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1、第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.1 被測信號的種類被測信號的種類 8.2 智能測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及功能智能測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及功能 8.3 智能測試系統(tǒng)的設(shè)計原則智能測試系統(tǒng)的設(shè)計原則 8.4 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù) 思考與練習題思考與練習題 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.1 被測信號的種類被測信號的種類 數(shù)據(jù)采集前,必須對所采集信號的特性有所了解,因為不同信號的測量方式和對采集系統(tǒng)的要求是不同的, 只有了解了被測信號, 才能選擇合適的測量方式和采集系統(tǒng)配置。 任意一個信號是隨時間而改變的物理量。一般情況下,信號所運載的信息是很廣泛的,如
2、狀態(tài)、 速率、電平、形狀、 頻率成分等。根據(jù)信號運載信息方式的不同,可以將信號分為模擬信號和數(shù)字信號。數(shù)字(二進制)信號又可分為開關(guān)信號和脈沖信號,模擬信號可分為直流信號、時域信號和頻域信號, 如圖8-1所示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-1 被測信號的分類及其波形 (a) 被測信號分類; (b) 各類被測信號的波形 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.1.1 8.1.1 數(shù)字信號數(shù)字信號第一類數(shù)字信號是開關(guān)信號。一個開關(guān)信號運載的信息與信號的瞬間狀態(tài)有關(guān)。TTL信號就是一個開關(guān)信號。一個TTL信號如果在2.05.0 V之間,就定義它為邏輯高電平;如果在00.8 V之間,就定
3、義為邏輯低電平。 第二類數(shù)字信號是脈沖信號。這種信號包括一系列的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,信息就包含在狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)化的數(shù)目、轉(zhuǎn)換速率、一個轉(zhuǎn)換間隔或多個轉(zhuǎn)換間隔的時間里。安裝在馬達軸上的光學編碼器的輸出就是脈沖信號。有些裝置需要數(shù)字輸入,比如一個步進式馬達就需要一系列的數(shù)字脈沖作為輸入來控制位置和速度。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.1.2 8.1.2 模擬信號模擬信號1. 1. 模擬直流信號模擬直流信號模擬直流信號是靜止的或變化非常緩慢的模擬信號。直流信號最重要的信息是它在給定區(qū)間內(nèi)運載的信息的幅度。常見的直流信號有溫度、流速、壓力、應(yīng)變等。采集系統(tǒng)在采集模擬直流信號時,需要有足夠的精度以正確測量信
4、號電平。由于直流信號變化緩慢,用軟件計時就夠了,不需要使用硬件計時。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2. 2. 模擬時域信號模擬時域信號模擬時域信號與其他信號的不同在于它在運載信息時不僅有信號的電平,還有電平隨時間的變化。在測量一個時域信號時,也可以說是一個波形,需要關(guān)注一些有關(guān)波形形狀的特性,比如斜度、峰值等。為了測量一個時域信號,必須有一個精確的時間序列,序列的時間間隔也應(yīng)該合適,以保證信號的有用部分被采集到。 要以一定的速率進行測量,這個測量速率要能跟上波形的變化。用于測量時域信號的采集系統(tǒng)包括一個AD轉(zhuǎn)換器、一個采樣時鐘和一個觸發(fā)器。AD轉(zhuǎn)換器的分辨率要足夠高,帶寬要足夠?qū)?,以?/p>
5、證采集數(shù)據(jù)的精度和高速率采樣;精確的采樣時鐘用于以精確的時間間隔采樣;觸發(fā)器使測量在恰當?shù)臅r間開始。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 3. 3. 模擬頻域信號模擬頻域信號模擬頻域信號與時域信號類似。然而,從頻域信號中提取的信息是基于信號的頻率成分,而不是信號的形狀,也不是隨時間變化的特性。用于測量一個頻域信號的系統(tǒng)必須有一個AD轉(zhuǎn)換器、一個簡單的時鐘和一個用于精確捕捉波形的觸發(fā)器。系統(tǒng)必須有必要的分析功能,用于從信號中提取頻域信息。為了實現(xiàn)這樣的數(shù)字信號處理,可以使用應(yīng)用軟件或特殊的DSP硬件來迅速而有效地分析信號。模擬頻域信號也很多,比如聲音信號、地球物理信號、傳輸信號等。 上述信號分類
6、不是互相排斥的。一個特定的信號可能運載有不只一種信息,可以用幾種方式來定義信號并測量它,也可用不同類型的系統(tǒng)來測量同一個信號,從信號中提取出需要的各種信息。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.2 智能測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及功能智能測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及功能 8.2.1 系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)硬件組成 1) 微機子系統(tǒng)微機子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心,對整個系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、 控制作用,例如進行復雜的信號處理、控制決策、產(chǎn)生特殊的測試信號、控制整個測試過程等。此外,利用微機強大的信息處理能力和高速運算能力,可實現(xiàn)命令識別,邏輯判斷,非線性誤差修正,系統(tǒng)動態(tài)特性的自校正,以及系統(tǒng)自學習、自適應(yīng)、 自診斷、自
7、組織等功能。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-2 智能測試系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2) 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)及接口數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)及接口用于和傳感器、測試元件、變送器聯(lián)接,實現(xiàn)參數(shù)采集、選路控制、零點校正、量程自動切換等功能。被測參數(shù)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)收集、整理后,傳送到微機子系統(tǒng)進行處理。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 3) 基本I/O子系統(tǒng)及接口基本I/O子系統(tǒng)及接口用于實現(xiàn)人機對話,輸入或修改系統(tǒng)參數(shù), 改變系統(tǒng)工作狀態(tài),輸出測試結(jié)果,動態(tài)顯示測控過程, 實現(xiàn)以多種形式輸出、 顯示、 記錄、 報警等功能。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 4) 通信子
