虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用ppt課件

1、虛擬儀器設(shè)計(jì)與運(yùn)用光電工程系第十七講 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)采集根底n如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集虛擬儀器組成n虛擬儀器由計(jì)算機(jī)、運(yùn)用軟件和模塊化硬件三部分組成。n運(yùn)用軟件LabVIEW和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。n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。虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)組成機(jī)箱機(jī)箱控制器控制器模塊模塊總線技術(shù)n總線是一組信號(hào)線，是在多于2個(gè)模塊設(shè)備間相互通訊的通路。它是微處置器與外部硬件接口的中心。nLabVIEW支持的總線nPCI總線：nGPIB總線nPXI總線nVXI總線n串口總線PCI總線利用PC(個(gè)人計(jì)算機(jī))作為數(shù)據(jù)采集平臺(tái)基于P

2、CI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(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及處置、缺點(diǎn)分析診斷和過(guò)程控制等智能測(cè)控。優(yōu)點(diǎn)：靈敏方便、擴(kuò)展性強(qiáng)，性價(jià)比高，易實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用缺陷：觸發(fā)功能不完善，屏蔽效果不好，不能滿足復(fù)雜而精細(xì)的測(cè)試義務(wù)。插槽數(shù)有限，難以包容大量的通道。AGPPXI總線PXI總線是PCI總線的擴(kuò)展。PXI總線為適宜測(cè)控儀器、設(shè)備或系統(tǒng)的要求，添加了系統(tǒng)參考時(shí)鐘、觸發(fā)器總線、星型觸發(fā)器和部分總線等內(nèi)容。擴(kuò)展槽的個(gè)數(shù)也添加PXI總線產(chǎn)品對(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)相互替代。GPIB總線nGPIB總線IEEE 488通用n 接

3、口總線n 它是計(jì)算機(jī)和儀器間的規(guī)范通訊協(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)，可運(yùn)用高級(jí)言語(yǔ)編程。n便于將多臺(tái)帶有GPIB接口的儀器組合起來(lái)，構(gòu)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缺陷：傳輸速率普通低于500kb/S，不適宜對(duì)系統(tǒng)速度要求較高的運(yùn)用。Im hereVXI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位的擴(kuò)展才干，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，且便于晉級(jí)和擴(kuò)展，比較適宜于尖端的測(cè)試領(lǐng)域。

4、n缺乏：本錢相對(duì)較高，。數(shù)據(jù)采集n數(shù)據(jù)采集根底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)采集模擬信號(hào)n在時(shí)間和大小上延續(xù)變化的信號(hào) n兩個(gè)主要參數(shù)：振幅A和頻率f 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) 模擬信號(hào)數(shù)字化n采樣：在延續(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(lái)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)模擬信號(hào)數(shù)字化n采樣、量化和編碼 7.3701111

5、4.91511119.2910012.8300114.040100采 樣 量化和編碼 Nyquist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)才能夠完全復(fù)原 模擬信號(hào)數(shù)字化n數(shù)字化過(guò)程中有兩個(gè)主要參數(shù)，一個(gè)是采樣頻率，一個(gè)是量化精度。n采樣頻率：信號(hào)的頻率越高，需求的采樣頻率也越高。例如，話音最高頻率為4000Hz，那么需每秒采樣8000次；聲音的最高頻率為20KHz，所以在多媒體計(jì)算機(jī)中運(yùn)用的多是44.1KHz的采樣頻率。n量化精度：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。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)，而假

6、設(shè)用8位那么僅能區(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(guò)程也是離散化的過(guò)程，采樣將延續(xù)的時(shí)間離散化，量化那么將延續(xù)的幅度值離散化。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公司消費(fèi)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公用管理軟件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(lái)實(shí)現(xiàn)n需求利用LabVIEW中的動(dòng)態(tài)銜接庫(kù)實(shí)

7、現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。它需求同時(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)絡(luò)。n這種數(shù)據(jù)采集方式的實(shí)現(xiàn)有一定的困難，需求閱歷和技巧。LabVIEWLabVIEW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VI VI 硬件參數(shù)n聲卡n本質(zhì)上也是一種實(shí)現(xiàn)模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換的安裝。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)的大小音量分為65536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)試詳細(xì)情況選擇適宜的頻率硬件參數(shù)n聲卡n聲卡有單聲道和立體聲兩種采樣

8、方式。n用單聲道方式采樣，左右聲道信號(hào)一樣，且每個(gè)聲道信號(hào)的幅值為原信號(hào)的1/2。n用立體聲方式采樣，左右聲道互不干擾，可以采兩路不同信號(hào)，且采樣信號(hào)幅值與原信號(hào)一樣。n普通聲卡的輸入電壓范圍為：-2.5V+2.5V聲音輸入函數(shù)n模板n功能：配置聲卡參數(shù)，為聲卡采集信號(hào)作預(yù)備。n輸入端口ndevice：設(shè)備號(hào)，默許值為0，該參數(shù)普通不需求改動(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€是立體聲，采樣率， 8位還是16位。它是一個(gè)簇，包括下面三個(gè)元素：nsound quality：聲音質(zhì)量，枚舉型，兩個(gè)取值：mono單聲道和stereo立體聲nrat

