在LabwindowsCVI环境下开发基于虚拟仪器技术的引控数据采集系统-四川大学硕士学位论文.pdf

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1、学位论文在Labwindows/CVI环境下开发基于虚拟仪器技术的引控数据采集系统 file:/H|/temp/在LabwindowsCVI环境下开发基于虚拟仪器技术的引控数据采集系统/ml.htm2011-3-4 9:02:13 馆藏号：Y486782 论 文 题 目：在Labwindows/CVI环境下开发基于虚拟仪器技术的引控数据采集系统 学位授予单位：四川大学 作 者：程刚 申请学位级别：硕士 学 科 名 称：测试计量技术及仪器 指 导 教 师：谢驰 出 版 时 间：2003.5 摘 要： 论文针对引控数据采集系统的多路信号采集与监控进行了研究,提出了在Labwindows/CVI环境

2、下 开发基于虚拟仪器技术的引控数据采集系统.该系统主要包括三个部分:第一部分是外部总线以及对 高频信号的采集与处理,它主要解决了系统与外部测试仪器的通讯,借助示波器实现了高频信号的采 集;第二部分是PC-DAQ数据采集设计,这部分完成对九路低频信号的采集.它主要解决了连续数据采 集,数据流存盘与多任务处理等问题;第三部分是实时监测十二个继电器的工作状态,该部分实现了系 统工作过程中加电时序的监测,对系统联试过程中出现异常状况提醒操作人员即时断电起重要作用. 分 类 号：TP274.2 关 键 词：引控系统;虚拟仪器;GPIB总线;数据采集 PDF正文 四川大 学硕士学位论文戈g 8 7 g a

3、 在L a b w i n d o w s / C V I 环境下开发基于虚拟仪器技术 的引控数据采集系统 测试计量技术及仪器 专业 研究生 程 刚指导教师 谢 驰 论文针对引控数据采集系统的多路信号采集与监控进行了研究，提出了在 L a b w i n d o w s / C V I 环境下开发基于虚拟仪器技术的引控数据采集系统。 该系统主 要包括三个部分:第一部分是外部总线以及对高频信号的采集与处理，它主要 解决了系统与外部测试仪器的通讯，借助示波器实现了高频信号的采集;第二 部分是P C - D A Q数据采集设计， 这部分完成对九路低频信号的 采集。 它主要解 决了连续数据采集，数据流

4、存盘与多任务处理等问题;第三部分是实时监测十 二个继电器的工作状态，该部分实现了系统工作过程中加电时序的监测，对系 统联试过程中出现异常状况提醒操作人员即时断电起重要作用。 厂 弓 控 数 据 采 集 系 统 设 计 采 用 硬 件 功 能 化 、 模 块 化 、 插 卡 化 以 减 少 装 置 和 设 备数量。 硬件尽量选择了 标准设备，以易维修性、生产性。 软件按层次化、 模 块化设计，层次化设计的主要目的是隔离硬件和应用程序，以支持未来不可避 免的硬件升级。同时采取多线程编程技术，实现多任务同时执行，使系统构成 灵活，故障定位准确、便于维修。论文前两章简述了系统的开发背景和虚拟仪 器技术

5、。第三章对如何在 L a b w i n d o w s / C V I 环境下开发基于虚拟仪器技术的引 控数据采集系统的设计思想、系统原理、系统结构以及系统组成作了详细的阐 述，并对系统的不确定度进行了分析。第四章阐述了 G P I B总线接口的数据采 集设计。在本系统中它完成对高频信号的数据采集。一个完整的基于 G P I B总 线接口系统主要由带G P I B接口的测试设备、G P I B卡以及电缆和计算机组成。 在本章中 介绍了 基于G P I B接口总线的特点， 着重说明了G P I B总线接口 系统的 原理和方法并给出了源代码。 第五章对P C - D A Q的数据采集设计作了详细

6、的阐 述。在信号处理、信号接地与测量、数据采集原则、防止伪信息以及多通道数 据采集等方面进行了理论分析; 解决了连续的数据采集、数据流存盘、用多线 程方法同时执行多任务、数字滤波、历史数据的查询和波形显示等技术难题。 同时给出了 较详尽的设计过程。 本章还对用P C L - 7 3 0 数字1 / O卡监测十二个继 电器的原理方法进行了研究，并给出了自 检程序界面。第六章详细说明了引控 数据采集系统软件的设计过程，给出了各个程序模块设计界面，对数据采集的 相关问题作了较为详细的说明。 第七章介绍了测试系统受到交直流噪声干扰后 常见的故障，并给出了抑制噪声的措施。最后两章介绍了系统试验结果，并对