8、系統(tǒng)及接口通信子系統(tǒng)及接口用于實現(xiàn)本系統(tǒng)與其他儀器儀表、系統(tǒng)的通信與互聯(lián)。依靠通信子系統(tǒng),可根據(jù)實際問題需求靈活構(gòu)造不同規(guī)模、不同用途的微機測控系統(tǒng),如分布式測控系統(tǒng)、集散型測控系統(tǒng)等。通信接口的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法與采用的總線技術(shù)、 總線規(guī)范有關(guān),例如有IEEE-488(或GP-IB)總線、RS-232C總線、 STD總線、VXI總線、現(xiàn)場總線等??偩€技術(shù)及規(guī)范不同,需要采用不同的軟硬件接口實現(xiàn)方法及不同的技術(shù)平臺支撐。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 5) 控制子系統(tǒng)及接口 控制子系統(tǒng)實現(xiàn)對被測控對象、被測試組件、測試信號發(fā)生器乃至系統(tǒng)本身和測試操作過程的自動控制。接口根據(jù)實際需要以各種形式
9、大量存在于系統(tǒng)中,其作用是完成它所聯(lián)接的設(shè)備之間的信號轉(zhuǎn)換(如進行信號功率匹配、阻抗匹配、電平轉(zhuǎn)換和匹配)和交換信號(如控制命令、狀態(tài)數(shù)據(jù)信號、尋址信號等)傳輸、信號拾取、對信息進行必要的緩沖或鎖存,增強微機自動測試系統(tǒng)的功能。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.2.2 8.2.2 系統(tǒng)軟件組成系統(tǒng)軟件組成 設(shè)計好測試系統(tǒng)硬件之后,如何充分發(fā)揮微機強大的技術(shù)資源和潛力,開發(fā)友好的中文操作平臺,使系統(tǒng)具有良好的管理與控制特性,具有良好的可用性,需要很好的軟件設(shè)計技術(shù)和設(shè)計方法。 設(shè)計系統(tǒng)軟件時,要經(jīng)歷軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件編制、軟件調(diào)試等過程。一般采用模塊化和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法,即自頂向下的設(shè)
10、計方法,適當劃分模塊可提高設(shè)計與調(diào)試的效率。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 整個測試系統(tǒng)不僅要接收來自于傳感器或變送器的信號, 而且要接收和處理來自于控制面板的控制信號或由通信系統(tǒng)傳來的控制命令等信號,還要求系統(tǒng)具有實時處理能力,能實時完成各種測控任務(wù)。因此,要合理安排程序的結(jié)構(gòu)。 測試系統(tǒng)的軟件通常由監(jiān)控主程序、中斷服務(wù)程序、測試算法、通信與控制程序等組成, 如圖8-3所示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-3 測試系統(tǒng)的軟件組成 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 1) 初始化管理模塊 軟件初始化包括中斷安排、堆棧初始化、狀態(tài)變量初始化、 各軟件標志初始化、系統(tǒng)時鐘初始化、
11、各變量存儲單元初始化、 系統(tǒng)參數(shù)初始化等。 2) 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊完成對數(shù)據(jù)采集電路的控制、 測試數(shù)據(jù)的讀取與存儲等。 3) 測試算法模塊 測試算法模塊用于非線性校正、 標度變換、 量程自動轉(zhuǎn)換、 軟件抗干擾等。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 4) 人機接口人機接口包括顯示管理和鍵盤管理兩個模塊。測試結(jié)果的顯示方式有模擬顯示、數(shù)字顯示、混合顯示等。系統(tǒng)的鍵盤可采用編碼鍵盤或軟件掃描(非編碼)鍵盤,與系統(tǒng)采用的微處理機類型、鍵盤類型等有關(guān)。 5) 通信與控制模塊通信與控制模塊實現(xiàn)與上位機或其他儀器儀表、其他系統(tǒng)的互聯(lián)及通信控制。該模塊的設(shè)計與系統(tǒng)采用的通信總線標準、 通信協(xié)議、
12、通信接口電路等因素有關(guān)。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 6) 時鐘管理模塊定時電路及時鐘管理在微機自動測試系統(tǒng)中必不可少, 其主要用于數(shù)據(jù)采樣周期定時、控制周期定時、多參數(shù)巡回顯示的顯示周期定時、故障監(jiān)視電路的定時信號等。定時的實現(xiàn)有硬件、軟件和軟硬件結(jié)合等方法。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 7) 故障自診斷與處理故障自診斷與處理是提高系統(tǒng)可靠性和可維護性的重要手段之一。主要手段有以下三種。 (1) 開機自檢:每當電源接通或復位后,系統(tǒng)自動執(zhí)行一次自檢程序,對硬件電路進行一次測試。 (2) 周期性自診斷: 對系統(tǒng)周期性地進行自診斷。 (3) 鍵控自診斷: 操作人員按“自診斷”按鍵
13、啟動自診斷功能。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8) 中斷管理中斷管理針對系統(tǒng)中的各種中斷源和所選用的微處理機的中斷結(jié)構(gòu),設(shè)計相應(yīng)的中斷處理程序模塊,包括中斷管理模塊和中斷服務(wù)模塊。 9) 監(jiān)控主程序監(jiān)控主程序的主要作用是及時響應(yīng)來自系統(tǒng)或外部的各種服務(wù)請求,有效地管理系統(tǒng)的軟硬件資源,并在系統(tǒng)一旦發(fā)生故障時,能及時發(fā)現(xiàn)和做出相應(yīng)的處理。 監(jiān)控主程序調(diào)用功能模塊,形成一個有機整體,實現(xiàn)對測試系統(tǒng)的全面管理,因此監(jiān)控軟件設(shè)計成為系統(tǒng)軟件的核心。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.3 智能測試系統(tǒng)的設(shè)計原則智能測試系統(tǒng)的設(shè)計原則 8.3.1 8.3.1 組建測試系統(tǒng)的基本原則組建測試系
14、統(tǒng)的基本原則將傳感器、調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組建為一個測試系統(tǒng)的基本原則是使測試系統(tǒng)的基本參數(shù)、靜態(tài)性能及動態(tài)性能均達到預先規(guī)定的要求。組建過程中預估工作是非常重要的。預估工作就是根據(jù)對測量系統(tǒng)規(guī)定的參數(shù)指標要求,選擇和確定系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)(包括傳感器、調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))。 如果選擇的環(huán)節(jié)性能過高,雖然能滿足系統(tǒng)性能的要求,但會使成本費用過高;第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.3.2 組建測試系統(tǒng)的基本方法組建測試系統(tǒng)的基本方法 圖8-4 基本測試系統(tǒng) 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖中的環(huán)節(jié)S1代表傳感器;環(huán)節(jié)S2代表調(diào)理電路。最簡單的調(diào)理電路是放大器;環(huán)節(jié)S3代表數(shù)據(jù)采集系
