虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　3 虛擬儀器系統(tǒng)的組建方案

　　在虛擬儀器系統(tǒng)的組建方案，主要包括底層硬件、軟硬件接口、應(yīng)用程序以及驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

　　3.1 制定所設(shè)計(jì)儀器的接口形式

　　如果儀器設(shè)備具有RS-232串行接口，則直接用連線將儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)的RS-232串行口連接即可。如果是GPIB接口，需要額外配備一塊GPIB-488接口板，將接口板插入計(jì)算機(jī)的ISA插槽，建立起計(jì)算機(jī)與儀器設(shè)備之間的通信橋梁。如果使用計(jì)算機(jī)來控制VXI總線設(shè)備，則需要配置一塊GPIB接口卡，通過GPIB 總線與VXI主機(jī)箱零槽模塊通信。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(jì)算機(jī)。DAQ數(shù)據(jù)采集卡是基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的，因此可以將數(shù)據(jù)采集卡直接插到計(jì)算機(jī)的插槽上。

　　3.2 開發(fā)硬件采集卡

　　一種典型的數(shù)據(jù)采集卡組成包括，先用傳感器把非電的物理量轉(zhuǎn)變成模擬電量，采樣/保持器可以保持信號，實(shí)現(xiàn)對瞬時(shí)信號進(jìn)行采集，以便ADC進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，提高ADC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。實(shí)現(xiàn)在測量中同時(shí)對多路模擬信號進(jìn)行采樣。多路模擬開關(guān)可以分時(shí)選通來自多個輸入通道的某一路信號，這樣在多路開關(guān)后的單元電路，只需一套即可，也可以采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行多路選擇控制。當(dāng)傳感器輸出的信號比較小，可以用放大器放大和緩沖輸入信號，如果采用的是可編程增益放大器就可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行增益選擇控制確定增益倍數(shù)。精度及性能是儀器系統(tǒng)的生命，而這完全依賴于提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的信號采集控制電路，因此在硬件采集電路的設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)所設(shè)計(jì)的虛擬儀器所要達(dá)到的性能指標(biāo)和被測信號的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理與否，對系統(tǒng)的可靠性、性能價(jià)格比等有直接影響，在硬件和軟件功能的設(shè)計(jì)上要盡量使虛擬儀器的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本低廉，選用合適的單元器件，盡可能的提高采集卡采集的精度和速度。

　　3.3 確定設(shè)計(jì)采集卡的設(shè)備驅(qū)動程序方案

　　采集卡的設(shè)備驅(qū)動程序是控制各種硬件采集卡的驅(qū)動程序，是連接主控計(jì)算機(jī)與信號采集調(diào)理部件的紐帶。驅(qū)動程序的實(shí)質(zhì)是為用戶提供了用于儀器操作的較抽象的操作函數(shù)集，它是虛擬儀器核心軟件之一。

　　3.4 確定虛擬儀器系統(tǒng)應(yīng)用程序編程語言

　　虛擬儀器系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在體現(xiàn)整個系統(tǒng)的性能和靈活性方面作用很大，因此在開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)的軟件部分時(shí)，首先要根據(jù)所開發(fā)的虛擬儀器功能和性能，確定應(yīng)用程序和軟面板程序的模塊結(jié)構(gòu)和功能，畫出各部分的流程圖，采用合適的編程語言。在編制虛擬儀器軟件中可采用兩種編程方法。一種是采用面向?qū)ο蟮目梢暬母呒壘幊陶Z言，如VC++、VB和Delphi等編寫虛擬儀器的軟件，這種方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)靈活性高，易于擴(kuò)充和升級維護(hù)。另一種是采用圖形化編程方法，如LabVIEW，HPVEE，采用圖形化編程的優(yōu)勢是軟件開發(fā)周期短、編程較簡單，特別適合工程技術(shù)人員使用?？傊诰帉懗绦驎r(shí)，要盡可能的讓每一模塊都有一定的獨(dú)立性，模塊之間明確定義接口，模塊之間可以采用數(shù)據(jù)傳遞的形式進(jìn)行聯(lián)系。

　　3.5 軟件調(diào)試和運(yùn)行

　　程序編寫好以后要對各模塊進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行，可以通過采集各種標(biāo)準(zhǔn)信號來驗(yàn)證虛擬儀器系統(tǒng)功能的正確性和性能的優(yōu)良性。

　　4 結(jié)束語

　　本文研究了虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，主要包括了虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成，虛擬儀器系統(tǒng)軟面板的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、以及虛擬儀器系統(tǒng)的組建方案，用虛擬儀器技術(shù)組建的系統(tǒng)，更加靈活、更緊湊、更經(jīng)濟(jì)、功能更強(qiáng)大。無論是測量、測試、計(jì)量或是工業(yè)過程控制和分析處理，還是其它更為廣泛的測控領(lǐng)域，設(shè)計(jì)虛擬儀器系統(tǒng)都是理想的、高效率的解決方案。