7、 测试系统的未来发展作了展望。 基于虚拟仪器技术的引控数据采集系统已投入使用，经过环境试验、运输 试验、系统联试试验，证明该系统测试准确、稳定可靠、抗干扰能力较强。该 测试系统所需设备少，自 动化程度高，它改变了原来测试系统中各台仪器独立 使用、 手动操作、 人工记录数据、自 动化程度较低的 状态。 引控数据采集系统 的 开 发 成 功 为 今 后 测 试 系 统 的 发 展 打 下 了 坚 实 的 基 础 。 ) / 关键词: 引控系统 虚拟仪器 G P I B 总线 数据采集 四川大学硕士学位论文 Ab s t r a c t T h e t h e s i s s t u d ie s

8、a m u l t i - s i g n a l s d a t a a c q u i s i t i o n , s u p e r v i s o r y a n d c o n t r o l s y s t e m . I n L a b w i n d o w s / C V I , A a p p r o a c h c o n t r o l d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m b a s e d o n v i r t u a l in s t r u m e n t i s d e v e l o p e d . T h e

9、 s y s t e m i n c l u d e s t h r e e p a rt s : ( 1 ) , e x t e r i o r b u s a n d h i g h f r e q u e n c y s i g n a l d a t a a c q u i s i t i o n a n d s i g n a l p r o c e s s i n g ; ( 2 ) , P C - D A Q d a t a a c q u i s i t i o n . I t s o l v e s s o m e p r o b l e ms a b o u t c o n

10、 t i n u i n g d a t a a c q u i s i t i o n , d a t a s t re a m s t o r a g e a n d m u l t i - t a s k s d i s p o s a l ; ( 3 ) , R e a l - t i m e m o n i t o r w o r k - s t a t e o f t w e l v e r e l a y s . T h i s t h e s i s e x p o u n d s t h e s y s t e m p r i n c i p l e , s t r u c

11、t u r e a n d f o r m . I t i n t r o d u c e s t h a t h i g h - f r e q u e n c y d a t a a c q u i s i t i o n m e t h o d b a s e s o n t h e c o m m o n G P I B b u s .T o d a t a a c q u i s i t io n b a s e d o n P C - D A Q , i t m a k e s t h e o r e t i c a l a n a l y s i s i n s i g n a

12、l - p r o c e s s i n g , g r o u n d e d s i g n a l s o u r c e a n d m e a s u r e m e n t , d a t a a c q u i s i t i o n p r i n c i p l e , a v o i d i n g p s e u d o - s i g n a l a n d m u l t i d a t a a c q u i s i t i o n e t c . . . . I t a l s o s o l v e s t e c h n i c a l d i ff i c

13、 u l t p r o b l e m s a b o u t c o n t i n u i n g d a t a a c q u i s i t i o n , d a t a s t r e a m s t o r a g e , m u l t i - t h r e a d , d i g i t a l f i l t e r ,q u e ry d a t a a n d w a v e f o r m d i s p l a y e t c . . . I n a d d i t i o n , i t s t u d i e s a s u p e r v i s o r

14、y m e t h o d o n m o n i t o r i n g w o r k - s t a t e o f t w e l v e r e l a y s . A p p r o a c h c o n t r o l d a t a a c q u i s i t i o n a n d m o n i t o r i n g s y s t e m w h i c h i s p r o v e d b y e n v i r o n m e n t a l e x p e r i m e n t , t r a n s p o rt a t i o n e x p e r

15、 i m e n t , s y s t e m t e s t , I t i s t e s t n i c e t y， s t e a d y r e l i a b i l i t y ,a n t i j a m m t n g. I t c h a n g e s t h e p a s t m e a s u re m e n t s y s t e m w i t h i n s t r u m e n t i n d e p e n d e n t , h a n d - o p e r a t i o n , h a n d r e c o r d d a t a , l

16、 o w a u t o m a t i z a t i o n o p e r a t i o n i n t o m e a s u r e m e n t s y s t e m w i t h f e w i n s t r u m e n t , h i g h a u t o m a t i z a t i o n. K e y w o r d s : a p p r o a c h c o n t r o l s y s t e m v i r t u a l i n s t rum e n t G P I B b u s d a t a a c q u i s i t i o