15、統(tǒng)的核心單元具有采樣/保持器的A/D轉(zhuǎn)換器。H1(j)和H2(j)分別代表傳感器S1與放大器S2的頻率特性。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 1 1 基本參數(shù)的預估基本參數(shù)的預估 基本參數(shù)的預估項目主要是分辨率與量程。 設(shè)測試系統(tǒng)總的靈敏度為S, 可表示為 3212121SSSSuyuuxuxy (8-1) 預估時通常按系統(tǒng)的精度與量程以及工作環(huán)境等要求,先確定傳感器類型及其靈敏度值S1,然后再根據(jù)系統(tǒng)要求的分辨率(由量程及精度指標得到)確定AD轉(zhuǎn)換器的分辨率;最后,根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器的量程與傳感器的輸出范圍確定放大器的增益。一般要求AD轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)稍高于系統(tǒng)要求的分辨率。如果測試系統(tǒng)要求
16、的AD轉(zhuǎn)換器分辨率很高(14位以上),可以考慮采用可編程增益放大器進行自動量程切換以達到所需的分辨率。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2 2 動態(tài)性能的預估動態(tài)性能的預估 1) 模擬部分 傳感器與放大器的頻率特性分別為 )()()(11jXjUjH(8-2) )()()(122jUjUjH(8-3) 因此,模擬部分總的頻率特性H(j)為 )()()()()()()()()(211212jHjHjUjUjXjUjXjUjH(8-4) 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 故動態(tài)幅值誤差可表示為 %100)()()(jHjHjHNN(8-5) 式中, 當HN(j)= HN(0)時,是信號傳遞功
17、能的理想頻率特性。 一般傳感器為一階或二階系統(tǒng), 放大器為一階系統(tǒng)。 當傳感器與放大器均為一階系統(tǒng)時, 這時動態(tài)幅值誤差為 1)(11)(112221(8-6) 式中:1為傳感器的時間常數(shù);2為放大器的時間常數(shù)。通常放大器給出的指標是帶寬fb,則。 bf212第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 將選取的1及2代人式(86),應(yīng)使=2fm時滿足允許值,即 5 (8-7) 若傳感器為二階系統(tǒng), 放大器為一階系統(tǒng), 這時有 1112112220220)()()(8-8) 式中:0為傳感器的固有角頻率;為傳感器的阻尼比。如果說明書未給出,則按=0進行預估;2為放大器的時間常數(shù), 可按帶寬fb求得(2=
18、1/(2fb))。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (2)數(shù)字部分 數(shù)字部分與動態(tài)誤差有關(guān)的器件指標是AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間Tc、采樣保持器的孔徑時間TAP和孔徑抖動時間TAJ。 如果不采用采樣保持器,在保證AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換誤差不大于量化誤差的條件下,被測號的頻率最大值fH可表示為 cnHTf1211(8-9) 式中,n是AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 如果上述條件不能滿足,則需在AD轉(zhuǎn)換器前加采樣保持器。一般米說TAP的延時影響可以通過軟件提前下達指令的措施消除,故被測信號的頻率最大值fH可表示為 AJnHTf1211(8-10) 式中,TAJ為孔徑抖動范圍,即孔徑不
19、確定度,通常TAJ是TAP的1050。 總的說來,含有傳感器的測量系統(tǒng),系統(tǒng)的動態(tài)性能主要受傳感器的限制。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 3 3 靜態(tài)性能的預估靜態(tài)性能的預估 靜態(tài)性能的預估就是按總誤差的限定值對組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)進行誤差分配。這是一個從誤差預分配、綜合調(diào)整, 再分配、再綜合直至選定環(huán)節(jié)的靜態(tài)性能滿足系統(tǒng)性能要求的過程。 根據(jù)式(8-1)可以寫出系統(tǒng)輸出y的表達式為 xSSSy321 (8-11) 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 對上式取對數(shù)并進行全微分,得 xSSSylnlnlnlnln321 (8-12) xdxSdSSdSSdSyyd332211 (8-13) 由
20、于x是被測量,其誤差不屬于測量系統(tǒng)本身的誤差,故這里不予考慮。 于是由式(8-13)可得 332211ddddySSSSSSy第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 則 ry= r1 +r2 +r3 (8-14) 式中:ry=dy/y為整機的相對誤差;r1=d S1/ S 1為S 1環(huán)節(jié)的相對誤差;r2=d S2/ S 2為S 2環(huán)節(jié)的相對誤差;r3=d S3/ S 3為S 3環(huán)節(jié)的相對誤差。 如果進一步分析各環(huán)節(jié)本身的誤差因素, 可得 r1= r11 +r12 +r13+r2= r21 +r22 +r23+r3= r31 +r32 +r33+ 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 將r3、r2、r
21、3代入式 (814) 得 ry= r11 +r12 +r13+ r21 +r22 +r23+ r31 +r32 +r33+ 式(814)用于已知各環(huán)節(jié)誤差的大小和符號時的誤差綜合,故適用于系統(tǒng)誤差。對于以計算機為核心的現(xiàn)代測試系統(tǒng),由各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的整機系統(tǒng)誤差可以通過標定實驗數(shù)據(jù)進行修正。因此,在靜態(tài)性能的預估時可只關(guān)心變化系統(tǒng)誤差(系統(tǒng)不確定度)和隨機誤差(隨機不確定度),采用方和根法綜合,整機誤差為 rrrrrrrrrr2332322312232222212132122211y (8-15) 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 按照整機性能的要求,引用誤差小于1.0%,則整機的擴展
