI-6221是NI公司的M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個A/D轉(zhuǎn)換器，雖然是多路采集，實際上是分時工作的，所有同時在多路工作的采樣率會成倍的降低。本章小結(jié)本章詳細介紹了整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)計。首先給出了硬件部分的總體結(jié)構(gòu)，然后對其中各個部分進行介紹，包括函數(shù)發(fā)生器，DAQ數(shù)據(jù)卡模塊和轉(zhuǎn)接板連接圖，并針對系統(tǒng)的采集給出了一些解決辦法。第4章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)LabVIEW設(shè)計系統(tǒng)的總體設(shè)計方案軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵部分。確定了硬件電路設(shè)計，虛擬系統(tǒng)，它可以是不同的軟件，不同的功能。虛擬儀器軟件系統(tǒng)設(shè)計，你需要考慮的因素很多，如硬件要求，計算機硬件，操作系統(tǒng)軟件，可以創(chuàng)建一個開放的結(jié)構(gòu)，無論是編程經(jīng)驗的需求。移植不同的計算機上使用這些軟件程序。未來的虛擬儀器的各種功能擴展。開發(fā)軟件的選擇，因此，必須結(jié)合使用的儀器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。在方案確定時，根據(jù)系統(tǒng)的自身特點，設(shè)計一個基于計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)同時采集、采集數(shù)據(jù)實時顯示、存儲于管理、報警記錄等功能。在軟件的設(shè)計中，上位機采用LabVIEW做為平臺，編寫了數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊和報警記錄模塊。上位機是虛擬實現(xiàn)的關(guān)鍵。上位機軟件的結(jié)構(gòu)框圖如下：前面板前面板數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)保存歷史數(shù)據(jù)查詢報警記錄采樣模式發(fā)生報警多通道采樣數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)保存檢索條件數(shù)據(jù)查詢檢索結(jié)果當前數(shù)值報警上限采樣率圖4-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體方案多線程技術(shù)在軟件部分的應(yīng)用為了實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集的功能，本設(shè)計的軟件部分實現(xiàn)了信號的采集、數(shù)據(jù)的分析、定時儲存以及實時顯示等功能。從用戶的角度看，這些功能是同時進行的。事實上，信號的采集、定時存儲和主控模塊是放在不同的線程中，利用Windows的操作系統(tǒng)的多線程機制，就使各個功能模塊能有序的運行。本設(shè)計是把信號的動態(tài)顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢、分析及處理放在主線程里實現(xiàn)，而把信號采的集和定時存儲放到另一個工作線程中。Windows的多線程機制Windows是一個多任務(wù)同時進行的操作系統(tǒng)，每個運行的程序都對應(yīng)一個進程，而一個進程又包括著多個線程。Windows系統(tǒng)將CPU的運行分為許多小的時間片，按照各個進程內(nèi)線程的優(yōu)先級來進行分配，從而使多個程序可以“同時”運行。在同一進程里的不同線程全都在自己的時間片里執(zhí)行，避免了在時間上可能存在的相互沖突。LabVIEW的多線程技術(shù)多線程技術(shù)的應(yīng)用使得可以同時執(zhí)行多個獨立的任務(wù)，從而大大提高了程序的運行效率。LabVIEW來管理線程，線程間的操作封裝在一起，使用戶不必學習復(fù)雜的編程，可以編寫多線程程序。在LabVIEW圖形化編程的多線程代碼的研究帶來了許多好處，因為數(shù)據(jù)的編程環(huán)境，用戶可以更容易地看到并行代碼的案件。多線程的優(yōu)點：（1）CPU利用率更高（2）系統(tǒng)可靠性更高（3）多處理器計算機上的執(zhí)行速度更快多線程技術(shù)在本設(shè)計中的應(yīng)用為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、顯示、查詢、報警和系統(tǒng)其他操作，本設(shè)計在程序內(nèi)建立了兩個工作線程：一個是采樣的工作線程，負責數(shù)據(jù)的采集和存儲；其他報警及其他功能的系統(tǒng)線程的數(shù)據(jù)。當用戶沒有啟動系統(tǒng)，這兩個工作線程將被創(chuàng)建。