17、n 在L a b w i n d o w s / C V I 环垅下开发蓦于虚拟仪器技术的引 控数据采集系统 1绪论 1 . 1引言 随着微电子技术、 计算机技术和网络技术的迅速发展及其在电工电子测量 技术方面的应用，测量仪器不断发展，依次出现了数字化仪器、智能仪器和虚 拟仪器，同时也由单台仪器逐步发展到叠加式仪器系统、虚拟仪器系统等。 由于传统仪器的三大功能块，即数据的采集与控制、数据的分析与处理、 和结果的输出与显示，均以硬件形式存在，开发、维护的费用高，技术更新周 期长。即便是现在出 现的数字化仪器、智能仪器，使传统仪器的准确度提高、 功能增强，仍未改变传统仪器那种独立使用、手动操作、任

18、务单一的模式。为 此， 人们研制出多种通信接口， 用于将多台智能仪器连在一起， 构成功能更强、 适应面更广的测试系统，但是这种总线式仪器中仍有许多重复的部件或功能单 元。 随着计算机技术的飞速发展，将仪器所需的键盘、 C R T和存储器等借助于 P C资源，构成微机化仪器 ( 简称P C仪器) ，与总线式仪器系统相比，P C仪器 的硬件大为减少11 闭 。 P C仪器是一种典型的虚拟仪器，是基于计算机进行数字化动静态分析的: 它是用计算机的C R T模拟各种仪器的控制面板，以多种形式表达输出结果;以 计算机软件实现各种各样的数据分析处理，完成各种测试。由 于虚拟仪器的几 项关键技术如: 微机的

19、精度、速度、A / D转换的精度、速度、内 存、硬盘的存 储量和速度、P C与 A / D的价格问题等都己解决，加上各种功能的专用软件迅 速发展，国内 外迅速地掀起了 虚拟仪器热3 4 6 7 虚拟仪器技术的出现为开发引爆控制 ( 引控) 数据采集系统提供了基础和 条件。 在产品系统联试试验中，引控数据采集系统起着获取测试数据，监视产 品系统联试工作状态是否正常的作用。目 前测试系统是以示波器为主的单台仪 器组成的测试系统，各台仪器独立使用、手动操作，人工记录测试数据，测试 系统操作较复杂，自 动化程度较低。随着大型试验的复杂化，对一个试验测试 与控制的参数增多，测试数据处理量增大，测试精度要

20、求高，同时，由于场地 有限， 测试工作单位多，要求测试设备尽可能的少。目 前以传统测量仪器组成 的测试系统已难以满足试验要求，虚拟仪器技术的出现，为开发满足大型试验 任务的数据采集系统提供了技术条件。引 控数据采集系统是基于虚拟仪器技术 开发的系统，该系统由数据采集卡和软件组成，它代替由示波器组成的测试系 在L a b w i n d o w s / C V I 环垅下开发蓦于虚拟仪器技术的引 控数据采集系统 1绪论 1 . 1引言 随着微电子技术、 计算机技术和网络技术的迅速发展及其在电工电子测量 技术方面的应用，测量仪器不断发展，依次出现了数字化仪器、智能仪器和虚 拟仪器，同时也由单台仪器

21、逐步发展到叠加式仪器系统、虚拟仪器系统等。 由于传统仪器的三大功能块，即数据的采集与控制、数据的分析与处理、 和结果的输出与显示，均以硬件形式存在，开发、维护的费用高，技术更新周 期长。即便是现在出 现的数字化仪器、智能仪器，使传统仪器的准确度提高、 功能增强，仍未改变传统仪器那种独立使用、手动操作、任务单一的模式。为 此， 人们研制出多种通信接口， 用于将多台智能仪器连在一起， 构成功能更强、 适应面更广的测试系统，但是这种总线式仪器中仍有许多重复的部件或功能单 元。 随着计算机技术的飞速发展，将仪器所需的键盘、 C R T和存储器等借助于 P C资源，构成微机化仪器 ( 简称P C仪器)