22、不確定度U1.0%。為簡單起見取覆蓋因子ky=3(P0.99),則整機標準不確定rc為 %33. 0yrckU于是式(8-15)的誤差公式用不確定度表示為 2332322312232222212132122211rc第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.4 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù) 8.4.1 8.4.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念虛擬儀器實質(zhì)上是一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計思想,而非一種具體的儀器。換言之,虛擬儀器可以有各種各樣的形式,完全取決于實際的物理系統(tǒng)和構(gòu)成儀器數(shù)據(jù)采集單元的硬件類型。圖8-5所示為常見的虛擬儀器方案。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-5 常見的虛擬儀器方案 第8
23、章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 虛擬儀器的“虛擬”主要表現(xiàn)在以下兩個方面: (1) 虛擬儀器的面板是虛擬的。虛擬儀器面板上的各種“圖標”和傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的,由各種開關(guān)、按鈕、顯示器等圖標實現(xiàn)儀器電源的通、 斷,被測信號的輸入通道、放大倍數(shù)等參數(shù)的設(shè)置以及測量結(jié)果的數(shù)值顯示和波形顯示等。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (2) 虛擬儀器的測量功能是通過對圖形化軟件流程圖的編程來實現(xiàn)的。虛擬儀器是在以PC為核心組成的硬件平臺支持下,通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的功能的,因為可以通過不同的測試功能軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能。 虛擬儀器和傳統(tǒng)的用硬件設(shè)計的測量儀器比
24、較有自己獨特的優(yōu)勢,如表8-1所示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 表表8-1 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器比較虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器比較 虛 擬 儀 器: 傳 統(tǒng) 儀 器: 開放性、靈活,可與計算機技術(shù)保持同步發(fā)展 封閉、儀器間相互配合較差。 關(guān)鍵是軟件,系統(tǒng)性能升級方便,通過網(wǎng)絡(luò)下載升級程序既可。 關(guān)鍵是硬件,升級成本較高,且升級必須上門服務(wù)。 價格低廉,儀器間資源可重復利用率高。 價格昂貴,儀器間一般無法相互利用。 用戶可定義儀器功能。 只有廠家能定義儀器功能。 可以與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備方便連接。 功能單一,只能連接有限的獨立設(shè)備。 開發(fā)與維護費用降至最低。 開發(fā)與維護開銷高。 技術(shù)更新周期短(1-
25、2 年) 。 技術(shù)更新周期長(5-10 年) 。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.4.2 8.4.2 虛擬儀器的組成虛擬儀器的組成1 1 虛擬儀器的硬件平臺虛擬儀器的硬件平臺構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺有兩部分: 計算機和I/O接口設(shè)備。1) 計算機計算機一般為一臺PC機或者工作站, 是硬件平臺的核心。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2) I/O接口設(shè)備I/O接口設(shè)備主要完成被測輸入信號的采集、放大及模/數(shù)轉(zhuǎn)換。不同的總線有其相應(yīng)的I/O接口硬件設(shè)備,如利用PC機總線的數(shù)據(jù)采集卡/板(簡稱DAQ)、GPIB總線儀器、VXI總線儀器模塊、串口總線儀器、PXI總線儀器模塊等。虛擬儀器構(gòu)成方
26、式主要有五種類型, 如圖8-6所示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-6 虛擬儀器的構(gòu)成方式 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (1) PC-DAQ系統(tǒng):是以數(shù)據(jù)采集板、信號調(diào)理電路和計算機為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。它采用PCI或ISA計算機本身的總線,故將數(shù)據(jù)采集卡/板 (DAQ) 插入計算機的空槽中即可。 (2)GPIB系統(tǒng):以GPIB標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。典型的GPIB測試系統(tǒng)由一臺計算機、一塊GPIB接口板和幾臺GPIB儀器組成。GPIB接口板插入計算機的插槽中,建立起計算機與具有GPIB接口的儀器設(shè)備之間的通信橋梁。 第8
27、章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (3) VXI系統(tǒng):以VXI標準總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。VXI總線是一種高速計算機總線在儀器領(lǐng)域的擴展。它具有標準開發(fā)、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強、定時和同步精確、模塊可重復利用、眾多儀器商支持等優(yōu)點,應(yīng)用越來越廣。尤其在組建大中規(guī)模自動測量控制系統(tǒng), 以及對速度、 精度要求非常高的場合,有其他儀器無法比擬的優(yōu)點。此外,VXI總線的組建方案其功能最為強大、 組建的系統(tǒng)最為穩(wěn)定,但VXI總線在實現(xiàn)強大功能的同時,價格也是十分昂貴的。 如果使用計算機來控制VXI總線設(shè)備,則需要配備一塊GPIB接口卡,通過GPIB總線與VXI主機箱零槽
28、模塊通信。零槽模塊的GPIB-VXI翻譯器將GPIB的命令翻譯成VXI命令并把各模塊返回的數(shù)據(jù)以一定的格式傳回主控計算機。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (4) PXI系統(tǒng):以PXI標準總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。PXI(PCIbus eXtentions for Instrumentation)總線是基于PCI總線的虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)架,是NI公司于1997年推出的一種新的開放性、 模塊化儀器總線規(guī)范。PXI在主流PCI計算技術(shù)和控制器的基礎(chǔ)上采用流行的奔騰MMX處理器,帶有標準GPIB接口、并串口、以太網(wǎng)絡(luò)接口及顯示器接口,為用戶組建速度高、 成本低、結(jié)構(gòu)緊
