.,1,第4章數字化電測儀表,4.1概述4.2頻率/周期的數字化測量4.3相位的數字化測量4.4電壓的數字化測量4.4電阻、電容的數字化測量4.6電功率的數字化測量4.7微機化儀表,back,.,2,4.5電阻、電容的數字化測量,2）比率法,1）比例運算法,第4章數字化電測儀表,.,3,4.6電容的數字化測量,2)脈寬調制法,back,1)容抗法,第4章數字化電測儀表,.,4,4.6電功率的數字化測量,Uo0K1接通+UNUo0K2接通+UyUo0K2接通-Uy,第4章數字化電測儀表,單相功率測量,積分器輸出電壓：,由此得到被測電壓平均值：,同時,乘法器輸出電壓平均值為：,.,5,4.6電功率的數字化測量,第4章數字化電測儀表,讓Ux是被測負載端電壓，Ix是流經負載的電流，則E0與負載上消耗的功率數值成正比，可實現功率測量。,時間分割式乘法器波形圖,.,6,4.7微機化儀表,測量過程和控制的軟件化儀器硬件變得簡單、體積與功耗均減小、可靠性提高、靈活性增強、自動化程度更高。可實現簡單的人機對話、自檢、自診斷、自校準、LCD或LED顯示和打印輸出等。在軟件控制方式下，改換儀器功能并不需要更換硬件，僅改變軟件即可。這是傳統的純硬件式儀器所不及的。,第4章數字化電測儀表,微機化儀表的特點：,.,7,4.7微機化儀表,第4章數字化電測儀表,微機化儀表的特點：,.,8,多功能化增加了儀器的測量功能，是一臺純硬件儀器無法比擬的。靈活的功能切換、量程切換、算法切換、硬件模塊置換、顯示方式選擇、控制功能增選簡單公式,“儀器=AD/DA+CPU+軟件”,4.7微機化儀表,第4章數字化電測儀表,微機化儀表的特點：,.,9,4.7微機化儀表,第4章數字化電測儀表,微機化儀表的結構：,.,10,儀器儀表技術的發展有兩條主線：一條是從模擬儀表、數字化儀表到智能儀表；另一條是從單臺儀器、疊架式儀器系統到虛擬儀器。傳統的儀器是一個獨立的裝置，有機箱，操作面板，信號輸入輸出端，還有開關、旋鈕等。檢測結果輸出的方式有指針式表頭、數字式和圖形等，可能還有打印輸出。虛擬儀器一般由三大功能塊組成：信號的采集和控制、信號的分析與處理以及結果的表達與輸出。這些功能塊全部都是以硬件(或固化的軟件)的形式存在。,第4章數字化電測儀表,4.7.1虛擬儀器的概述,.,11,4.7.1虛擬儀器的概述,利用計算機軟硬件資源，把儀器的三大功能全部放在計算機上實現。在計算機中插入數據采集卡，用軟件在屏幕上生成儀器面板，用軟件來進行信號處理分析，實現傳統儀器的功能，這就是虛擬儀器。虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的個人計算機儀器。它由通用的個人計算機、模塊化功能硬件和控制軟件組成。在虛擬儀器系統中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀表的關鍵。操作者可以通過修改軟件的方法，方便地改變、增減儀器系統的功能與規模，所以有“軟件就是儀器”之說。,第4章數字化電測儀表,.,12,4.7.2虛擬儀器的系統構成,常用的虛擬儀器系統是數據采集系統、通用接口總線(GPIB)儀器控制系統、VXI儀器系統以及三者間的任意組合。,第4章數字化電測儀表,.,13,4.7.2虛擬儀器的系統構成,(1)數據采集系統,數據采集系統框圖,第4章數字化電測儀表,.,14,4.7.2虛擬儀器的系統構成,(2)GPIB儀器控制系統,通用接口總線GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)為PC機與可編程儀器之間的連接系統，定義了電氣、機械、功能和軟件特性，是虛擬儀器發展的第一階段。一個典型的GPIB測量系統由一臺PC機、一塊GPIB接口板卡和若干臺GPIB儀器通過標準的GPIB電纜連接而成。GPIB把可編程儀器與計算機緊密地聯系起來，從此電子測量由獨立的、手工操作的單臺儀器向組成大規模自動測試系統的方向邁進。,第4章數字化電測儀表,.,15,4.7.2虛擬儀器的系統構成,GPIB優點,可以用計算機實現對儀器的操作和控制，替代傳統的人工操作方式，實現自動測試，排除人為因素造成的測試誤差，提高了可靠性和效率。可以方便地將多臺儀器組合起來，形成較大的自動測試系統，高效、靈活地完成各種不同規模的測試任務。還可以很方便地擴展傳統儀器的功能。因為儀器同計算機連在一起，儀器測量的結果送到計算機里，在計算機這邊增加不同的分析處理算法，就相當于增加了儀器的功能。