虚拟仪器设计

虚拟仪器设计一：填空题（３０分，３０个空）：1.虚拟仪器的分类：按照构成虚拟仪器的接口总线不同，分为PCI总线接口虚拟仪器、串行总线虚拟仪器、并行接口虚拟仪器、USB总线接口虚拟仪器、GPIB总线接口虚拟仪器、VXI总线接口虚拟仪器、PXI总线接口虚拟仪器和LXI总线接口虚拟仪器等。2.虚拟仪器设计步骤和过程：①确定虚拟仪器的类型②选择合适的虚拟仪器软件开发平台③开发虚拟仪器应用软件④系统调试⑤编写系统开发文档3.数据采集系统通常由传感器、信号调理设备、数据采集设备、计算机等组成。4.A╱D转换器的主要参数：①分辨率②量化误差③精度④转换时间5.模拟输入通道的组成：多路开关、放大器、采样╱保持电路以及A╱D转换器6.多通道的采样方式：循环采样、同步采样和间隔采样。7.总线的性能指标：①总线宽度②寻址能力③总线频率④数据传输速率⑤总线的定时协议⑥热插拔⑦即插即用⑧负载能力8.GPIB总线的每个设备按三种基本工作方式进行：“听者”功能、“讲者”功能、“控者”功能9.USB特点：①支持多设备连接，减少了PC的I╱O接口数量②能够采用总线供电③第一次真正实现了即插即用，外部设备的安装变得十分简单④对一般外部设备有足够的带宽和连接距离⑤传输方式灵活，可以适应不同设备的需要10.ＯＳＩ体系结构：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层１１.ＴＣＰ＼ＩＰ体系结构：应用层、传输层、网络互连层、网络接口层。１２.网络化虚拟仪器系统的组网模式：客户机╱服务器（Ｃ╱Ｓ）、浏览器╱服务器（Ｂ╱Ｓ）、客户机╱服务器╱浏览器（Ｃ╱Ｂ╱Ｓ）。１３.程序结构：①ｆｏｒ循环组成：循环框架、重复端口、计数端口等②ｗｈｉｌｅ循环组成：循环框架、重复端口及条件端口③选择结构：选择框架、选择端口、框图标识符及“递增╱递减”按钮④顺序结构：单框架顺序结构和多框架顺序结构。最基本的由顺序框架、框图标识符、“递增╱递减”按钮组成⑤事件结构⑥公式节点14,数组，簇，字符串，波形二、名词概念解释（３０分，１０个，一个三分）：１.虚拟仪器：多种形式输是利用计算机显示器模拟传统仪器控制面板，以出检测结果，利用计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，利用Ｉ╱Ｏ接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。２.数据采集：指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成为数字量后，由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应的系统成为数据采集系统。３.采样：通过对连续的模拟信号按一定的时间间隔，抽取相应的瞬时值，这个过程称为采样。４.量化：把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整倍数比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来代替该幅值。５.编码：把量化信号的电平用数字代码来表示，编码有多种形式，最常见的是二进制编码。６.信号调理：在将从传感器获取的电信号转换为数字量之前需要通过控制信号来提高测量精度，实现隔离，进行滤波以及线性化等预处理工作，这项工作就叫信号调理。７.分辨率：A/D转换器能够区分的模拟量的最小变化值。８.数字边沿触发：通常是一个含有高、低电平的ＴＬＬ信号。当数字信号从高电平向低电平跳变时，就产生了一个下降沿；当数字信号从低电平从高电平跳变时，就产生了一个上升沿。用户可以在信号的上升沿或下降沿进行采集。９.浮动信号：一个不与任何地（如大地或建筑物的地）连接的电压信号。１０.总线：是一组信号线的集合，是连接有若干设备并进行信号传送的一条信号线或者一组信号线，是实现将信号从任意一个源点到任意一个终点的一组传送数字信号的公共通道。１１.ＧＰＲＳ：是通用分组无线业务的英文简称。１２.客户机╱服务器（Ｃ╱Ｓ）：将任务合理分配到客户端和服务器端，前台计算交给客户端完成，后台计算由服务器承担的体系结构。１３.浏览器/服务器（B/S）一种基于Web的三层体系结构，它由浏览器，Web服务器和数据服务器组成。１４.虚拟仪器驱动程序：处理与特定仪器通信和进行控制的较抽象的软件定义为仪器驱动程序。