29、湊的測試系統(tǒng)提供了可行性。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (5) 串口系統(tǒng):以Serial標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。 無論上述哪種虛擬儀器系統(tǒng),都是通過應(yīng)用軟件將儀器硬件與通用計算機相結(jié)合。其中,PC-DAQ測量系統(tǒng)是構(gòu)成虛擬儀器的最基本的方式, 也是最廉價的方式。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2 2 虛擬儀器的應(yīng)用軟件虛擬儀器的應(yīng)用軟件開發(fā)虛擬儀器,必須有合適的軟件工具。目前已有多種虛擬儀器的軟件開發(fā)工具,主要分為以下兩類: (1) 文本式編程語言,如C、Visual C、Visual Basic、Labwindows/CVI等。 (2) 圖形化
30、編程語言,如LabVIEW、HPVEE等。 這些軟件開發(fā)工具為用戶設(shè)計虛擬儀器應(yīng)用軟件提供了最大限度的方便條件與良好的開發(fā)環(huán)境。LabVIEW 圖形化虛擬儀器編程語言和文本式編程語言相比更直觀、可視化更強,因此使用較為廣泛。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 虛擬儀器應(yīng)用軟件由以下兩大部分構(gòu)成:(1) 應(yīng)用程序。它包含兩個方面的程序: 實現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序和定義測試功能的流程圖軟件程序。 (2) I/O接口儀器驅(qū)動程序。這類程序用來完成特定外部硬件設(shè)備的擴展、 驅(qū)動與通信。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.4.3 虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺LabVIEW
31、 1. 1. LabVIEWLabVIEW應(yīng)用程序的構(gòu)成應(yīng)用程序的構(gòu)成1) 前面板圖8-7所示是一個隨機信號發(fā)生器VI的前面板。它的上面有一個顯示對象,以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機數(shù); 還有一個控制對象開關(guān),可以啟動和停止工作。顯然,并非簡單地畫兩個控件就可以運行,在前面板后還有一個與之配套的流程圖。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-7 隨機信號發(fā)生器的前面板 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2) 流程圖流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對VI編程, 以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子,還有一些前面板上沒有但編程必須有的
32、東西,例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。圖8-8是與圖8-7對應(yīng)的流程圖??梢钥吹搅鞒虉D中包括了前面板上的開關(guān)和隨機數(shù)顯示器的連線端子, 還有一個隨機數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機信號送到顯示控件,為了使它持續(xù)工作下去,設(shè)置了一個While Loop循環(huán), 由開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-8 隨機信號發(fā)生器的流程圖 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 3) 圖標/連接器VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個VI可以作為子程序, 這里稱為子VI(Sub VI),它被其他VI調(diào)用。圖標與連接器在這里相當于圖形化的參數(shù)。 第8章 智能測試系統(tǒng)
33、設(shè)計及虛擬儀器 2. 2. LabVIEWLabVIEW的操作模板的操作模板1) 工具模板(Tools Palette)工具模板如圖8-9所示,其子模板見表8-2。該模板提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具。如果該模板沒有出現(xiàn),則可以在Windows菜單下選擇Show Tools Palette命令以顯示該模板。當從模板內(nèi)選擇了任一種工具后,鼠標箭頭就會變成該工具相應(yīng)的形狀。當從Windows菜單下選擇了Show Help Window功能后,把工具模板內(nèi)選定的任一種工具光標放在流程圖程序的子程序(Sub VI)或圖標上,就會顯示相應(yīng)的幫助信息。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖
34、8-9 工具模板 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 表表8-2 工具模板之子模板工具模板之子模板 圖標 名稱 功 能 Operate Value(操作值) 用于操作前面板的控制和顯示。使用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入值時,工具會變成標簽工具 Position/Size/Select (選擇) 用于選擇、移動或改變對象的大小。當它用于改變對象的連框大小時,會變成相應(yīng)形狀。 Edit Text(編輯文本) 用于輸入標簽文本或者創(chuàng)建自由標簽。當創(chuàng)建自由標簽時它會變成相應(yīng)形狀。 Connect Wire (連線) 用于在流程圖程序上連接對象。如果聯(lián)機幫助的窗口被打開時,把該工具放在任一條連線上,就會顯
35、示相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。 Object Shortcut Menu(對象菜單) 用鼠標左鍵可以彈出對象的彈出式菜單。 Scroll Windows(窗口漫游) 使用該工具就可以不需要使用滾動條而在窗口中漫游。 Set/Clear Breakpoint ( 斷點設(shè)置清除) 使用該工具在 VI 的流程圖對象上設(shè)置斷點。 Probe Data(數(shù)據(jù)探針) 可在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線上設(shè)置探針。通過控針窗口來觀察該數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)變化狀況。 Get Color(顏色提取) 使用該工具來提取顏色用于編輯其他的對象。 10 Set Color(顏色設(shè)置) 用來給對象定義顏色。它也顯示出對象的前景色和背景色。 第8