9、e ：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 ConfigSI Config續(xù)n輸入端口nbuffer size：數(shù)據(jù)緩存區(qū)大小。是LabVIEW與聲卡之間傳送數(shù)據(jù)的一個(gè)中轉(zhuǎn)站。默許大小為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)經(jīng)過(guò)它對(duì)聲卡進(jìn)展操作。nerror out ：錯(cuò)誤簇。SI Startn功能：?jiǎn)?dòng)聲卡，開(kāi)場(chǎng)采集輸入信號(hào)并將數(shù)據(jù)保管到緩存區(qū)。n圖標(biāo)n輸入端口nta

10、sk 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SI 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SI 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。假設(shè)聲卡參數(shù)設(shè)置為單聲道8位的話，聲卡采集獲得的數(shù)據(jù)就從該端口輸出，否那么前往空數(shù)組。nmono 16-bit ：?jiǎn)温暤?6位數(shù)據(jù)輸出，一維數(shù)組。假設(shè)聲卡參數(shù)設(shè)置為單聲

11、道16位的話，聲卡采集獲得的數(shù)據(jù)就從該端口輸出，否那么前往空數(shù)組。nstereo 16-bit ：立體聲16位數(shù)據(jù)輸出，二維數(shù)組。假設(shè)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，否那么前往空數(shù)組。nstereo 8-bit ：立體聲8位數(shù)據(jù)輸出，二維數(shù)組。假設(shè)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，否那么前往空數(shù)組。SI Stop n功能：停頓聲卡的采集任務(wù)。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SI Clearn功能：封鎖

12、聲卡，并釋放一切占用的系統(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)誤簇基于LabVIEW的雙聲道語(yǔ)音錄制系統(tǒng)n設(shè)計(jì)義務(wù)n設(shè)計(jì)一套語(yǔ)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，運(yùn)用者運(yùn)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)，在最后程序終了以后將該音頻文件保管為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(kāi)場(chǎng)采集前，操作者可根據(jù)實(shí)踐需求，更改采樣位數(shù)8位和16位；n按下開(kāi)場(chǎng)按鈕時(shí)，才開(kāi)場(chǎng)采集聲音；n在采集過(guò)程中，按下暫定按鈕，暫定聲音的采集，再次按下“暫定按鈕，

13、繼續(xù)采集聲音。n按下“停頓按鈕，停頓采集聲音，并彈出保管文件的對(duì)話框，保管成*.wav文件n分析n硬件組成：計(jì)算機(jī)、聲卡、話筒MICn軟件組成：數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處置程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序錄音系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程配置聲卡采集信號(hào)數(shù)據(jù)處置封鎖聲卡設(shè)置聲卡的任務(wù)方式和參數(shù)，為聲卡的正常任務(wù)做預(yù)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)能處置的數(shù)據(jù)將聲卡采集獲得的新數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，并將它添加到原有信號(hào)的存在數(shù)組中。停頓聲卡采集義務(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)展保管信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集程序n數(shù)據(jù)采集程序要實(shí)現(xiàn)的義務(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(shuō)的數(shù)據(jù)提供

14、應(yīng)后續(xù)程序處置。它為后續(xù)程序提供了一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)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)停頓聲卡封鎖聲卡例如n聲卡數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)處置程序n義務(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由于是實(shí)時(shí)顯示采集信號(hào)的波形，因此我們需求用Waveform Chart來(lái)實(shí)現(xiàn)；n將新信號(hào)添加的已有信號(hào)的數(shù)組中，可經(jīng)過(guò)移位存放器來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)保管程序n義務(wù)：在最后程序終了以后，將該音頻文件保管為Wav文件存到計(jì)算機(jī) 。n給大家一個(gè)已建好的“錄音保管.VI數(shù)據(jù)保管程序n義務(wù)：在最后程序終了以后，將該音頻文件保管為Wav文件存到計(jì)算機(jī) 。n給大家一個(gè)已建好的“錄音保管.VIn在D:Program

15、 FilesNational InstrumentLabview 7.1exampleSoundSound.llb中調(diào)用或在課件9中n盤符“D:根據(jù)詳細(xì)安裝LABVIEW軟件的盤確定；n或者在公用信箱mengbit163;n 密碼：abc123 下載 錄音保管.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)部分變量n主要是處理數(shù)據(jù)和對(duì)象在同一VI程序中的復(fù)用問(wèn)題n創(chuàng)建部分變量部分變量n設(shè)定部分變量形狀n寫操作n讀操作寫操作寫操作讀操作讀操作部分變量n