測試技術(shù)基礎(chǔ)課件：計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理7.1概述7.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7.3小波分析方法7.4虛擬儀器 7.1概述

7.1.1計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集

計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要功能是能用來采集各種數(shù)據(jù)。要對(duì)被控或被測對(duì)象的位置、速度、壓力、溫度、聲音、圖像、質(zhì)量、流量、振動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變等物理量進(jìn)行準(zhǔn)確測量,離開計(jì)算機(jī)是很難實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在全世界各公司生產(chǎn)的智能測量系統(tǒng)或高級(jí)測量儀器,全部是以計(jì)算機(jī)為核心組成的。7.1.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方法

1.數(shù)字信號(hào)處理

數(shù)字信號(hào)處理是把信號(hào)用數(shù)字或符號(hào)表示的序列,通過計(jì)算機(jī)或通用(專用)的信號(hào)處理設(shè)備,用數(shù)字的數(shù)值計(jì)算方法處理(濾波、變換、壓縮、增強(qiáng)、估值與識(shí)別等),以達(dá)到提

取有用信息便于應(yīng)用的目的。數(shù)字信號(hào)處理的效果,或是通過濾波消除噪聲,或是進(jìn)行頻域分析,或是用以提取特征參數(shù),或是進(jìn)行編碼壓縮等。完成不同目的所采用的計(jì)算方法(統(tǒng)稱算法)也不同,可以說,數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)就是算法的實(shí)現(xiàn)。采用數(shù)字信號(hào)處理,相對(duì)于模擬信號(hào)處理(AnalogSignalProcessing,ASP)有很大的優(yōu)越性,其優(yōu)越性表現(xiàn)在軟件可實(shí)現(xiàn)、精度高、靈活性好、可靠性高、易于大規(guī)模集成、設(shè)備尺寸小、造價(jià)低、速度快等方面。隨著人們對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)處理要求的不斷提高和大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也在發(fā)生著日新月異的變革。數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)大體上可以分為三大類,即軟件實(shí)現(xiàn)法、硬件實(shí)現(xiàn)法以及軟硬件結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方法。

(1)軟件實(shí)現(xiàn)法。該方法是按照數(shù)字信號(hào)處理的原理和算法,編寫程序或利用現(xiàn)有程序在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的,其中Mathworks公司的MATLAB軟件(一種交互式和基于矩陣體

系的軟件,主要用于科學(xué)工程數(shù)值計(jì)算和可視化)可以說是這方面成功的范例。當(dāng)前,國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)、公司不斷推出不同用途的數(shù)字信號(hào)處理軟件包,如美國NationalInstruments

公司的信號(hào)測量與分析軟件LabVIEW、Cadence公司的信號(hào)和通信分析設(shè)計(jì)軟件SPW、以及TI公司的DSP等。軟件實(shí)現(xiàn)方法速度較慢,但經(jīng)濟(jì)實(shí)用(可重復(fù)使用),因此多用于

教學(xué)和科研方面。在許多非實(shí)時(shí)的應(yīng)用場合,可以采用軟件實(shí)現(xiàn)法。例如,處理一盤混有噪聲的錄像(音)帶,可以將圖像(聲音)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并存入計(jì)算機(jī),用較長的時(shí)間一幀幀地處

理這些數(shù)據(jù)。處理完畢后,再實(shí)時(shí)地將處理結(jié)果還原成一盤清晰的錄像(音)帶。普通計(jì)算機(jī)即可完成上述任務(wù),而不必花費(fèi)較大的代價(jià)去設(shè)計(jì)—臺(tái)專用數(shù)字計(jì)算機(jī)。

(2)硬件實(shí)現(xiàn)法。該方法是按照具體的要求和算法設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)圖,用乘法器、加法器、延時(shí)器、控制器、存儲(chǔ)器以及I/O接口部件實(shí)現(xiàn)的一種方法,其特點(diǎn)是運(yùn)算速度快,可以達(dá)到實(shí)時(shí)處理的要求,但是不靈活。

(3)軟硬件結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方法。首先可以利用單片機(jī)的硬件環(huán)境配以恰當(dāng)?shù)男盘?hào)處理軟件來實(shí)現(xiàn),可以直接用于工程實(shí)際,如數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療儀器設(shè)備等。其次,可以使用專用數(shù)

字信號(hào)處理芯片,即數(shù)字信號(hào)處理器(DigitalSignalProcessor,DSP),經(jīng)過簡單編程來實(shí)現(xiàn)。這種方法目前發(fā)展最為迅速,常用的DSP專用芯片較之單片機(jī)有著更為突出的優(yōu)點(diǎn),例如,DSP內(nèi)部有專用的乘法器和累加器并采用流水線工作方式及并行處理結(jié)構(gòu),總線多、速度快,內(nèi)嵌有信號(hào)處理的常用指令。

目前,DSP專用芯片正高速發(fā)展,它速度快、體積小、性能優(yōu)良且價(jià)格不斷下降,用DSP專用芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的技術(shù)已成為工程技術(shù)領(lǐng)域的主要方法。

2.小波分析

小波分析或稱小波變換,是傅里葉變換的發(fā)展,具有多分辨率分析的特點(diǎn),在時(shí)頻兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力,是一種窗口面積不變,但其形狀、時(shí)間窗和頻率窗都