22、，与总线式仪器系统相比，P C仪器 的硬件大为减少11 闭 。 P C仪器是一种典型的虚拟仪器，是基于计算机进行数字化动静态分析的: 它是用计算机的C R T模拟各种仪器的控制面板，以多种形式表达输出结果;以 计算机软件实现各种各样的数据分析处理，完成各种测试。由 于虚拟仪器的几 项关键技术如: 微机的精度、速度、A / D转换的精度、速度、内 存、硬盘的存 储量和速度、P C与 A / D的价格问题等都己解决，加上各种功能的专用软件迅 速发展，国内 外迅速地掀起了 虚拟仪器热3 4 6 7 虚拟仪器技术的出现为开发引爆控制 ( 引控) 数据采集系统提供了基础和 条件。 在产品系统联试试验中，

23、引控数据采集系统起着获取测试数据，监视产 品系统联试工作状态是否正常的作用。目 前测试系统是以示波器为主的单台仪 器组成的测试系统，各台仪器独立使用、手动操作，人工记录测试数据，测试 系统操作较复杂，自 动化程度较低。随着大型试验的复杂化，对一个试验测试 与控制的参数增多，测试数据处理量增大，测试精度要求高，同时，由于场地 有限， 测试工作单位多，要求测试设备尽可能的少。目 前以传统测量仪器组成 的测试系统已难以满足试验要求，虚拟仪器技术的出现，为开发满足大型试验 任务的数据采集系统提供了技术条件。引 控数据采集系统是基于虚拟仪器技术 开发的系统，该系统由数据采集卡和软件组成，它代替由示波器组

24、成的测试系 四川大学硕士论文 统。引控数据采集系统体积小、测试精度高，所需测试设备较少，系统开放、 灵活、自 动化程度高，人机界面友好，能跟随计算机技术的发展而发展。 1 . 2国内外现状 虚拟仪器技术是9 0 年代发展起来的一项新技术，主要应用于自 动测试、过 程控制、仪器设计和数据分析等领域，其基本思想是在测试系统或仪器设计中 尽可能地用软件代替硬件， 即“ 软件就是仪器” 。自1 9 8 6 年N I 公司提出虚拟仪 器的概念以来，虚拟仪器这种计算机操纵的模块化仪器系统在世界范围内得到 了 广 泛 的 认 同 和 应 用 s1 u al 。 虚拟仪器作为新兴的仪器仪表，用户可以定义其结构

25、和功能，构建灵活， 转变容易，因此它在各个领域都得到了 广泛的应用。国内 单位和院校正加紧步 伐研究和开发自己的虚拟仪器系统，中国国防科技大学进行了 虚拟数字示波器 的设计研究， 其结果与B P公司的双通道台 式数字储存示波器B P 5 4 6 0 3 B相比， 增加了以 下功能: 频域分析功能， 充分利用了计算机的存储与外设连接的能力， 测量结果和波形直接打印输出; 提供了网络接口， 允许通过T C P / I P 协议进行远 程控制和数据共享;软件模块可修改或增加形成新的功能;硬件具有开放性， 可升级硬件以提高其性能。 东方振动和噪声技术研究所研制了INV 3 0 3 / 3 0 6 智能

26、 信号自 动采集处理分析仪系统，并推出了D A S P软件;重庆大学开发了虚拟实 时噪声倍频程分析仪，实现了对噪声总声压级、各种计权声压级及相应倍频程 的实时测量和分析;清华大学利用虚拟仪器技术构建汽车发动机检测系统， 用 于汽车发动机出厂前的自 动检测。 美国的G e o m a t i c s 公司和G o l d s m i t h 公司等利 用虚拟仪器开发工具，研制开发了农业自 动化灌溉系统和秧苗分析系统。虚拟 仪器已在超大规模集成电路测试，现代家用电器测试以及军事、航天、工厂测 试 等 领 域 得 到 应 用 111314 l516 1 目 前，国内外有关基于虚拟仪器技术的数据采集系

27、统资料较多，如上述的 例子。由于行业的特殊性，开发基于虚拟仪器技术的引控数据采集系统方面的 资料很少。过去的引控数据采集系统主要由示波器组成，对系统联试试验的工 作过程监视不直观，出现了意外情况不能自动断电。示波器的功能不能根据需 要随时更改，历史数据不能自 动保存，测试设备多。因此， 研究基于虚拟仪器 技术的引控数据采集系统以解决目 前的测试问题。研究从以下几方面着手: 四川大学硕士论文 统。引控数据采集系统体积小、测试精度高，所需测试设备较少，系统开放、 灵活、自 动化程度高，人机界面友好，能跟随计算机技术的发展而发展。 1 . 2国内外现状 虚拟仪器技术是9 0 年代发展起来的一项新技术