36、章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2) 控制模板(Control Palette)控制模板是多層的, 其中每一個子模板下還包括多個對象。 (注意: 只有打開前面板時才能調(diào)用該模板。) 控制模板用來給前面板設(shè)置各種所需的輸出顯示對象和輸入控制對象。每個圖標代表一類子模板。如果控制模板不顯示, 可以用Windows菜單的Show Controls Palette功能打開它, 也可以在前面板的空白處點擊鼠標右鍵,以彈出控制模板。 控制模板如圖8-10所示, 它包括表8-3所示的一些子模板。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-10 控制模板 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 表表8-3 控制模
37、板之子模板控制模板之子模板 圖標 子模板名稱 功 能 Numeric(數(shù)值量) 數(shù)值的控制和顯示。包含數(shù)字式、指針式顯示表盤及各種輸入框。 Boolean(布爾量) 邏輯數(shù)值的控制和顯示。包含各種布爾開關(guān)、按鈕以及指示燈等。 String & Path(字符串和路徑) 字符串和路徑的控制和顯示。 Array & Cluster(數(shù)組和簇) 數(shù)組和簇的控制和顯示。 List & Table(列表和表格) 列表和表格的控制和顯示 Graph(圖形顯示) 顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢圖和曲線圖。 Ring & Enum(環(huán)與枚舉) 環(huán)與枚舉的控制和顯示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)
38、計及虛擬儀器 I/O(輸入/輸出功能) 輸入/輸出功能。于操作 OLE、ActiveX 等功能。 Refnum 參考數(shù) 10 Digilog Controls(數(shù)字控制) 數(shù)字控制 11 Clussic Controls(經(jīng)典控制) 經(jīng)典控制,指以前版本軟件的面板圖標。 12 Activex 用于 ActiveX 等功能。 13 Decorations ( 裝飾) 用于給前面板進行裝飾的各種圖形對象。 14 Select a Controls(控制選擇) 調(diào)用存儲在文件中的控制和顯示的接口。 15 User Controls(用戶控制) 用戶自定義的控制和顯示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬
39、儀器 3) 功能模板(Functions Palette) 功能模板是多層的, 其中每一個子模板下還包括多個對象。(注意:只有打開了流程圖程序窗口,才能出現(xiàn)功能模板。) 功能模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具。該模板上的每一個頂層圖標都表示一個子模板。若功能模板不出現(xiàn),則可以用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開它,也可以在流程圖程序窗口的空白處點擊鼠標右鍵, 以彈出功能模板。 功能模板如圖8-11所示, 其子模板見表8-4(個別不常用的子模板未包含)。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-11 功能模板 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 表表8-4 功能
40、模板之子模板功能模板之子模板 圖標 子模板名稱 功 能 Structure (結(jié)構(gòu)) 包括程序控制結(jié)構(gòu)命令,例如循環(huán)控制等,以及全局變量和局部變量。 Numeric(數(shù)值運算) 包括各種常用的數(shù)值運算,還包括數(shù)制轉(zhuǎn)換、三角函數(shù)、對數(shù)、復數(shù)等運算,以及各種數(shù)值常數(shù)。 Boolean(布爾運算) 包括各種邏輯運算符以及布爾常數(shù)。 String (字符串運算) 包含各種字符串操作函數(shù)、數(shù)值與字符串之間的轉(zhuǎn)換函數(shù),以及字符(串)常數(shù)等。 Array(數(shù)組) 包括數(shù)組運算函數(shù)、數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù),以及常數(shù)數(shù)組等。 Cluster(簇) 包括簇的處理函數(shù),以及群常數(shù)等。這里的群相當于 C 語言中的結(jié)構(gòu)。 Com
41、parison ( 比較) 包括各種比較運算函數(shù),如大于、小于、等于。 Time & Dialog (時間和對話框) 包括對話框窗口、時間和出錯處理函數(shù)等。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 表表8-4 功能模板之子模板功能模板之子模板 File I/O(文件輸入/輸出) 包括處理文件輸入/輸出的程序和函數(shù)。 10 DataAcquisition(數(shù)據(jù)采集) 包括數(shù)據(jù)采集硬件的驅(qū)動,以及信號調(diào)理所需的各種功能模塊。 11 Waveform(波形) 各種波形處理工具 12 Analyze(分析) 信號發(fā)生、時域及頻域分析功能模塊及數(shù)學工具 。 13 Instrument I/O( 儀
42、器輸 入 / 輸出) 包括 GPIB(488、488.2)、串行、VXI 儀器控制的程序和函數(shù),以及 VISA 的操作功能函數(shù)。 14 Motion & Vision(運動與景像) 15 Mathematics(數(shù)學) 包括統(tǒng)計、曲線擬合、公式框節(jié)點等功能模塊,以及數(shù)值微分、積分等數(shù)值計算工具模塊。 16 Communication(通訊) 包括 TCP、DDE、ActiveX 和 OLE 等功能的處理模塊。 17 Application Control(應(yīng)用控制) 包括動態(tài)調(diào)用 VI、標準可執(zhí)行程序的功能函數(shù)。 18 Graphics & Sound(圖形與聲音) 包括 3D
43、、OpenGL、聲音播放等功能模塊。包括調(diào)用動態(tài)連接庫和 CIN 節(jié)點等功能的處理模塊。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 表表8-4 功能模板之子模板功能模板之子模板 19 Tutorial (示教課程) 包括 LabVIEW 示教程序。 20 Report Generation (文檔生成) 21 Advanced (高級功能) 22 Select a VI(選擇子 VI) 23 User Library(用戶子 VI 庫) 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 8.4.4 8.4.4 構(gòu)建一個簡單的虛擬儀器構(gòu)建一個簡單的虛擬儀器1. 1. DAQDAQ設(shè)備的安裝與配置設(shè)備的安裝與配置通常
44、情況下, LabVIEW安裝和配置DAQ板卡的主要步驟如圖8-12所示。 圖8-12 安裝和配置DAQ板卡的主要步驟第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 1) 安裝DAQ設(shè)備硬件將PCI 數(shù)據(jù)采集卡插到計算機主板上一個空閑的PCI插槽中,接好各種附件,其驅(qū)動程序就是NI-DAQ。附件包括一條數(shù)據(jù)線和一個轉(zhuǎn)接板,轉(zhuǎn)接板直接與外部信號連接。 在LabVIEW中, DAQ設(shè)備與DAQ節(jié)點以及用戶開發(fā)的VI的層次關(guān)系如圖8-13所示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-13 DAQ設(shè)備與DAQ節(jié)點以及VI的層次關(guān)系圖 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2) 安裝DAQ設(shè)備驅(qū)動及檢驗在安裝NI-