可以改變的時(shí)頻局部化分析方法。小波變換與短時(shí)傅里葉變換的最大不同之處是其分析精度可變,它是一種加可變時(shí)頻窗進(jìn)行分析的方法。在時(shí)-頻平面的高頻辨率和低的頻率分辨率,而在低頻段具有低的時(shí)間分辨率和高的頻率分辨率,這正符合低頻信號(hào)變化緩慢而高頻信號(hào)變化迅速的特點(diǎn)。從信號(hào)處理的角度,小波變換是一種把信號(hào)或函數(shù)分解成不同的頻率成分,然后用與其尺度相匹配的分辨率研究每個(gè)成分的工具。小波分析利用一個(gè)可以伸縮和平移的可變時(shí)

頻窗,能夠聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)進(jìn)行時(shí)頻域處理,既可看到信號(hào)的全貌又可分析信號(hào)的細(xì)節(jié),并且可以保留數(shù)據(jù)的瞬時(shí)特性。時(shí)域響應(yīng)信號(hào)經(jīng)小波分析后其突變特征會(huì)更加明顯,因此,小波分析非常適合于識(shí)別正常信號(hào)和反常信號(hào)間的細(xì)微差別。小波分析從誕生伊始就與實(shí)際工程問題緊密聯(lián)系在一起。在工程應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在信號(hào)處理、圖像處理、模式識(shí)別、語音識(shí)別、量子物理、地震勘測、流體力學(xué)、電磁場、CT

成像、機(jī)械故障識(shí)別與監(jiān)控、分形、數(shù)值計(jì)算等領(lǐng)域,它被認(rèn)為是近年來在計(jì)算工具及方法上的重大突破。小波理論也是近些年形成和發(fā)展迅速的一種數(shù)學(xué)工具。基于小波變換的

小波分析技術(shù)是泛函分析、傅里葉變換、樣條分析、調(diào)和分析、數(shù)值分析等半個(gè)世紀(jì)以來發(fā)展最完美的結(jié)晶,是正在發(fā)展的新的數(shù)學(xué)分支?？梢灶A(yù)料,在今后數(shù)年內(nèi),它將成為科

技工作者經(jīng)常使用的又一銳利的數(shù)學(xué)工具,會(huì)極大地促進(jìn)科技及工程應(yīng)用領(lǐng)域的新發(fā)展。 7.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7.2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如圖71所示。顯然,要采集的信號(hào)有如下三類:

(1)開關(guān)信號(hào):指只有兩個(gè)狀態(tài)(0或1)的數(shù)字信號(hào),如開關(guān)的合與斷、繼電器的激勵(lì)與釋放等。

(2)數(shù)字信號(hào):指用二進(jìn)制形式表示的數(shù)(如數(shù)字電壓表、鍵盤等)的輸出信息。頻率輸出型數(shù)據(jù)傳感器輸出的信號(hào)也為數(shù)字信號(hào)。

(3)模擬信號(hào):指在規(guī)定的連續(xù)時(shí)間內(nèi),對(duì)輸入信號(hào)的幅值可以在連續(xù)范圍內(nèi)任意取值的信號(hào)。傳感器的作用是把待測的非電量(如溫度、壓力、流量、位移等)轉(zhuǎn)化為電量(電流、電壓、頻率等)。傳感器(Sensor)常稱為一次儀表,它的輸出可以是模擬量,也可以是開關(guān)量或數(shù)字量。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能接收規(guī)定形式的數(shù)字信號(hào),所以對(duì)傳感器送來的模擬信號(hào),先要經(jīng)過信號(hào)調(diào)理(SignalConditioning),將信號(hào)放大(或衰減)、濾波等,使之滿足A/D轉(zhuǎn)換器輸入的要求,然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)。放大器用來放大和緩沖輸入信號(hào)。由于傳感器輸出的信號(hào)較小,如常用的熱電偶輸出變化往往在幾毫伏到幾十毫伏之間,電阻應(yīng)變片輸出電壓變化只在幾個(gè)毫伏之間,人體生

物電信號(hào)僅是微伏量級(jí),因此,需要將這類信號(hào)加以放大,以滿足大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入的要求。此外,某些傳感器內(nèi)阻比較大,輸出功率較小,這樣放大器還起到了阻

抗變換器的作用,用來緩沖輸入信號(hào)。由于各類傳感器輸出信號(hào)的情況各不相同,因此,放大器的種類也很繁雜。例如,為了減少輸入信號(hào)的共模分量,就產(chǎn)生了各種差分放大器、

儀器放大器和隔離放大器;為了使不同數(shù)量級(jí)的輸入電壓都具有最佳變換,就有量程可以變換的程控放大器;為了減少放大器輸出的漂移,則有斬波穩(wěn)零和激光修正的精密放大器。圖7－1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖傳感器和電路中的器件常會(huì)產(chǎn)生噪聲,人為的發(fā)射源也會(huì)通過各種耦合渠道使信號(hào)通道感染上噪聲,如工頻信號(hào)可以成為一種人為的干擾源。這種噪聲可以用濾波器來衰減,