28、，主要应用于自 动测试、过 程控制、仪器设计和数据分析等领域，其基本思想是在测试系统或仪器设计中 尽可能地用软件代替硬件， 即“ 软件就是仪器” 。自1 9 8 6 年N I 公司提出虚拟仪 器的概念以来，虚拟仪器这种计算机操纵的模块化仪器系统在世界范围内得到 了 广 泛 的 认 同 和 应 用 s1 u al 。 虚拟仪器作为新兴的仪器仪表，用户可以定义其结构和功能，构建灵活， 转变容易，因此它在各个领域都得到了 广泛的应用。国内 单位和院校正加紧步 伐研究和开发自己的虚拟仪器系统，中国国防科技大学进行了 虚拟数字示波器 的设计研究， 其结果与B P公司的双通道台 式数字储存示波器B P 5

29、 4 6 0 3 B相比， 增加了以 下功能: 频域分析功能， 充分利用了计算机的存储与外设连接的能力， 测量结果和波形直接打印输出; 提供了网络接口， 允许通过T C P / I P 协议进行远 程控制和数据共享;软件模块可修改或增加形成新的功能;硬件具有开放性， 可升级硬件以提高其性能。 东方振动和噪声技术研究所研制了INV 3 0 3 / 3 0 6 智能 信号自 动采集处理分析仪系统，并推出了D A S P软件;重庆大学开发了虚拟实 时噪声倍频程分析仪，实现了对噪声总声压级、各种计权声压级及相应倍频程 的实时测量和分析;清华大学利用虚拟仪器技术构建汽车发动机检测系统， 用 于汽车发动机

30、出厂前的自 动检测。 美国的G e o m a t i c s 公司和G o l d s m i t h 公司等利 用虚拟仪器开发工具，研制开发了农业自 动化灌溉系统和秧苗分析系统。虚拟 仪器已在超大规模集成电路测试，现代家用电器测试以及军事、航天、工厂测 试 等 领 域 得 到 应 用 111314 l516 1 目 前，国内外有关基于虚拟仪器技术的数据采集系统资料较多，如上述的 例子。由于行业的特殊性，开发基于虚拟仪器技术的引控数据采集系统方面的 资料很少。过去的引控数据采集系统主要由示波器组成，对系统联试试验的工 作过程监视不直观，出现了意外情况不能自动断电。示波器的功能不能根据需 要随

31、时更改，历史数据不能自 动保存，测试设备多。因此， 研究基于虚拟仪器 技术的引控数据采集系统以解决目 前的测试问题。研究从以下几方面着手: 在 L a b w in d o w s /C V I 环 境 下 开 发 基 于 虚 拟 仪 器 叁 主 卫 鱼 呈 丝 丝 竺 丑 壑巡一 一 - 一 1 . 分析待测的信号:待测信号分为两种信号，一种是低频信号，利用 P C - D A Q采集卡代替示波器采集低频信号， 这样可以 减少测试设备的 数量同时 提高测试精度: 另一种是高频信号， 必须使用示波器采集高频信号。 利用G P I B 卡实现计算机和示波器通讯，从而将获取高频信号的数据送入计算机

32、处理。 2 . 监测系统联试试验时的工作状态:利用数字 U O卡实时监测继电器的工 作状态是否正常，根据系统联试试验的工作状况对继电器进行控制，出现意外 J清况能及时断电保护。 3 . 自 动保存系统联试试验的试验数据:实现自 动保存试验数据，需要时对 历史数据进行波形回显。这一功能对产品延续研制、开发、产品性能的对比具 有重要作用。 基于虚拟仪器的引控数据采集系统的最大特色是利用软件来实现过去用仪 器来实现的功能，系统功能扩展性好，大大的减少了测试设备，系统联试试验 工作过程可以实时监测，程序界面可实时显示待测的信号波形。为今后发展的 网络测试做准备工作。 1 . 3研究内容与工作 1 .