這項工作的不同采樣線程一直工作，直到出口封閉;數(shù)據(jù)存儲線程將被激活，例如，在某些情況下的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿或結(jié)束進程，如時，正常情況下的存儲模塊常年在暫停狀態(tài)。因為信號采集的工作和數(shù)據(jù)存儲的工作是長時間運行著的，這也是由工業(yè)生產(chǎn)的實際情況所決定的。通過應(yīng)用LabVIEW多線程技術(shù)，實現(xiàn)了對實時性要求較高的數(shù)據(jù)采集程序(在時間上的獨立，避免了它們在時間上產(chǎn)生沖突，改善了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)具體應(yīng)用程序的實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計（1）數(shù)據(jù)采集觸發(fā)電路觸發(fā)信號通常是指能夠引發(fā)一個操作的信號。用戶設(shè)置開始測量的時刻時，可以用觸發(fā)信號來設(shè)計。舉例來說，如果所做的系統(tǒng)需要測試一個模擬電路對一個模擬脈沖輸入信號響應(yīng)時，就可以用脈沖輸入信號作為觸發(fā)信號來測量設(shè)備，確定什么時候開始采集樣本；如果用戶不用觸發(fā)信號的話，那么就要在加入測試信號之前采集數(shù)據(jù)。當用戶配置一個觸發(fā)信號時，必須首先確定觸發(fā)一個什么操作，以及如何得到觸發(fā)信號。本設(shè)計的電路就是通過索引數(shù)組進行溫度間隔、壓力間隔和者流量間隔的選擇控制來產(chǎn)生一個觸發(fā)信號進行觸發(fā)所選擇的采集通道。首先將三個信號間隔通過索引數(shù)組連到十進制for循環(huán)中，作為觸發(fā)信號。再把信號與另一個十進制數(shù)進行捆綁，經(jīng)過布爾數(shù)組轉(zhuǎn)換至函數(shù)。圖4-2數(shù)據(jù)采集觸發(fā)電路（2）多通道數(shù)據(jù)采集程序為了解決同步采樣可能出現(xiàn)的問題，本設(shè)計采用了間隔掃描的方式。使用這種方法，從另一個通道時鐘的時間間隔采樣頻率（掃描速度）指定的掃描時鐘控制開關(guān)通道的控制。通常是通道的時鐘速度比掃描時鐘。在這種情況下，在每個掃描通道的時鐘速度更快，規(guī)模較小的相鄰?fù)ǖ篱g采樣間隔。渠道之間的間隔采集卡微秒的最大采樣率決定的，甚至是納米，是不是一個緩慢變化的信號（如溫度和壓力等），可以忽略不計。在這一點上，采樣間隔的效果是類似的同步掃描。本設(shè)計利用for循環(huán)和對采樣間隔的控制，實現(xiàn)了三通道同時采樣。首先給出正弦波、三角波和Chirp波形信號，經(jīng)條件結(jié)構(gòu)函數(shù)進行選擇，再由溫度計顯示當前溫度。同時記錄時間。圖4-3多通道數(shù)據(jù)采集程序圖（3）數(shù)據(jù)記錄文件保存程序使用數(shù)據(jù)記錄文件可以在LabVIEW中快速和方便地訪問和操作數(shù)據(jù)文件，并且可以方便地組織具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄文件存儲數(shù)據(jù)的方法與數(shù)據(jù)庫文件相似，是把數(shù)據(jù)作為由相同結(jié)構(gòu)的記錄組成的一個序列來保存。每一行是一個record（記錄），每一個記錄都必須含有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。LabVIEW把每一個記錄作為一個簇寫入文件，記錄的每一個組成元素可以是任何類型的數(shù)據(jù)。使用數(shù)據(jù)記錄文件只需要極少量的操作，這使讀取和寫入速度非常快。它還簡化了數(shù)據(jù)獲取的方式，因為可以根據(jù)recordnumber來訪問所需的任何一個記錄，這就使隨機訪問既快又簡便。圖4-4數(shù)據(jù)記錄文件保存程序圖（4）波形文件保存程序使用波形文件輸入輸出函數(shù)，可以把Waveform存儲為波形文件。從本質(zhì)上來說，波形文件是一種特殊的數(shù)據(jù)記錄文件，其包含的數(shù)據(jù)有波形的起始時間t0、間隔時間dt和所采集的數(shù)據(jù)Y。本設(shè)計先將兩維矩陣轉(zhuǎn)換為一維向量，再將一維向量寫入電子表格文件中，實現(xiàn)波形文件的保存。該設(shè)計中還能自動搜索具體日期時的波形文件，為下面的查詢報警功能做好了鋪墊。圖4-5波形文件程序保存圖歷史數(shù)據(jù)查詢程序設(shè)計已收集的歷史數(shù)據(jù)查詢存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，所以只是從數(shù)據(jù)庫檢索指定的條款。因此有關(guān)的檢索條件，形成了主要的程序保存數(shù)據(jù)的設(shè)置，以節(jié)省時間，每個數(shù)據(jù)僅是時間欄上。檢索條件設(shè)定的時間來保存數(shù)據(jù)。具體程序見圖4-6。該部分設(shè)計就是利用波形產(chǎn)生時記錄的時間，通過讀取電子表格程序查找出了波形。在數(shù)值文本文件中從指定字符偏移量開始讀取指定數(shù)量的行或列，并使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為雙精度的二維數(shù)組，這樣就可以查詢表格里的文件了。