以提高模擬輸入信號(hào)的信噪比。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,往往要對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)行采集,即所謂多路巡回檢測,這可通過多路模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。多路模擬開關(guān)可以分時(shí)選通來自多個(gè)輸入通道的某一信號(hào),因此,在多路模擬開關(guān)后的單元電路,如采樣/保持電路、A/D及處理器電路等,只需一套即可。這樣,節(jié)省成本和體積。但這僅僅在物理量變化比較緩慢、變化周期在數(shù)十至數(shù)百毫秒之間的情況下較合適,因?yàn)檫@時(shí)可以使用普通的數(shù)十微秒A/D轉(zhuǎn)換器從容地分時(shí)處理這些信號(hào)。當(dāng)分時(shí)通道較多時(shí),必須注意泄漏及邏輯安排等問題。當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí),使用多路模擬開關(guān)后,對(duì)A/D的轉(zhuǎn)換速率要求也隨之上升。采樣速率超過40~50kHz時(shí),一般不再使用分時(shí)的多路模擬開關(guān)技術(shù)。多路模擬開關(guān)有時(shí)也可以安排在放大器之前,但當(dāng)輸入的信號(hào)電平較低時(shí),需注意選擇多路模擬開關(guān)的類型。若選用集成電路的模擬多路開關(guān),由于它比干簧或繼電器組成的多路開關(guān)導(dǎo)通電阻大、泄漏電流大,因而有較大的誤差

產(chǎn)生。因此,要根據(jù)具體情況來選擇多路模擬開關(guān)的類型。多路模擬開關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分,它包括采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換電路。采樣/保持電路的作用是快速拾取多路模擬開關(guān)輸出的信號(hào),并保持幅值恒定,以提高A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。如果把采樣/保持電路放在多路模擬開關(guān)之前(每道一個(gè)),還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)信號(hào)進(jìn)行同步采樣。

采樣/保持器輸出的信號(hào)送至A/D轉(zhuǎn)換器,A/D轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。由于輸入信號(hào)變化速度不同,系統(tǒng)對(duì)分辨力、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同,因此,A/D轉(zhuǎn)換器的種類也較多。早期的采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器需要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員自行設(shè)計(jì),目前普遍采用單片集成電路,有的單片A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部還包含有采樣/保持電路、基準(zhǔn)電源和接口電路,這為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了較大方便。如果傳感器輸出的就是數(shù)字量,一般也需經(jīng)過數(shù)字信號(hào)調(diào)理,將信號(hào)整形或調(diào)整電平,變?yōu)橛?jì)算機(jī)可接受的信號(hào),并經(jīng)緩沖、鎖存再送到計(jì)算機(jī)相應(yīng)的I/O口。采集的數(shù)據(jù)

經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后,其結(jié)果經(jīng)適當(dāng)分配輸出給打印、顯示及其他器件,以供人們觀察、分析或?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制。整個(gè)數(shù)據(jù)的采集過程和數(shù)據(jù)處理及控制均在微機(jī)控制下進(jìn)行,所以微機(jī)

系統(tǒng)是DAS的核心部分。7.2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有如下主要特點(diǎn):

(1)一般都由計(jì)算機(jī)控制,使得數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率等大為提高,也節(jié)省了硬件投資。

(2)軟件在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用越來越大,這增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。

(3)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理相互結(jié)合得日益緊密,形成數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、處理到控制的全部工作。

(4)數(shù)據(jù)采集過程一般都具有“實(shí)時(shí)”特性,實(shí)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是能滿足實(shí)際需要;對(duì)于通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般希望有盡可能高的速度,以滿足更多的應(yīng)用環(huán)境。

(5)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,電路集成度的提高,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積越來越小,可靠性越來越高。

(6)總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用,總線技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要作用。7.2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

1.系統(tǒng)分辨率

系統(tǒng)分辨率是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號(hào)最小變化量。通常用最低有效位(LSB)占系統(tǒng)滿度信號(hào)的百分比表示,或用系統(tǒng)可分辨的實(shí)際電壓數(shù)值來表示,有時(shí)也用滿

度信號(hào)可以分的級(jí)數(shù)來表示。表7－1表示出了滿度值為10V時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率。

2.系統(tǒng)精度

系統(tǒng)精度是指當(dāng)系統(tǒng)工作在額定采集速率下,每個(gè)離散子樣的轉(zhuǎn)換精度。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。實(shí)際的情況是,系統(tǒng)精度往往達(dá)不到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度,

這是因?yàn)橄到y(tǒng)精度取決于系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)(部件)的精度。例如,前置放大器、濾波器、多路模擬開關(guān)等,只有這些部件的精度都明顯優(yōu)于A/D轉(zhuǎn)換器精度時(shí),系統(tǒng)精度才能達(dá)到

A/D的精度。這里還應(yīng)注意系統(tǒng)精度與系統(tǒng)分辨率的區(qū)別。系統(tǒng)精度是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值與理論輸出值之差,它是系統(tǒng)各種誤差的總和,通常表示為滿度值的百分?jǐn)?shù)。

3.采集頻率

采集頻率又稱為系統(tǒng)通過速率、吞吐率等,是指在滿足系統(tǒng)精度指標(biāo)的前提下,系統(tǒng)對(duì)輸入模擬信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)所完成的采集次數(shù),或者說是系統(tǒng)每個(gè)通道、每秒鐘可采集

的子樣數(shù)目。這里所說的“采集”,包括對(duì)被測物理量進(jìn)行采樣、量化、編碼、傳輸、存儲(chǔ)等的全部過程。在時(shí)間域上,與采集頻率對(duì)應(yīng)的指標(biāo)是采樣周期,它是采樣頻率的倒數(shù),它

表示了系統(tǒng)每采集一個(gè)有效數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。

4.動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍是指某個(gè)物理量的變化范圍。信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍是指信號(hào)的最大幅值和最小幅值之比的分貝數(shù),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍通常定義為所允許輸入的最大幅值Vimax

與最小幅值Vimin之比的分貝數(shù),即(7－1)式中,最大允許幅值Vimax是指使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的放大器發(fā)生飽和或者是使模/數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)生溢出的最小輸入幅值。最小允許輸入值Vimin一般用等效輸入噪聲電平VIN