33、3 . 1主要技术指标 a . 实时采集，滚屏显示低频九路信号波形和测试数据; b . 实时监测十二个继电器的工作状态，并通过虚拟面板上 L E D的显示来 判定继电器的工作状态是否正常; c . 多通道测试数据的实时存盘和历史数据的读取以及波形的回现; d . 通过G P I B 卡控制示波器，并实现高频信号的自 动测量; e . 测试数据，波形的显示存挡、查询提供友好的人机界面; f .数据采集卡提供单端 1 6 路模拟输入， 分辨力为1 2 位， 单通道最高采样 率为2 0 0 k S / s ; S . 系统能提供1 6 路模拟信号输入通道; h . 系统可以提供1 2 路数字信号输入

34、通道。 1 . 3 . 2主要工作内容 根据上述技术指标， 在L a b w i n d o w s / C V I 环境下开发基于虚拟仪器技术的引 在 L a b w in d o w s /C V I 环 境 下 开 发 基 于 虚 拟 仪 器 叁 主 卫 鱼 呈 丝 丝 竺 丑 壑巡一 一 - 一 1 . 分析待测的信号:待测信号分为两种信号，一种是低频信号，利用 P C - D A Q采集卡代替示波器采集低频信号， 这样可以 减少测试设备的 数量同时 提高测试精度: 另一种是高频信号， 必须使用示波器采集高频信号。 利用G P I B 卡实现计算机和示波器通讯，从而将获取高频信号的数据

35、送入计算机处理。 2 . 监测系统联试试验时的工作状态:利用数字 U O卡实时监测继电器的工 作状态是否正常，根据系统联试试验的工作状况对继电器进行控制，出现意外 J清况能及时断电保护。 3 . 自 动保存系统联试试验的试验数据:实现自 动保存试验数据，需要时对 历史数据进行波形回显。这一功能对产品延续研制、开发、产品性能的对比具 有重要作用。 基于虚拟仪器的引控数据采集系统的最大特色是利用软件来实现过去用仪 器来实现的功能，系统功能扩展性好，大大的减少了测试设备，系统联试试验 工作过程可以实时监测，程序界面可实时显示待测的信号波形。为今后发展的 网络测试做准备工作。 1 . 3研究内容与工作

36、 1 . 3 . 1主要技术指标 a . 实时采集，滚屏显示低频九路信号波形和测试数据; b . 实时监测十二个继电器的工作状态，并通过虚拟面板上 L E D的显示来 判定继电器的工作状态是否正常; c . 多通道测试数据的实时存盘和历史数据的读取以及波形的回现; d . 通过G P I B 卡控制示波器，并实现高频信号的自 动测量; e . 测试数据，波形的显示存挡、查询提供友好的人机界面; f .数据采集卡提供单端 1 6 路模拟输入， 分辨力为1 2 位， 单通道最高采样 率为2 0 0 k S / s ; S . 系统能提供1 6 路模拟信号输入通道; h . 系统可以提供1 2 路数

37、字信号输入通道。 1 . 3 . 2主要工作内容 根据上述技术指标， 在L a b w i n d o w s / C V I 环境下开发基于虚拟仪器技术的引 在 L a b w in d o w s /C V I 环 境 下 开 发 基 于 虚 拟 仪 器 叁 主 卫 鱼 呈 丝 丝 竺 丑 壑巡一 一 - 一 1 . 分析待测的信号:待测信号分为两种信号，一种是低频信号，利用 P C - D A Q采集卡代替示波器采集低频信号， 这样可以 减少测试设备的 数量同时 提高测试精度: 另一种是高频信号， 必须使用示波器采集高频信号。 利用G P I B 卡实现计算机和示波器通讯，从而将获取高频

38、信号的数据送入计算机处理。 2 . 监测系统联试试验时的工作状态:利用数字 U O卡实时监测继电器的工 作状态是否正常，根据系统联试试验的工作状况对继电器进行控制，出现意外 J清况能及时断电保护。 3 . 自 动保存系统联试试验的试验数据:实现自 动保存试验数据，需要时对 历史数据进行波形回显。这一功能对产品延续研制、开发、产品性能的对比具 有重要作用。 基于虚拟仪器的引控数据采集系统的最大特色是利用软件来实现过去用仪 器来实现的功能，系统功能扩展性好，大大的减少了测试设备，系统联试试验 工作过程可以实时监测，程序界面可实时显示待测的信号波形。为今后发展的 网络测试做准备工作。 1 . 3研究

