[信息与通信]LABVIEW虚拟仪器设计与应用.ppt

虚拟仪器设计与应用 光电工程系 第十七讲 虚拟仪器的硬件 虚拟仪器测试系统组成 总线技术 数据采集基础 如何实现数据采集 虚拟仪器组成 虚拟仪器测试系统组成 总线技术 总线是一组信号线，是在多于2个模块（设备）间相互通信的通路。它是微处理器与外部硬件接口的核心。 LabVIEW支持的总线 PCI总线： GPIB总线 PXI总线 VXI总线 串口总线 PCI总线 利用PC(个人计算机)作为数据采集平台 基于PCI总线的虚拟仪器测试系统充分利用计算机的资源来实现数据采集及处理、故障分析诊断和过程控制等智能测控。 优点：灵活方便、扩展性强，性价比高，易实现“一机多用” 缺点：触发功能不完善，屏蔽效果不好，不能满足复杂而精密的测试任务。插槽数有限，难以容纳大量的通道。 PXI总线 PXI总线是PCI总线的扩展。 PXI总线为适合测控仪器、设备或系统的要求，增加了系统参考时钟、触发器总线、星型触发器和局部总线等内容。扩展槽的个数也增加 PXI总线产品对PCI总线的产品完全兼容，因此，基于PCI总线的虚拟仪器测试系统可以与基于PXI总线的虚拟仪器测试系统互相代替。 GPIB总线 GPIB总线（IEEE 488通用 接口总线） 它是计算机和仪器间的标准通信协议，是最早的仪器总线，目前多数仪器都配置有GPIB接口。 优点： 接口编程方便，减轻了软件设计负担，可使用高级语言编程。 便于将多台带有GPIB接口的仪器组合起来，形成较大的自动测试系统。 便于扩展传统仪器 缺点：传输速率一般低于500kb/S，不适合对系统速度要求较高的应用。 VXI总线 VXI总线是VME计算机总线在仪器领域中的扩展。VXI20，有64位的扩展能力，数据传输速率最高可达80MB/S；VXI系统可包含256个器件。 优点：支持即插即用，人机界面友好，资源利用率高，容易实现系统集成，且便于升级和扩展，比较适合于尖端的测试领域。 不足：成本相对较高，。 数据采集 数据采集基础 模拟信号 数字信号 模拟信号信号数字化 如何实现数据采集 模拟信号 在时间和大小上连续变化的信号 两个主要参数：振幅A和频率f 数字信号 用“0”和“1”这样的二进制数字表示的离散数据信号 通常是仅含高电平低电平的“方波”信号 模拟信号数字化 采样：在连续信号中每隔一定时间取一个值。 量化：把其大小取整为n位二进制数所能表示的数 例如n=4，即有2n=16个级别可用于表示一个采样，所以量化后只能以0，1，2……15这16个数之一来表示 编码：按一定的规律产生二进制位流输出信号。 模拟信号数字化 采样、量化和编码 Nyquist定理（采样定理） 采样频率要高于信号最高有效频率的两倍，信号才可能完全复原 模拟信号数字化 数字化过程中有两个主要参数，一个是采样频率，一个是量化精度。 采样频率：信号的频率越高，需要的采样频率也越高。例如，话音最高频率为4000Hz，则需每秒采样8000次；声音的最高频率为20KHz，所以在多媒体计算机中使用的多是44.1KHz的采样频率。 量化精度：取决于用于表示一个采样样本值的二进制位数，位数越多，精度也越高。例如，用16个二进制位（bit）表示声音，可将声音强度分为216 =65536级，而若用8位则仅能区分出28 =256级，二者之间量化精度差别就很大。用16位表示的声音比用8位的声音质量高得多。 数字化的过程也是离散化的过程，采样将连续的时间离散化，量化则将连续的幅度值离散化。 利用LabVIEW实现数据采集的途径 利用LabVIEW实现数据采集有多种方式，其中最简单的方式就是直接利用NI公司生产的数据采集板卡和LabVIEW中的数据采集VI实现。 专用管理软件Measurement Automation Explorer，它可以完成NI公司数据采集卡的检测、性能测试、属性配置和删除。 利用外部数据采集卡（非NI公司）来实现 需要利用LabVIEW中的动态连接库实现数据采集。它需要同时在VC软件和LabVIEW软件中编程，在两者之间建立数据联系。 这种数据采集方式的实现有一定的困难，需要经验和技巧。 硬件参数 声卡 实质上也是一种实现模/数、数/模转换的装置。 声卡的分辨率：8位和16位 8位：8位声卡把音频信号的大小（音量）分为256个等级 16位：16位声卡把音频信号的大小（音量）分为65536个等级 声卡的采样频率：8000Hz，11025Hz，22050Hz，44100Hz 采样频率不同，采到的波形质量也不同，应试具体情况选择合适的频率 硬件参数 声卡 声卡有单声道和立体声两种采样方式。 用单声道方式采样，左右声道信号相同，且每个声道信号的幅值为原信号的1/2。 用立体声方式采样