來代替。對(duì)大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的高精度采集時(shí),還要用到“瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍”這樣一個(gè)概念。所謂瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍,是指某一時(shí)刻系統(tǒng)所能采集到的信號(hào)的不同頻率分量幅值之比的最大值,即幅度最大頻率分量的幅值A(chǔ)fmax與幅度最小頻率分量的幅值A(chǔ)fmin之比的分貝數(shù)。若用I

表示瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍,則有(7－2)

5.非線性失真

非線性失真也稱諧波失真。當(dāng)給系統(tǒng)輸入一個(gè)頻率為f的正弦波時(shí),其輸出中出現(xiàn)很多頻率kf(k為正整數(shù))的新的頻率分量的現(xiàn)象,稱為非線性失真。諧波失真系數(shù)用來衡量系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真的程度。它通?？杀硎緸?7－3)7.2.4采樣過程與采樣定理

計(jì)算機(jī)是一臺(tái)數(shù)字化設(shè)備,它只能處理數(shù)字信息,故使用計(jì)算機(jī)處理信號(hào)時(shí)必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,稱為模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換,或稱為數(shù)據(jù)采集。將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可接受的離散數(shù)字信號(hào)需要兩個(gè)環(huán)節(jié):首先是采樣,由連續(xù)模擬信號(hào)得到離散信號(hào);然后再通過A/D轉(zhuǎn)換,變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)的數(shù)字化過程如圖7-2所示。圖7-2模擬信號(hào)的數(shù)字化過程圖7-3采樣過程示意圖設(shè)采樣開關(guān)閉合時(shí)間為τ,則采樣后得到的寬度為τ,幅值隨x(t)變化的脈沖序列如圖7－4(a)所示,采樣信號(hào)xs(t)可以看作是原信號(hào)x(t)與一個(gè)幅值為1的開關(guān)函數(shù)s(t)的乘積,即式(7－4)中,s(t)是周期為Ts

、脈沖寬度為τ

、幅值為1的脈沖序列(見圖7－4(b))。因此,采樣過程實(shí)質(zhì)上是一種調(diào)制過程,可以用一乘法器來模擬,如圖7－4(c)所示。圖7－4由于脈沖寬度τ

遠(yuǎn)小于采樣周期Ts

。因此,可近似認(rèn)為τ

趨近于零,用單位脈沖序列δTs(t)來代替s(t),如圖7-5所示,δTs(t)可表示為(7－5)(7－6)圖7-5采樣定理為使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)選擇采樣頻率奠定了理論基礎(chǔ),采樣定理所規(guī)定的最低的采樣頻率是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須遵守的規(guī)則。在實(shí)際使用時(shí),由于:

(1)信號(hào)x(t)的最高頻率難以確定,特別是當(dāng)x(t)中有噪聲時(shí),則更為困難。

(2)采樣理論要求在取得全部采樣值后才能求得被采樣函數(shù),而實(shí)際上在某一采樣時(shí)刻,計(jì)算機(jī)只取得本次采樣值和以前各次采樣值,而必須在以后的采樣值尚未取得的情況下進(jìn)行計(jì)算分析。

因此,實(shí)際的采樣頻率取值高于理論值,一般為信號(hào)最高頻率的5~10倍。

2.量化

量化就是將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的過程。它是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器所要完成的主要功能。量化電平(QuantizedLevel)定義為滿量程電壓(或稱滿度信號(hào)值)VFSR與2的N

次冪的比值,

其中,N

為數(shù)字信號(hào)Xd

的二進(jìn)制位數(shù)。量化電平(也稱量化單位)一般用q

來表示,故(7－7)圖7－6為模擬信號(hào)Xa

的量化過程。圖7－6(a)中,量化電平為q,量化誤差(Quantization

Error)e

為數(shù)字信號(hào)Xd對(duì)應(yīng)的理論電壓值與模擬信號(hào)X

a

之差,其值在0與-q

之間,即-q≤e≤0。圖7－6(b)中,量化電平仍為q,但模擬信號(hào)Xa偏置q/2。當(dāng)-q/2≤Xa<q/2時(shí),Xd為000;當(dāng)q/2≤Xa<3q/2時(shí),Xd

為001;……顯然量化誤差可表示為-q/2≤e<q/2,誤差交替取正、負(fù)值。圖7－6模擬信號(hào)Xa

的量化過程即使模擬信號(hào)X

a為無噪聲信號(hào),經(jīng)過ADC量化后,數(shù)字信號(hào)Xd

也將包含噪聲。也就是說,量化誤差是一種原理性誤差,它只能減小而不可能徹底消除。

對(duì)量化與量化噪聲可以進(jìn)一步討論如下:用一基本量(現(xiàn)為量化電平q)對(duì)與基本量具有同一量綱的一個(gè)模擬量進(jìn)行比較的過程稱為量化。顯然比較的結(jié)果可分為兩部分:

(1)整數(shù)部分———量化電平q

的整數(shù)倍。

(2)余下部分———不足一個(gè)基本單位q,即為量化誤差(量化噪聲)。上述概念用數(shù)學(xué)表達(dá)式說明為(7－8)由于受二進(jìn)制字長的限制(碼位限制),設(shè)變換到第n

位停止,因此有(7－9)忽略的bn+1

、bn+2

、…表示了變換誤差,即量化噪聲。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)(也就是二進(jìn)制代碼的個(gè)數(shù))是ADC的分辨率,也表征了ADC的動(dòng)態(tài)范圍。通常將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍定義為轉(zhuǎn)換器最高有效位與最低有效位的比值。一定的位數(shù)也相當(dāng)于一定的量化精度。