圖4-6歷史數(shù)據(jù)查詢程序報警記錄程序設(shè)計這部分程序是利用用戶事件來編寫的，每當采樣值大于設(shè)定的值時，則會觸發(fā)用戶事件，從而使接下來循環(huán)里的事件發(fā)生，然后進行記錄數(shù)據(jù)，這部分的數(shù)據(jù)記錄是實時記錄的，并進行保存，每次重啟動系統(tǒng)時，會清空所保存的記錄。該報警記錄的時間間隔為秒。具體程序見圖4-7。圖4-7報警記錄部分程序本章小結(jié)本章詳細介紹了整個采集系統(tǒng)的后面板程序圖。首先介紹了本設(shè)計的整體思路及框圖，對接下來的工作給出明確的目標；接下來介紹了多線程技術(shù)在本設(shè)計中的應(yīng)用；最后詳細說明了本設(shè)計各個模塊的功能及后面板程序圖，體現(xiàn)出了多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)勢。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的界面設(shè)計及調(diào)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的界面設(shè)計本設(shè)計的前面板由通道配置、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警記錄、4個頁面組成。完整的體現(xiàn)了一個數(shù)據(jù)采集的功能和實際應(yīng)用。下面分別介紹各個部分。通道參數(shù)配置通道參數(shù)配置界面是提供了采集卡的參數(shù)配置，主要包括通道的選擇，數(shù)據(jù)保存的時間間隔，數(shù)據(jù)保存開關(guān)，采集通道報警值的設(shè)定，采樣最大值和最小值設(shè)定，采集卡輸入方式的設(shè)置，采樣頻率值設(shè)置以及采集啟動與停止開關(guān)。見圖5-1通道配置界面。圖5-1通道參數(shù)配置界面實時數(shù)據(jù)顯示LabVIEW提供了非常豐富的界面來設(shè)計前面板，波形圖表能清晰的顯示到采集波形。在該界面中實現(xiàn)了多個通道采集的波形實時顯示，該面板靈活運用了屬性節(jié)點來實現(xiàn)編程。非常清楚的顯示了采集波形的動態(tài)曲線，而且可以對應(yīng)儀表顯示。又加入一個顯示時間的模塊，可以讓用戶清晰知道記錄的時間。見圖5-2實時數(shù)據(jù)顯示界面。圖5-2實時數(shù)據(jù)顯示界面歷史數(shù)據(jù)查詢對采集數(shù)據(jù)的保存是本設(shè)計的一個突出特點，數(shù)據(jù)保存有著實際的意義，這樣便于以后訪問歷史數(shù)據(jù)，還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程訪問。查詢的條件是輸入要查詢的時間段，然后選擇要查詢的參數(shù)類型，點擊執(zhí)行檢索即可，具體的操作見系統(tǒng)說明。這種設(shè)計提供了兩種不同的形式和波形顯示歷史數(shù)據(jù)，該表顯示了簡單的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。圖5-3為歷史數(shù)據(jù)查詢顯示界面，圖5-4為歷史數(shù)據(jù)波形圖顯示界面。圖5-3歷史數(shù)據(jù)查詢顯示界面圖5-4歷史數(shù)據(jù)波形圖顯示界面報警記錄報警是實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一個必須的功能，報警有實時指示，如聲音或光報警。該系統(tǒng)使用了光報警，并實時記錄報警時刻和報警值，記錄的時間間隔為1秒。具體界面見圖5-5報警記錄界面。圖5-5報警記錄界面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的調(diào)試首先將三個通道全部開啟，溫度下限設(shè)為0，溫度上限設(shè)為80；壓力下限設(shè)為0，壓力上限設(shè)為80；流量下限設(shè)為0，流量上限設(shè)為80。如圖5-6通道參數(shù)配置1。波形如圖5-7采集波形1。圖5-6通道參數(shù)配置1圖5-7采集波形1我們可以看到在12:50分左右采集到的數(shù)據(jù)中溫度在0至80之外的數(shù)據(jù)就顯示在報警記錄里。如圖5-8查詢界面1。壓力及流量等數(shù)據(jù)同理可以報警。圖5-8查詢界面1然后將第二個通道關(guān)閉，其余通道開啟，溫度下限設(shè)為-20，溫度上限設(shè)為60；流量下限設(shè)為-20，流量上限設(shè)為60。如圖5-9通道參數(shù)配置2。波形如圖5-10采集波形2。圖5-9通道參數(shù)配置2圖5-10采集波形2我們可以看到這次采集到的數(shù)據(jù)中溫度在-20至60之外的數(shù)據(jù)則顯示在報警記錄里。如圖5-11查詢界面2。圖5-11查詢界面2本章小結(jié)本設(shè)計詳細介紹了前面板的組成（由通道配置、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報