,第4章數字化電測儀表,.,16,4.7.2虛擬儀器的系統構成,(3)VXI儀器控制系統,VXI(VMEExtensionforInstrumentation)總線是一種高速計算機總線VME(VersaModuleEurocard)總線在儀器領域的擴展。VXIbus規范是一個開放的體系結構標準，其主要目標是使VXIbus器件之間、VXIbus器件與其它標準的器件（計算機）之間能夠以明確的方式開放地通信；使系統體積更小；通過使用高帶寬的吞吐量，為開發者提供高性能的測試設備；采用通用的接口來實現相似的儀器功能，使系統集成軟件成本進一步降低。,第4章數字化電測儀表,.,17,4.7.3虛擬儀器的軟件結構,測試管理層測試程序層儀器驅動層I/O接口層,第4章數字化電測儀表,.,18,4.7.3虛擬儀器的軟件結構,1、測試管理層(1)測試管理層是一個帶有易于操作界面、用于管理和執行某一測試任務、與設備無關的測試管理環境。(2)為測試系統與操作者交互、被測器件分析、順序測試、分支、循環等提供一個專門的測試運行程序，以密碼保護模式對不同部門的操作者提供多層登錄訪問。(3)測試管理層是一個與設備無關的軟件，因而采用開發式的設計結構就會提供更多的性能和靈活性。用戶可以自行設計開發基于標準化內核，而且能夠滿足不同要求的測試管理軟件層，有效地縮短了設計周期和節約了開支、維護費用。,第4章數字化電測儀表,.,19,4.7.3虛擬儀器的軟件結構,2、測試程序(虛擬儀器功能模塊)層（1）由不同的測試系統的組成模塊可以發現，針對某一產品而開發的功能測試模塊是一個有其特殊性的獨特的軟件組件，但其大多數的基本元素對所有的測試系統來說都是通用的。（2）目前國外出現了帶有大量通用、與設備無關的功能模塊庫的集成化編程環境。虛擬儀器軟件開發平臺，如NI公司的LabVIEW和HP公司的VEE等均具有此項特性。在這些軟件中，幾乎所有用于測量、控制和通訊模塊的程序代碼均已編寫完成，供用戶即調即用。,第4章數字化電測儀表,.,20,4.7.3虛擬儀器的軟件結構,3、儀器驅動層儀器驅動層是對儀器硬件進行通訊和控制的軟件層。（1）過去，這部分都是由用戶編寫，對每一個儀器硬件編制特殊的驅動代碼，開發周期很長。（2）今天，儀器驅動程序都是按模塊化、與設備無關的方式向用戶釋放，供用戶迅速將儀器鏈入自己的測試系統。（3）標準化的驅動程序還可以在不同的系統和配置中重復使用，節省了大量的開發費用。,第4章數字化電測儀表,.,21,4.7.3虛擬儀器的軟件結構,4、I/O接口層I/O接口軟件是測試系統軟件的基礎，用于處理計算機與儀器硬件間連接的底層通訊協議。當今優秀的虛擬儀器軟件都建立在一個標準化I/O接口軟件組件的通用內核上，為用戶提供一個一致的、跨計算機平臺的應用編程接口(API)，使用戶的測試系統能夠自由靈活地選擇不同的計算機平臺和儀器硬件。,第4章數字化電測儀表,.,22,4.7.4虛擬儀器的軟件開發平臺,NI公司：LabVIEW和LabWindows/CVIHP公司：VEETektronix公司：TekTMS使用LabVIEW開發平臺編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡稱為VI。VI包括三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標/連接器。,第4章數字化電測儀表,.,23,4.7.4虛擬儀器的軟件開發平臺,程序前面板用于設置輸入數值和觀察輸出量，模擬真實儀表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制，輸出量被稱為顯示。控制和顯示是以各種圖標形式出現在前面板上。,溫度計的前面板,第4章數字化電測儀表,.,24,4.7.4虛擬儀器的軟件開發平臺,虛擬示波器的前面板,第4章數字化電測儀表,.,25,4.7.4虛擬儀器的軟件開發平臺,框圖程序每一個程序的前面板都對應著一段框圖程序。框圖程序由端口、節點、圖框和連線構成。,溫度計的框圖程序,第4章數字化電測儀表,.,26,4.7.4虛擬儀器的軟件開發平臺,圖標/連接器圖標/連接器是子VI被其它VI調用的接口。圖標是子VI在其他程序框圖中被調用的節點表現形式；而連接器則表示節點數據的輸入/輸出口，就像函數的參數。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應。,溫度計的圖標/連接器,第4章數字化電測儀表,.,27,作業,13課本P61頁題3-6、3-12、3-15,第4章數字化電測儀表,back,4若測量fx=200Hz信號的周期，用該信號的半周期作為閘門信號，時標信號間隔為1微秒。(1)計算由量化誤差引起的測量(相對)誤