ADC的分辨率與其動(dòng)態(tài)范圍是兩個(gè)相關(guān)的參數(shù),但有不同的含義。

這里還要指出,輸入信號(hào)較大時(shí),相對(duì)量化誤差較小,輸入信號(hào)較小時(shí),相對(duì)量化誤差較大。例如,輸入值為滿量程的1/10時(shí),量化誤差相對(duì)擴(kuò)大10倍。以8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器

為例,這時(shí)峰值信號(hào)與均方根誤差比從883倍變成88.3倍,相應(yīng)分貝數(shù)從59dB變成39dB。一般使用時(shí)要求的輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍必須與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器相適應(yīng)。

3.編碼

模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程的最后階段是編碼。編碼是指把量化信號(hào)的電平用數(shù)字代碼表示。編碼有多種形式,最常用的是二進(jìn)制編碼。在數(shù)據(jù)采集中,被采集的模擬信號(hào)是有極性的,

因此,編碼也分單極性編碼與雙極性編碼兩大類。在應(yīng)用時(shí),可根據(jù)被采集信號(hào)的極性來選擇編碼形式。

1)單極性編碼

常用的單極性的編碼有二進(jìn)制碼和十進(jìn)制碼兩種。

(1)二進(jìn)制碼。這是單極性碼中使用最普遍的一種碼制。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中經(jīng)常使用的是二進(jìn)制分?jǐn)?shù)碼。在這種碼制中,一個(gè)(十進(jìn)制)數(shù)D

的量化電平可表示為

(2)十進(jìn)制(BCD)編碼。盡管上面介紹的二進(jìn)制編碼是普遍使用的一種碼制,但在系統(tǒng)的接口中,經(jīng)常使用另一些碼制,以滿足特殊的需要。例如,在數(shù)字電壓表、光柵數(shù)顯表

中,數(shù)字總是以十進(jìn)制形式顯示的,以便于人們讀數(shù)。在這種情況下,二-十進(jìn)制碼有它的優(yōu)越性。

BCD編碼中,用一組4位二進(jìn)制碼來表示一位0~9的十進(jìn)制數(shù)。例如,一個(gè)電壓按8421(即23222120)進(jìn)行BCD編碼,則有(7－12)

2)雙極性編碼

在很多情況下,模擬信號(hào)是雙極性的,即有時(shí)是正值,有時(shí)是負(fù)值,這種情況下,就需要用雙極性編碼來表示。雙極性編碼也有多種形式,常見的有符號(hào)-數(shù)值碼、偏移二進(jìn)制碼、補(bǔ)碼。表7－2給出這三種編碼的示例。

(1)符號(hào)-數(shù)值碼。在這種碼制中,最高位為符號(hào)位(通?！?”表示正,“1”表示負(fù)),其他各位是數(shù)值。這種碼制與其他碼制比較,其優(yōu)點(diǎn)是依賴在零的附近變動(dòng)1LSB時(shí),數(shù)值

碼只有最低位改變,這意味著不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的瞬態(tài)效應(yīng),參見表7－2。從表7－2中可以看出,其他雙極性碼在零點(diǎn)附近都會(huì)產(chǎn)生主碼躍遷,即數(shù)值碼的所有位全都發(fā)生變化,因而可能產(chǎn)生嚴(yán)重的瞬態(tài)效應(yīng)和誤差。符號(hào)-數(shù)值編碼的缺點(diǎn)是,有兩個(gè)碼表示零,0+為0000,0-為1000。因此從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的角度看,符號(hào)-數(shù)值編碼的轉(zhuǎn)換器電路要比其他雙極性碼復(fù)雜。

(2)偏移二進(jìn)制碼。這是轉(zhuǎn)換器最容易實(shí)現(xiàn)的雙極性碼制。從表7－2可以看出,一個(gè)模擬輸出量Uo,當(dāng)用偏移二進(jìn)制碼表示時(shí),其代碼完全按照二進(jìn)制碼的方式變化,不同之

處只是前者的代碼簡單地用滿量程值加以偏移。

以4位二進(jìn)制碼為例,代碼的偏移情況如下:

·代碼為0000時(shí),表示模擬負(fù)滿量程值;

·代碼為1000時(shí),表示模擬零;

·代碼為1111時(shí),表示模擬正滿量程值減1LSB。(7－13)(3)補(bǔ)碼。表示雙極性信號(hào)時(shí),用補(bǔ)碼是比較方便的,由于這樣可以用加法運(yùn)算代替減法運(yùn)算,因此,它是一種很適合算術(shù)運(yùn)算的編碼。將偏移二進(jìn)制碼的符號(hào)位取反即可得到補(bǔ)碼。另一種構(gòu)成補(bǔ)碼的方法是:正數(shù)n

位補(bǔ)碼N,其數(shù)值與原碼完全相同;負(fù)數(shù)n

位補(bǔ)碼-N

的構(gòu)成方法是,先將其正數(shù)n

位原碼N逐位取反,然后在最低位加1即可得到相應(yīng)的補(bǔ)碼。7.2.5數(shù)據(jù)采集通道的設(shè)計(jì)原則和芯片的選擇

一個(gè)好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅體現(xiàn)在電路性能指標(biāo)達(dá)到要求,同時(shí)需要考慮經(jīng)濟(jì)性。在電路設(shè)計(jì)和芯片的選擇時(shí)要綜合考慮轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、使用條件、經(jīng)濟(jì)性能等因素。另外