１５.数组：同一类数据元素（除数组、子前面板、表和图形外）如果都在前面板，必须全是输入型或输出型，不能既有输入型又有输出型。１６.簇：把相关数据组织为一个整体可以放置任何类型的对象，簇中可以放置任何类型的对象，同一簇中的不同类型对象必须同时为控件或同时为指示，在一个簇对象中，簇元素只能同为输入控件或同为显示控件。１７.局部变量;相当于传统编程语言中的局部变量，可以在同一个程序内部使用，但由于LabVIEW的特殊性，其局部变量又具有不用的特点。１８.全局变量：是LabVIEW中的一个对象，通过全局变量，可以在不同的VI之间进行数据传递。１９.自动索引功能：数组将在每次循环中按顺序进入一个值，该值在原数组中的索引与当次循环的重复端口值相同。也就是说，数组在循环内部将会降低一维。对于For循环，自动索引在默认情况下打开，而对于While该功能在默认情况下是关闭的。２０.ＺｉｇＢｅｅ：是一种无线网络技术标准。是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。三、简答题（４０分，８道）：１.虚拟仪器的组成模型：由硬件平台和和软件系统组成。如下图所示被测信号，控制信号传感器，变送器，执行机构Ｉ╱Ｏ接口设备基础硬件平台应用软件仪器驱动程序Ｉ╱Ｏ接口软件计算机操作系统软件系统通用硬件平台硬件：获取被测信号；软件：控制实现数据采集、分析、处理、显示等功能，并将其集成为仪器操作与运行的命令环境。２.虚拟仪器分功能模型３.虚拟仪器的设计步骤：a.确定虚拟仪器类型b选择合适的虚拟仪器软件开发平台c开发虚拟仪器应用软件d系统调试e编写系统开发文档４.虚拟仪器的设计原则：⑴总体设计原则：①制定设计任务书②系统结构的合理选择③模块化设计⑵硬件设计的基本原则：①经济合理②安全可靠③有足够的抗干扰能力④便于维护和维修⑶软件设计的基本原则：①结构合理②操作性能好③具有一定的保护措施④提高程序的执行速度⑤给出必要的程序说明５.分散采集式多路模拟输入通道：网络式数据采集系统是计算机网络技术发展的产物，他由若干个“数据采集站”和一台上位机及通信线路组成。６.常用信号调理类型：①放大：最为常用的一种信号调理手段，利用放大器对微弱信号进行不失真的放大以提高分辨率和降低噪声②隔离：使用变压器、光火电容耦合等方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避免直接的电连接。确保数据采集设备的测量不受电势差的影响，保护计算机或操作者。③滤波：从所测量的信号中出去不需要的频率成分。④激励：为传感器提供激励信号。⑤线性化：补偿传感器带来的误差。⑥数字信号调理：将传感器输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。７.采样╱保持器设计时应注意的问题：a接地b漏电耦合的影响C寄生电容的影响。８.采样╱保持器选用时应注意的问题：①采样╱保持器和Ａ╱Ｄ转换器各完成一次动作所需时间之和应小于采样周期②在Ａ╱Ｄ转换时间内，采样╱保持器的保持电压下降不超过ＬＳＢ╱２③根据信号的最大变化率和要求的精度选择采样╱保持器的孔径时间。９.被测信号接入数据采集设备的方式：①差分连接方式②参考地单端连接方式③无参考地单端连接方式１０.ＰＸＩ系统的组成：①机箱：为系统提供坚固的模块化封装结构②控制器：可对ＰＣ远程控制也可使用嵌入式控制③外围设备模块：包括模拟输入与输出、边界扫描，总线接口和通信等。１１.ＧＰＲＳ远程数据采集系统的实现：①远程数据采集终端是基于不同的单片机系统及外围电路所组成的采集终端和无线通信模块组成②ＧＰＲＳ无线通信网络是数据采集与监控中心之间数据传输的桥梁。其主要功能是协议转换和数据传输③数据分析中心主要包括网络的接入、数据的收发与安全性管理、对终端的维护以及相关的数据库，此外，针对不同的用户对象，还要有一些应用层次的设计。１２.ＺｉｇＢｅｅ组网模式及步骤：支持星形、树形和网状网络拓扑。①设置网络中的协调器、路由器、终端参数②开启协调器，用应用程序配置路由器与终端，路由器与终端会自动加入协调器网络中。③设置路由器与终端设备的目的地址④当设置好各种模块的参数后，开启多个ＺｉｇＢｅｅ网络模块终端。１３.子ＶＩ的创建步骤：①新建一个新ＶＩ，编写其流程框图程序。②编辑ＶＩ图标③建立连接端子④保存该ＶＩ，将该ＶＩ当做子ＶＩ调用。