39、内容与工作 1 . 3 . 1主要技术指标 a . 实时采集，滚屏显示低频九路信号波形和测试数据; b . 实时监测十二个继电器的工作状态，并通过虚拟面板上 L E D的显示来 判定继电器的工作状态是否正常; c . 多通道测试数据的实时存盘和历史数据的读取以及波形的回现; d . 通过G P I B 卡控制示波器，并实现高频信号的自 动测量; e . 测试数据，波形的显示存挡、查询提供友好的人机界面; f .数据采集卡提供单端 1 6 路模拟输入， 分辨力为1 2 位， 单通道最高采样 率为2 0 0 k S / s ; S . 系统能提供1 6 路模拟信号输入通道; h . 系统可以提供1

40、 2 路数字信号输入通道。 1 . 3 . 2主要工作内容 根据上述技术指标， 在L a b w i n d o w s / C V I 环境下开发基于虚拟仪器技术的引 四川大学硕士论文 控数据采集系统，主要工作包括: 1 )系统设计: 根据课题要求设计出 满足系统技术指标的数据采集系统。它 包括系统的组成，原理以及方框图。 2 )系统硬件设计:根据课题要求设计系统硬件结构、原理，它包括采集九 路信号的硬件设计， 监测十二个继电器工作状态的硬件设计以及和示波器通讯 的硬件设计等。 3 )系统软件设计:系统软件设计是系统的重点， 它包括: 数据采集软件设 计模块， 监测十二个继电器工作状态的软件

41、设计模块以及和示波器通讯的软件 设计模块。 4 )低频小电压多路信号的实时采集。 5 )系统抗干扰设计: 通过抗干扰设计， 提高系统工作的可靠性。 系统抗干 扰设计主要用来抑制直流噪声和交流噪声。 在L a b w i n d o w s / C V I 环埂下开发荃于虚拟仪器技术的引 控数据采集系统 2虚拟仪器简介 2 . 1 虚拟仪器发展背景 2 0 世纪8 0 年代中期， 传统模拟式仪器、 测控系统的设计遇到了计算机技术 强有力的冲击， 模拟式系统逐步被计算机数字系统所取代。 进入9 0 年代， 随着 软件技术的迅速发展，智能仪器、虚拟仪表、和数字化测控系统形成蓬勃发展 之势。为了缩短开

42、发周期，统一设计标准，降低开发费用，各种面向仪器与测 控系统的计算机软件应用平台应运而生，L a b V I E W, L a b w i n d o w s / C V I、B P V E E , I n t e c h等是其中应用较为广泛和具有典型特征的应用开发平台。它们的 出 现为智能仪器、 虚拟仪表、和数字化测控系统的迅速发展提供了有利条件。 本课题就是基于虚拟仪器技术以 L a b w i n d o w s / C V I 为平台开发的引控数据采集 系统。 虚拟仪器技术即V I ( V i rt u a l I n s t r u m e n t s ) 技术是美国N I 公司 在

43、八十年代率先 提出的。它是结合计算机技术和传统的仪器技术，加上少量的硬件和软件，应 用图形软件的功能以及由计算机来处理和显示测量结果的测试技术，形成计算 机控制、用户定义的新型仪器。 与传统仪器相比，虚拟仪器有许多优点。虚拟仪器是一个开放的系统，能 方便地和其它仪器联接， 交互信息， 网络共享。 虚拟仪器是一个模块化的系统， 总线结构、 硬件接口和底层驱动程序都可标准化， 各个公司的产品可互相代替， 混合使用。虚拟仪器开发过程和技术更新快，可重复使用和移植，成本低易扩 展，人机交互性好。虚拟仪器的特点可归纳为: a .在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器功 能; b .仪

44、器的功能是用户根据需要由软件来定义，而不是事先由厂家定义好 的; c .仪器性能的改进和功能扩展只需进行相关软件的设计更新，而不需购 买新的仪器; d .研制周期较传统仪器大为缩短; e .虚拟仪器开发灵活，可与计算机同步发展，可与网络及其它周边设备 互联。 虚拟仪器在工程应用和社会经济效益方面具有突出 优势。目 前，我国高 档 在L a b w i n d o w s / C V I 环埂下开发荃于虚拟仪器技术的引 控数据采集系统 2虚拟仪器简介 2 . 1 虚拟仪器发展背景 2 0 世纪8 0 年代中期， 传统模拟式仪器、 测控系统的设计遇到了计算机技术 强有力的冲击， 模拟式系统逐步被计