對(duì)系統(tǒng)的軟硬件要統(tǒng)一權(quán)衡考慮。設(shè)計(jì)中,在CPU處理數(shù)據(jù)的速度允許且存儲(chǔ)容量又有足夠余量的情況下,應(yīng)充分利用微機(jī)的軟件資源,由軟件代替硬件以節(jié)約硬件開支、減小

體積。

A/D、S/H、多路開關(guān)等電路的集成芯片種類繁多,為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在芯片功能、特性等方面進(jìn)行選擇提供了較大的自由度。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)對(duì)如下幾個(gè)方面提出明確要求:

(1)模擬量輸入范圍、信號(hào)源與負(fù)載阻抗是多少,輸入電壓的極性;

(2)對(duì)數(shù)字量碼制的要求,是二進(jìn)制還是二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式;

(3)系統(tǒng)邏輯電平是多大,TTL、DTL、CMOS還是低壓CMOS;

(4)系統(tǒng)允許的漏碼;

(5)輸入信號(hào)的特性及信號(hào)的有限帶寬頻率;

(6)系統(tǒng)環(huán)境條件,溫度范圍、供電電源的可靠性、期望的轉(zhuǎn)換精度是多少、有無特殊的環(huán)境限制需要設(shè)計(jì)時(shí)考慮,如高濕度、高功率、振動(dòng)及空間的限制。除以上一般考慮外,對(duì)每一部件還有專門的考慮。對(duì)A/D通道需考慮:

(1)模擬輸入范圍,被測量信號(hào)的分辨率是多少;

(2)線性誤差是多少,相對(duì)精度及刻度的穩(wěn)定性是多少;

(3)在周圍環(huán)境溫度變化下,各種誤差限制在什么范圍內(nèi);

(4)完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間;

(5)系統(tǒng)電源穩(wěn)定性的要求是多少,由于電源的變化,引起的允許誤差是多少等。對(duì)于采樣/保持器應(yīng)從如下幾個(gè)方面加以考慮:

(1)輸入信號(hào)范圍是多少;

(2)多路通道切換率是多少,期望的采樣/保持器的采集時(shí)間是多少;

(3)所需精度(包括增益、線性度及偏置誤差)是多少;

(4)在保持期間允許的電壓下降是多少;

(5)通過多路開關(guān)及信號(hào)源的串聯(lián)電阻的保持器旁路電流引起偏差是多少。

7.3小波分析方法7.3.1小波變換

1.小波變換的定義設(shè)函數(shù)ψ(t)的傅里葉變換為Ψ(jΩ),若它滿足(7－14)則稱ψ(t)為基本小波函數(shù)。式(7－14)中,R*表示(-∞,0)∪(0,+∞)。該式常稱為小波函數(shù)的容許性條件。實(shí)際上,式(7－14)等價(jià)于(7－15)引入尺度因子a和平移因子b,設(shè)a,b∈R,a≠0,ψ(t)在a

、b

作用下得到連續(xù)小波函數(shù)(7-16)于是可以定義信號(hào)f(t)∈L2(R)的連續(xù)小波變換(CWT)為利用Fourier變換的Parseval恒等式,易證得連續(xù)小波變換的逆變換(ICWT)為(7-18)(7-21)(7-22)7.3.2離散小波變換的快速算法———Mallat算法圖7－7函數(shù)空間分解示意圖該式正是兩相鄰分辨率的離散逼近信號(hào)之間的遞推關(guān)系式。式中的h(·)是由式(7－38)定義的一個(gè)數(shù)字濾波器,有時(shí)稱之為尺度濾波器,它在Mallat算法中起核心作用。式(7－39)反映了多分辨率分析中兩相鄰分辨率之間的關(guān)系。還可以看到,數(shù)字濾波器h(n)和尺度函數(shù)φ(t)是緊密相連的。圖7－8Mallat信號(hào)分解算法(7－52)圖7－9Mallat信號(hào)重構(gòu)算法 7.4虛擬儀器7.4.1概述傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)或儀器主要由三個(gè)功能塊組成:信號(hào)的采集與控制、信號(hào)的分析與處理、結(jié)果的表達(dá)與輸出。由于這些功能塊基本上是以硬件或固化的軟件形式存在,儀器只能由生產(chǎn)廠家來定義和制造,因此傳統(tǒng)儀器設(shè)計(jì)復(fù)雜、靈活性差,整個(gè)測試過程幾乎僅限于簡單地模仿人工測試的步驟,在一些較為復(fù)雜和測試參數(shù)較多的場合下,使用起來很不方便。計(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和普及,有力地促進(jìn)了多年來發(fā)展相對(duì)緩慢的儀器技術(shù)。目前正在研究的第三代自動(dòng)測試系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)處于核心地位,計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)

和測試系統(tǒng)緊密地結(jié)合組成了一個(gè)有機(jī)整體,使儀器的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)等發(fā)生了突破性的變化,由此產(chǎn)生了一種新的儀器概念———虛擬儀器。由于虛擬儀器是用軟件來集成儀器所有的采集、控制、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果輸出和用戶界面等功能,使傳統(tǒng)儀器的某些硬件乃至整個(gè)儀器都能被計(jì)算機(jī)軟件所代替。因此,從某種意義上可以說,在虛擬儀器中,軟件

就是儀器。虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類,它是計(jì)算機(jī)硬件資源、儀器測/控硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通信及圖形用戶界面

