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1. 引言
        在电工电子这类工科课程中，实验是与课程相辅相成的实践性教学环节，有着至关重要的作用。它能够在巩固基础理论知识的基础上将理论联系实际，培养学生的实践技能、动手能力、初步设计能力和分析解决实际问题的基本能力，启发创新意识及创新思维潜力，为今后的进一步工作打下基础。
        电工电子实验系统由最初的单个仪器仪表发展到现在的智能网络型实验台。而这些实验台大多都只是单纯的对数据进行采集和管理，没有融入虚拟仪器技术。本文所设计的电工电子实验数据采集与处理系统是在智能网络型实验台的基础上增加虚拟仪器实现实验数据的实时采集、分析和处理功能。
        在设计中选用的开发系统是Windows XP，开发平台是NI公司的LabVIEW。之所以在这里选用LabVIEW进行开发是由于它具有强大的数据采集和处理功能，编程效率高。即使有无法完成的功能，也仍就能够通过外部接口调用其他语言来完成。近几年来，LabVIEW广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。在设计中采用的是LabVIEW不支持的普通数据采集卡，因此要在现有的情况下进行开发就必须编写LabVIEW与采集卡之间的驱动程序做为接口。
2. 系统的结构
        该系统包含以下几个部分：信号调理电路、数据采集卡、与LabVIEW的接口驱动程序、软件和计算机等。系统结构如图1所示。

3. 硬件平台
        设计中所采用的数据采集卡为AC6010采集卡。这是一种通用A/D板卡，采用PCI总线，具有32路模拟输入、32路开关量－16路输入及16路输出。模拟电压输入范围采用-5V～+5V。
由于数据采集卡只能对电压量进行转换，在采集非电压信号时就需要先将其转换为电压信号。当信号不在采集卡的可接收范围之内或有干扰时就需要通过调理电路进行放大、衰减、滤波、隔离等使其适合采集卡的需求。图2为由LM324构成的调理电路。左边由AR1组成的跟随器可以增加输入阻抗，右边由AR3组成的跟随器是为了减小输出阻抗，中间的电路可以进行信号放大或衰减。R3和C1并联可以进行低通滤波，C2为旁路电容，可以滤除高频干扰。电阻和电容值根据实际情况决定。

4. 驱动程序
        为LabVIEW开发普通采集卡的驱动程序共有三种方法：采用动态数据交换（DDE），利用代码接口节点接点（CIN）和调用动态链接库（DLL），这里采用的是第三种，驱动程序流程图如图3所示。

         程序采用Call Library Function Node（CLFN）节点调用动态链接库。打开驱动需要调用的是AC_OpenDriver函数，CLFN节点在调用时就已经指定了具体的动态库，因此程序在打开驱动前不需要再加载库文件。
         在初始化、获得插卡数和识别ID这一步需要调用的是AC_6010_INIT函数。其输入参数有两个，一个为AC_OpenDriver输出的句柄，另一个为数组指针。在调试时可以发现程序运行到这里总会弹出一个错误对话框，提示LabVIEW的内存出现问题，这是由于LabVIEW没有内存指针引起的。为了解决这个问题，就必须用C++另编一个动态库完成对这个调用后再被LabVIEW调用。
在采样或输出环节中，可以调用int AC_6010_AD、int AC_6010_DI或int AC_6010_DO函数进行模拟、数字量的采集或数字量的输出。由于采集卡没用D/A功能，不能输出模拟量。数据采集可以采集一次也可以采集多次，如示波器程序就可以做一个循环进行多次采集。最后在结束程序之前调用AC_CloseDriver关闭驱动。
5. 虚拟仪器设计
5.1 信号发生
         可以在两个通道分别产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声、随机信号、高斯白噪声、直流信号和自定义信号七种，以及他们之间的合成信号，参数可以自己定义，但必须满足采样定理。产生的信号可以用线性和对数两种方式现实，也可以对其进行局部放大等操作。
5.2 信号采集与输出
         能够对多个通道信号进行采集或输出，采样频率要求满足采样定理。对于AC6010采集卡来说，信号采集或输出都必须配合驱动程序而完成，驱动程序是LabVIEW与采集卡之间通信的一个接口。设计采集程序时可以先由AI Config.vi指定使用的采集卡和通道，AI Start.vi启动扫描，并将得到的数据放入缓存，AI Read.vi从计算机的缓存中读取数据，最后再由AI Clear.vi停止数据采集过程，并释放缓存和板上的资源。在循环采集或输出时，将程序置于循环结构中即可。
5.3 信号分析与处理
        可以对信号进行时域、频域分析，如自相关分析，傅里叶变换，功率谱分析、联合时频分析、数字滤波、波形参数分析等。在LabVIEW中有不少专门分析处理信号的vi，如利用FFT.vi可以做单边和双边的傅里叶变换，用AutoCorrelation.vi对信号进行子相关分析等等。如图4为200Hz，幅值2伏正弦波的单边傅里叶变换，图5为其程序。

6. 总结
        该系统可以对学生实验数据进行采集、分析和处理等，使学生可以看到书本上没有的各种信号的分析，以及不同处理的结果，从而学到更多的知识，并对课上的内容进一步加深理解。此次设计是基于虚拟仪器技术的，系统具有一下优势和特点：
1.界面友好，使用方便。LabVIEW提供了快速的G语言编程方式，使用户的开发变得容易且界面的各种控件与实际仪器面板非常相似。

2.功能强大。系统包括信号发生、采集、分析、处理、存储等多种功能。

3.系统维护简单、扩展功能方便。使用软件替代了传统仪器设备，系统安全可靠，且大大降低了系统成本。在为设备升级时也不需要淘汰以前的仪器，只需做简单的更新软件即可。

       然而由于条件限制，该系统存在着许多缺点有待改进和完善：
1.本次设计中，采用的数据采集卡的采样频率比较低，没有模拟输出功能。一方面影响着采集信号的准确性。另一方面，由于没有模拟输出功能，在实验的设计上也不能采用自动模式，而只能一步一步地手动操作，然后采样。
2.本次设计中虚拟仪器软件的控制还可以采用菜单结构，使界面更加简洁。

参考文献
[1] 杨乐平，李海涛，赵勇等LabVIEW高级程序设计 清华大学出版社 2003年4月
[2] 侯国屏，王