45、DAQ軟件時,系統(tǒng)會自動安裝一個名為Measurement&Automation Explorer的軟件,簡稱MAX,該軟件用于管理和配置硬件設(shè)備。 若DAQ設(shè)備安裝成功,可在Measurement & Automation 瀏覽窗口看到DAQ設(shè)備硬件的型號, 如圖8-14所示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-14 Measurement & Automation瀏覽窗口 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 3) 配置DAQ設(shè)備下面介紹如何用MAX配置PCI-6014數(shù)據(jù)采集卡。 (1) 運行MAX,在MAX窗口左側(cè)的設(shè)備管理樹的Devices and In
46、terfaces選項中,選擇PCI-6014數(shù)據(jù)采集卡,如圖8-15所示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-15 選擇PCI-6014窗口 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (2) 在PCI-6014數(shù)據(jù)采集卡窗口選擇Properties., 彈出PCI-6014數(shù)據(jù)采集卡的配置對話框,如圖8-16所示。 對話框主要有五部分: System, AI, AO, Accessory和OPC(Remote Access是遠程控制對話框, 這里不介紹)。 在這個對話框中可以完成對DAQ設(shè)備的配置。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-16 Configuring Device對話框
47、第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (3) 設(shè)置DAQ設(shè)備在系統(tǒng)中的設(shè)備(Device)編號。 在Configuring Device對話框的System頁面中將Device屬性值設(shè)為1,如圖8-16所示。另外,該頁面會將DAQ設(shè)備在Windows中所占用的資源列出, 例如中斷號、 內(nèi)存范圍等。 (4) 設(shè)置模擬輸入(AI)屬性。在Configuring Device對話框的AI頁面中,將Polarity屬性值設(shè)為10.0V+10.0V, 將Mode屬性值設(shè)為Differential(差分輸入), 如圖8-17所示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-17 Configuring De
48、vice對話框的AI頁面 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (5) 設(shè)置模擬輸出(AO)屬性。 在Configuring Device對話框的AO頁面中, 將Polarity屬性值設(shè)為Bipolar(雙極性), 如圖8-18所示。 圖8-18 Configuring Device對話框的AO頁面 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (6) 設(shè)置附件(Accessory)。 在Configuring Device對話框的Accessory頁面中,將Polarity屬性值設(shè)為所選用的轉(zhuǎn)接板型號, 如BNC-2080, 如圖8-19所示。 圖8-19 Configuring Device對話框的A
49、ccessory頁面 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (7) 設(shè)置過程控制(OPC)。在Configuring Device對話框的OPC頁面中, 將Polarity屬性值設(shè)為Disabled,如圖8-20所示。 圖8-20 Configuring Device對話框的OPC頁面 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 在完成了上述屬性的設(shè)置之后, 單擊“確定”按鈕。 若 屬 性 配 制 成 功 , 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 正 常 工 作 , 單 擊Configuring Device對話框System頁面中的“Test Resources”按鈕,系統(tǒng)就會彈出一個對話框,告知用戶DAQ設(shè)備通過了測
50、試,如圖8-21所示。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-21 Configuring Device對話框System頁面中的Test Resources頁面 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-22 Test Panel窗口 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2. 2. DAQDAQ編程編程DAQ的軟硬件安裝及配置之后,就可以進行DAQ編程。 LabVIEW是通過DAQ節(jié)點來控制DAQ設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集的,所有的DAQ節(jié)點都包含在Functions模板All Functions子模板NI Measurements子模板Data Acquisition子模板中,如圖8-23所示。
51、 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-23 Data Acquisition子模板 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-24 Data Acquisition子模板 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 各子模板的主要功能如下: Analog Input子模板:完成模擬信號的數(shù)據(jù)采集,將外部模擬信號通過DAQ設(shè)備的AD功能轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,并采集到計算機中。 Analog Output子模板:完成模擬信號的輸出,將計算機所產(chǎn)生的數(shù)字信號通過DAQ設(shè)備的DA功能轉(zhuǎn)化為模擬信號,然后輸出。 Digital IO子模板:用于控制DAQ設(shè)備的數(shù)字IO功能。 Counter子模板: 用于控制DA