的軟件之間的有效結(jié)合。虛擬儀器通過提供給用戶組建自己儀器的可重用源代碼庫、處理模塊間通信、定時(shí)、觸發(fā)等功能,強(qiáng)調(diào)在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,通過軟件和軟面板,把

由廠家定義的傳統(tǒng)儀器轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩舳x的、由計(jì)算機(jī)軟件和幾種模塊組成的專用儀器。

虛擬儀器的出現(xiàn),徹底打破了傳統(tǒng)儀器僅由廠家定義、用戶無法改變的模式,而給了用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。虛擬儀器的基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊。其中,硬件接口模塊包括插入式數(shù)據(jù)采集卡(DataAQuisition,DAQ)、串/并口、GPIB(GeneralPurpose

InterfaceBus,GPIB)卡、VXI控制器以及其他接口卡。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)、GPIB儀器控制系統(tǒng)、VXI儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合。在這里,硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入、輸出,軟件才是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)儀器相比,虛擬儀器有如下特點(diǎn):

(1)打破了傳統(tǒng)儀器的“萬能”功能概念,將信號(hào)的分析、顯示、存儲(chǔ)、打印和其他管理功能集中起來交由計(jì)算機(jī)來處理。由于充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù),完善了數(shù)據(jù)的傳輸、交換等

性能,使得組建的系統(tǒng)變得更加靈活、簡單。

(2)強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器”的概念,軟件在儀器中充當(dāng)了以往由硬件實(shí)現(xiàn)的角色。由于減少了許多隨時(shí)間可能漂移、需要定期校準(zhǔn)的分立式模擬硬件,加上標(biāo)準(zhǔn)化總線的使用,使系統(tǒng)的測量精度、測量速度和可重復(fù)性都大大提高。

(3)儀器由用戶自己定義,系統(tǒng)的功能、規(guī)模等均可通過軟件修改、增減,并可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其他應(yīng)用連接。

(4)鑒于虛擬儀器的開放性和功能軟件的模塊化,用戶可以將儀器的設(shè)計(jì)、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn),使資源的可重復(fù)利用率提高,系統(tǒng)組建時(shí)間縮短,功能易于擴(kuò)展,管理規(guī)范,使用簡便,軟/硬件生產(chǎn)、維護(hù)和開發(fā)的費(fèi)用降低。

(5)由于虛擬儀器技術(shù)是建立在當(dāng)今最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)基礎(chǔ)上的,技術(shù)更新快。7.4.2虛擬儀器的構(gòu)成

一個(gè)虛擬儀器的基本構(gòu)成框圖如圖7－10所示。由圖可知,儀器的構(gòu)成主要有兩大部分:硬件和軟件。硬件部分主要包括數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)、GPIB接口儀器、VXI儀器,另外將PLC、現(xiàn)場總線設(shè)備也放入了硬件部分,因?yàn)榘礃?gòu)成儀器的三大功能部件來看,過程控制系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)也可歸納到虛擬儀器中來。虛擬儀器的軟件部分主要包括集成的

開發(fā)環(huán)境與儀器硬件的接口以及虛擬儀器的用戶界面。其中尤以美國國家儀器公司(NI)的LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)組成軟件部分主體。以下分別加以介紹。圖7－10虛擬儀器的基本構(gòu)成框圖

1.虛擬儀器的硬件模塊

在虛擬儀器中,插入式數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)是最常用的接口形式之一,其功能是將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)中。目前插入式數(shù)據(jù)采集卡已具有兆赫級(jí)的采樣速度,精度高達(dá)24位,

具有可靠性高、功能靈活、性/價(jià)比高等特點(diǎn)。用數(shù)據(jù)采集卡配以計(jì)算機(jī)平臺(tái)和虛擬儀器軟件,便可構(gòu)成各種數(shù)據(jù)采集與控制儀器/系統(tǒng),如信號(hào)發(fā)生器、電路和器件測試儀等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能除了精度、采樣頻率、通道數(shù)等指標(biāo)以外,還應(yīng)有各種軟件平臺(tái)下的驅(qū)動(dòng)程序,用戶構(gòu)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí),能方便地得到測量結(jié)果。目前很多數(shù)據(jù)采集板卡都附帶了非常友好的驅(qū)動(dòng)程序。用戶對(duì)它的工作模式和采樣參數(shù)設(shè)定很方便,數(shù)據(jù)的讀/寫也很容易。不像原來的數(shù)據(jù)采集板,要用戶來寫底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。目前,美國NI公司設(shè)計(jì)的虛擬儀器配有專門的數(shù)據(jù)采集卡。對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的編程很簡單,數(shù)據(jù)讀/寫和結(jié)果顯示只要對(duì)圖標(biāo)作一連線即完成。比如要將數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)送至虛擬示波器顯示,只要在數(shù)據(jù)采集卡的圖標(biāo)和虛擬示波器圖標(biāo)之間連一根線,就完成了全部的編程工作。虛擬儀器以可視化、形象化和簡單化的方式,完成計(jì)算機(jī)設(shè)備層的驅(qū)動(dòng)、訪問和數(shù)據(jù)讀/寫。當(dāng)然,在這看似簡單的虛擬操作背后,實(shí)際是由系統(tǒng)軟件來自動(dòng)完成眾多功能子程序的組建和集合。但應(yīng)注意,不是任何數(shù)據(jù)采集板卡都能被虛擬儀器所使用。只有在虛擬儀器設(shè)備驅(qū)動(dòng)庫中有的板卡,才能直接往上掛接;否則,用戶就要為自己的板卡寫DLL驅(qū)動(dòng)程序。