45、算机数字系统所取代。 进入9 0 年代， 随着 软件技术的迅速发展，智能仪器、虚拟仪表、和数字化测控系统形成蓬勃发展 之势。为了缩短开发周期，统一设计标准，降低开发费用，各种面向仪器与测 控系统的计算机软件应用平台应运而生，L a b V I E W, L a b w i n d o w s / C V I、B P V E E , I n t e c h等是其中应用较为广泛和具有典型特征的应用开发平台。它们的 出 现为智能仪器、 虚拟仪表、和数字化测控系统的迅速发展提供了有利条件。 本课题就是基于虚拟仪器技术以 L a b w i n d o w s / C V I 为平台开发的引控数据采集

46、系统。 虚拟仪器技术即V I ( V i rt u a l I n s t r u m e n t s ) 技术是美国N I 公司 在八十年代率先 提出的。它是结合计算机技术和传统的仪器技术，加上少量的硬件和软件，应 用图形软件的功能以及由计算机来处理和显示测量结果的测试技术，形成计算 机控制、用户定义的新型仪器。 与传统仪器相比，虚拟仪器有许多优点。虚拟仪器是一个开放的系统，能 方便地和其它仪器联接， 交互信息， 网络共享。 虚拟仪器是一个模块化的系统， 总线结构、 硬件接口和底层驱动程序都可标准化， 各个公司的产品可互相代替， 混合使用。虚拟仪器开发过程和技术更新快，可重复使用和移植，成本

47、低易扩 展，人机交互性好。虚拟仪器的特点可归纳为: a .在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器功 能; b .仪器的功能是用户根据需要由软件来定义，而不是事先由厂家定义好 的; c .仪器性能的改进和功能扩展只需进行相关软件的设计更新，而不需购 买新的仪器; d .研制周期较传统仪器大为缩短; e .虚拟仪器开发灵活，可与计算机同步发展，可与网络及其它周边设备 互联。 虚拟仪器在工程应用和社会经济效益方面具有突出 优势。目 前，我国高 档 四川大学硕士论文 仪器如数字示波器、频率分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加 工工艺复杂，对制造水平要求高，生产突破有困难，

48、 而采用虚拟仪器技术，就 可以 通过只采购必要的通用仪器硬件来设计自己的高性能 价格比的仪器系统。 2 . 2虚拟仪器系统的构成 虚拟仪器是利用电子计算机的硬件和软件技术代替传统的仪器技术，虚拟 仪器系统的构成可分成三个方面:第一是使用计算机的数据采集卡，完成对测 试信号的采集; 第二是使用软件编程技术对采集的数据进行处理和分析; 第三 是利用计算机输出 设备显示结果，包括用显示器动态显示波形和参数。 虚拟仪器系统的构成如图2 . 1 所示。 P C机 L a b w i n d o w s / C V I L a b V I E W等软件平台 图2 . 1 虚拟仪器系统的 构成 1 ) 虚拟

49、仪器的硬件构成 虚拟仪器硬件的任务是解决信号的输入和输出， 虚拟仪器的硬件是由 计算 机硬件和仪器硬件组成的计算机。硬件构成有以下几种方案: a . 基于通用接口G P I B接口的仪器系统: G P I B ( G E N E R A L P U R P O S E I N T E R F A C E B U S ) 即利用G P I B接口 卡将若干带有G P I B接口的硬件连接起来。 通过P C I 总线结构将台式工作站与G P I B硬件连接， 用软件驱动程序完成即 插 即用的功能; b . 基于P C - D A Q数据采集的 虚拟仪器系统:是以 数据采集板、信号调理 电 路和计算机为仪器硬件平台 组成的插卡式虚拟仪器系统。 采用P C I 或I S A计 四川大学硕士论文 仪器如数字示波器、频率分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加 工工艺复杂，对制造水平要求高，生产突破有困难， 而采用虚拟仪器技术，就 可以 通过只采购必要的通用仪器硬件来设计自己的高性能 价格比的仪器系统。 2 . 2虚拟仪器系统的构成 虚拟仪器是利用电子计算机的硬件和软件技术代替传统的仪器技术，虚拟 仪器系统的构成可分成三个方面:第一是使用计算机的数据采集卡，完成对测