52、Q設(shè)備的計數(shù)器功能。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 Calibration and Configuration子模板:用于校準和配置DAQ設(shè)備,并且能夠返回DAQ設(shè)備的配置信息。由于NI公司在DAQ設(shè)備出廠前已經(jīng)進行了校準,一般情況下,用戶將很少用到Calibration and Configuration子模板中的DAQ VIs。 Signal Conditioning子模板:將從溫度傳感器、應(yīng)變片或熱電偶中采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的應(yīng)力單位或溫度單位。在這些VIs中,可以根據(jù)特定的精度需求編輯轉(zhuǎn)換公式。 需要注意的一點是,如果用戶編輯了自己的公式,則需將這些VIs另外保存到用戶
53、自己的文件夾中。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-25是多通道數(shù)據(jù)采集 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 圖8-26 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序框圖 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 3 3 設(shè)計一個虛擬儀器(設(shè)計一個虛擬儀器(VIVI)的基本步驟的基本步驟通常, 設(shè)計一個VI的步驟如下: (1) 在前面板設(shè)計窗口中設(shè)置控件, 并創(chuàng)建“流程圖”中的端口。 首先在前面板開發(fā)窗口使用工具模板中的相應(yīng)工具,從Controls(控制)模板中選擇并放置好所需控件,進行控件屬性參數(shù)設(shè)置, 標貼文字說明標簽。 (2) 在流程圖編輯窗口中放置節(jié)點、圖框,并創(chuàng)建前面板控件。在流程圖編輯窗口使用工具模
54、板中的相應(yīng)工具,從Functions(功能)模板中選擇并放置好所需圖標,它們是流程圖中的“節(jié)點”和“圖框”。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (3) 數(shù)據(jù)流編程。 數(shù)據(jù)流編程就是使用連線工具按數(shù)據(jù)流的方向?qū)⒍丝凇?節(jié)點、圖框依次相連,實現(xiàn)數(shù)據(jù)從源頭按規(guī)定的運行方式到達目的終點。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (4) 運行檢驗。 當完成步驟(1)、(2)、(3)后,前面板程序與流程圖圖形化程序的設(shè)計則已進行完畢,一個VI已基本建立,是否達到預期功能,還需運行檢驗。有兩種檢驗方式: 仿真檢驗。該檢驗方式不使用I/O接口硬件設(shè)備。 對VI檢驗運行所需的信號數(shù)據(jù)采用由“數(shù)組”或“信號生成函數(shù)
55、”產(chǎn)生的“仿真信號”。 實測檢驗。該檢驗方式通過I/O接口硬件設(shè)備,采集輸入標準信號,來檢驗虛擬儀器的功能。仿真檢驗在實測檢驗之前進行,它是虛擬儀器所特有的優(yōu)勢,因為它對反復檢驗、 調(diào)試及不斷完善改進VI極為方便,是傳統(tǒng)儀器無法采用的檢驗手段。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (5) 程序調(diào)試技術(shù)。 利用快捷工具欄中的“運行”、“高亮執(zhí)行”、“單步執(zhí)行”、 “斷點設(shè)置”進行以下程序調(diào)試步驟: 找出語法錯誤。 如果存在語法錯誤,則當啟動快捷工具欄的“運行”按鈕時,該按鈕將變成一個折斷的箭頭,程序不能被執(zhí)行。用鼠標左擊該按鈕,則將彈出錯誤清單窗口,窗口中列出了錯誤的項目, 然后左擊其中任何一個
56、所列出的錯誤,再左擊“Find”按鈕, 則出錯的對象或端口就會變成高亮。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 慢速跟蹤程序的運行。 利用快捷工具欄中的“高亮執(zhí)行”按鈕,左擊該按鈕,該按鈕圖標變成高亮形式,再點擊“運行”按鈕, 程序就以較慢的速度運行。沒有被執(zhí)行的代碼灰色顯示, 執(zhí)行后的代碼高亮顯示,并顯示數(shù)據(jù)流上的數(shù)據(jù)值。這樣就可以根據(jù)數(shù)據(jù)流動的狀態(tài), 跟蹤程序的執(zhí)行。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 斷點與單步執(zhí)行。為了查找程序中的邏輯錯誤,用戶也許希望框圖程序一個節(jié)點一個節(jié)點地執(zhí)行。使用斷點工具可以在程序的某一地點中止程序執(zhí)行,用探針或者單步執(zhí)行方式查看數(shù)據(jù)。 斷點的設(shè)置。用工具模板上
57、的“斷點”工具點擊希望設(shè)置或者清除斷點的地方,該處即為所設(shè)置的斷點。 斷點的顯示。對于節(jié)點或者圖框表示為紅框,對于連線表示為紅點。當VI程序運行到斷點設(shè)置處時,程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點,以閃爍表示。按下單步執(zhí)行按鈕,閃爍的節(jié)點被執(zhí)行,下一個將要執(zhí)行的節(jié)點變?yōu)殚W爍,表明它將執(zhí)行。也可以點擊快捷工具欄中的“暫?!卑粹o,這樣程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行直到下一個斷點。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 設(shè)置探針。 可以通過設(shè)置探針來查看框圖程序流經(jīng)某一根連接線的數(shù)據(jù)值。探針的設(shè)置方法有二: 利用工具模板上的“探針”工具,用鼠標左擊欲放置探針的連接線。 把工具模板上的“選擇”工具或“連線”工具放在欲放置探針的連
58、線上,用鼠標右擊該連線,將彈出一個對話框,選擇Probe選項。 當探針設(shè)置完畢后,會出現(xiàn)一個探針顯示窗口。該顯示窗口中的數(shù)據(jù)即為該連線上的數(shù)據(jù)值。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 (6) 數(shù)據(jù)觀察。 當檢驗觀察中發(fā)現(xiàn)有錯誤時,可用鼠標點擊“Highlight Execution”按鈕,觀察數(shù)據(jù)流中各個節(jié)點的數(shù)值。 (7) 命名存盤。 保存設(shè)計好的VI。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 4 4 LabVIEWLabVIEW程序設(shè)計的其他有關(guān)問題程序設(shè)計的其他有關(guān)問題 1) 人機交互界面 人機交互過程主要是對程序的控制和對程序執(zhí)行結(jié)果的觀察,因此人機交互界面的定制包含兩個方面的內(nèi)容:一是程序運行時界面的顯示模式;二是程序?qū)Σ僮鞯捻憫?yīng)方式??煽刂频膶ο蟀ò粹o、鍵盤輸入前面板對象和選擇框等。LabVIEW前面板的最大特色是所見即所得, 即在編程中排布的界面就是軟件運行時的界面。設(shè)計人機交互界面時,主要從審美和方便實用的角度出發(fā)。 第8章 智能測試系統(tǒng)設(shè)計及虛擬儀器 2) 定時與對話框LabVIEW 提供了許多定時的節(jié)點,它們主要完成關(guān)于時間的計算、換算和定時等功能,同時,LabVIEW還提供了一些顯示提示信息的對話框, 這些節(jié)點并不處理任何信息,只是輸出用戶信息,對話框包括提示對話框和輸入對話框兩種。 3) 文件管理LabVIEW的文件管
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