2.虛擬儀器的軟件模塊

在確定的硬件基礎(chǔ)條件下,虛擬儀器構(gòu)造和使用的關(guān)鍵就是應(yīng)用不同的軟件來實(shí)現(xiàn)不同的功能。如前所述,虛擬儀器的應(yīng)用軟件主要包括集成的開發(fā)環(huán)境、儀器硬件的高級(jí)接

口和虛擬儀器的用戶界面。虛擬儀器的應(yīng)用軟件由用戶編制,可以采用各種編程軟件。提高計(jì)算機(jī)軟件編程效率是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問題,而提高軟件編程效率的關(guān)鍵是采用面向?qū)ο蟮木幊谭绞健?/p>

LabVIEW作為一種完全圖形化的編程環(huán)境,其主要優(yōu)點(diǎn)有:

(1)使用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人-機(jī)界面。針對(duì)測量的過程控制領(lǐng)域,NI公司在LabVIEW中建了大量的儀器面板的控制對(duì)象,如表頭、旋鈕、圖表、示波器等,用

戶還可以通過控制編輯器將現(xiàn)有的控制對(duì)象修改成適合自己工作領(lǐng)域的控制對(duì)象。

(2)使用圖標(biāo)表示功能模塊,使用圖標(biāo)間的連線表示在各功能模塊間傳遞的數(shù)據(jù),使用為大多數(shù)工程師和科學(xué)家所熟悉的數(shù)據(jù)流程圖式的語言書寫程序源代碼。這樣使得編程過程與思維過程非常近似。

(3)提供程序調(diào)試功能,用戶可以在源代碼中設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行源代碼,在源代碼中的數(shù)據(jù)流連線上設(shè)置探針,在程序運(yùn)行過程中觀察數(shù)據(jù)流的變化。在數(shù)據(jù)流程圖中以較慢的速度運(yùn)行程序,根據(jù)連線上顯示的數(shù)據(jù)值檢查程序運(yùn)行的邏輯狀態(tài)。

(4)繼承了傳統(tǒng)的編程語言中的結(jié)構(gòu)化和模塊化編程的優(yōu)點(diǎn),這對(duì)于建立復(fù)雜應(yīng)用的代碼的可重復(fù)性來說是至關(guān)重要的。

(5)采用編譯方式運(yùn)行32位應(yīng)用程序,解決了用解釋方式運(yùn)行程序的圖形化編程平臺(tái)時(shí)運(yùn)行程序速度慢的問題。

(6)支持多種系統(tǒng)平臺(tái)。如Macintosh、PowerMacintosh、HPUX、SunSPARC、Windows3.x、Windows95和WindowsNT。NI公司在這些系統(tǒng)平臺(tái)上都提供了相應(yīng)版本的LabVIEW。并且,在任何一個(gè)平臺(tái)上開發(fā)的LabVIEW應(yīng)用程序,均可直接移植到其他平臺(tái)上。

(7)提供了大量的函數(shù)庫供用戶直接調(diào)用。從基本的數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串處理函數(shù)、數(shù)組運(yùn)算函數(shù)和文件I/O函數(shù)到高級(jí)的數(shù)字信號(hào)處理函數(shù)和數(shù)值分析函數(shù),從底層的VXI儀器、數(shù)據(jù)采集和總線接口硬件的驅(qū)動(dòng)程序,到世界各大儀器廠商的GPIB儀器的驅(qū)動(dòng)程序,LabVIEW都有現(xiàn)成的模塊幫助用戶方便、迅速地組建自己的應(yīng)用系統(tǒng)。

(8)提供DLL庫接口和CIN節(jié)點(diǎn)來使用戶有能力在LabVIEW平臺(tái)上使用其他軟件平臺(tái)編譯的模塊。因此,LabVIEW是一個(gè)開放式的開發(fā)平臺(tái),用戶能夠在該平臺(tái)上使用其他軟件開發(fā)平臺(tái)生成的模塊。

LabVIEW的基本程序單位是一個(gè)VI(VirtualInstrument)。對(duì)于簡單的測試任務(wù),可以由一個(gè)VI之間的層次調(diào)用結(jié)構(gòu)構(gòu)成,高層功能的VI調(diào)用一個(gè)或多個(gè)低層的特殊功能的VI,如圖711所示。可見,LabVIEW中的VI相當(dāng)于常規(guī)語言中的程序模塊,通過它實(shí)現(xiàn)了軟件的重用。每一個(gè)LabVIEW中的VI均由兩部分組成,即前面板(FrontPanel)和方塊圖(BlockPanel)。前面板是用戶進(jìn)行測試時(shí)的主要輸入/輸出界面,用戶通過Controls菜單在面板上選擇控制及顯示功能,從而完成測試的設(shè)置及結(jié)果顯示。其中控制包括各種類型的輸入,如

數(shù)字輸入、布爾輸入、字符串輸入等;顯示包括各種類型的輸出,如圖形、表格等。各個(gè)VI的建立、存取、關(guān)閉及管理操作也均由面板上的命令菜單完成。作為一種圖形程序設(shè)計(jì)語言,LabVIEW內(nèi)部集成了大量的生成圖形界面的模板,如各種開關(guān)、旋鈕、表頭、刻度桿、指示燈等,包含了組成一個(gè)儀器所需的主要部件,而且用戶也可方便地設(shè)計(jì)庫中沒有

的儀器。圖7－11虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)

LabVIEW的最大特點(diǎn)就是:采用全圖形化編程,在計(jì)算機(jī)屏幕上利用其內(nèi)含的