毕业论文外文翻译-教学实验室虚拟仪器系统（含英文原文）.doc

毕业设计说明书英文文献及中文翻译学生姓名： 学号： 学 院： 计算机与控制工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 2015年4月 中北大学2015届毕业设计外文文献翻译外文文献为PDF格式，下载后双击即可打开另存教学实验室虚拟仪器系统Yao Yonggang,Yao Bowen, Pan ZhongCollege of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430072, China摘要：虚拟仪器是结合计算机的传统仪器，在仪器领域具有最辉煌的前景。根据教学实验室的结构和特点，这篇论文介绍了虚拟仪器系统的原理和设计。同时，展示了一个实际的应用程序。关键字：虚拟仪器，实验室虚拟仪器系统，模块化设计0 引言 在20世纪70年代，由于微处理器被引入仪器制造，智能仪器产生了。目前，计算机虚拟现实技术的引入将仪器提高到了一个新的标准，这种仪器被命名为虚拟仪表盘（VIs）。VIs是一些多用途可编程的仪器系统，它能把计算机强大的数据处理功能和传统仪器的显示与测量方法结合起来。一般来讲，传统仪器由下面四个部分组成：1）参数输入，接受和预处理外部引号。2）输出，生成和输出刺激或其他信号。3）参数处理部分，放大，过滤，交换连续测量输入信号。4）数据显示，通常包括刻度盘，液晶显示屏，发光二极管，阴极射线管和辅助电路。 表1包括VIs的结构。当你使用仪器系统的时候，第一步应该连接外部电路，它需要测量。然后执行用户程序（由制造商提供或由用户设计）。用户程序调用仪器驱动模块来安装和连接仪表系统，从而测量和预处理取样数据。随后，计算机与仪器交换数据。然后分析接收到的数据，最后在软面板上显示结果。 VIs的软硬件都是开放的，模块化的，可再访问的和可交换的。用户可以根据他们自己的需求将仪器的功能灵活地分组。因此，VIs有高效率低成本的优势。相对的，传统仪器被限制于作用单一，重复，操作复杂。VIs完全利用现代技术的成就实现计划，它使测量，设计，控制的功能全部集成在同一系统。 VIs系统的设计通常基于特别的总线标准。普通的总线标准包括PC/AT,GPIB,STD,RS232，VXI等等。表2展示了不同标准的比较1。VXI是最完美的的总线标准。VXI Plug&Play为不同的应用程序连续不断地出版了一系列条例，比如VISA适用于GPIB,RS232,和VXI.对于教学实验室（TLI）而言，它的基本目的是解释物理现象的原理。有许多必要的仪器有着类似的功能和结构。根据教学方法，TLI基于VIs的设计思想在下面将被讨论。表1 VIs系统框架Table 1 Vls ystem frame用户表显示面板用户程序软件发展现状仪器驱动程序操作系统硬件仪器计算机表2 Vls标准总线列表Table 2 Vls standard BUS list总线评价PC/ATPC内部总线；并行输入输出；可用的个人电脑INT和DMAGPIBPC标准插头；并行输入输出；简单结构STD工业PC总线；结构合理；性能稳定RS232PC标准插头；串行输入输出；结构简单；应用广泛VXIVIs专用总线；性能完善；高速率 1 基于VIs的教学实验室仪器设计 传统的教学仪器包括安伏欧万用表，示波器，频谱分析仪，信号发生器，品质因数测量仪 ，向量电量计和向量欧姆表等。表3列出了信号处理和显示仪器的主电路。可以看出结构和功能的重复造成了极大的浪费。根据表3，用于教学实验室的一般仪器电路可以分为三个部分：信号发生器，参数切换网络，显示电路。以VIs模式为基础，仪器可以通过共用控制电路，信号来源，显示块等得到简化。然而，对于传统仪器所有部分必须分开，浪费不可避免。 与传统教学实验室仪器对比，实验室虚拟仪器系统（LVIS）有更广泛的功能，更具灵活性的装置，更有帮助的信息，所以它更方便操作。特别的是它可以把CAI和CAD技术结合在一起，从而提供了一个更广阔的前景。表3传统仪器构成Table 3 Traditional Instruments constitute仪器显示电路主电路安伏欧万用电表检流计电阻器和开关电路信号发生器LED和LCD正弦波形；矩形波；其它波发生器品质因数表检流计高频振动器；电阻和反应器网络示波器阴极射线管锯齿波发生器；增益控制电路频谱分析仪阴极射线管可调正弦曲线波发生器；斯特罗布过滤器矢量电压表检流计相位网络；增益控制电路2 软硬件设计LVIS硬件需要整合安伏欧万用电表，示波器，频谱分析器，信号发生器，品质因数测量仪，向量电量计和向量欧姆表等仪器的功能来达到准确性和速度的特殊标准。硬件的所有部分都是模块化的，被以彼此之间有多通道数据和参数的接口卡（适配器）的形式设计2。计算机与仪器之间的交流是通过菊花链的形式完成的。每个模块都有特殊的地址，所以它可以被方便地控制。图1展示了LVIS的框架。信号发生器3：1）正弦波发生电路可以用最小调整精度为1HZ的音带不断地调整。在10MHZ,20MHZ,40MHZ,80MHZ,160MHZ这几个频率点有一系列的振荡电路。经过混合，过滤，反馈控制回路可以获得不断调整的正弦波。2）来自发生电路的矩形波可以在正弦波发生电路的基础上设计。外部信号的输入输出应该被控制，以便分开频率，增加得到和产生的外部信号的频率。3）锯齿波生成电路。4）D/A电路。应该可以生成预定的数字波形。5）更复杂的信号发生器应该包括调制解调器，它可以进行完全进位，相位检测和频率辨别等。PC信号发生器参数变换网络取样电路其他模式1其他模式2图1 LVIS架构Fig. 1 LVIS Structural Frame参数变换网络：1）多通道增益控制电路。信号的增益系数是可控的。处理过的信号将被传送到连接电路或输出。根据不同频率信号的特点低频率和高频率信号的通道应该用不同的方法分开。2）电阻开关网络。电路应该适于测量电压，电流，电阻。高频振荡器将被用于测量Q，L和C的值。3）环路滤波器应为高频窄带滤波器而设计，它应用于频率扫描电路。对于电子矢量的测量，应该有相移网络4。采样电路：由于个人电脑有一些缺陷，如信息传输速率较低，单片机被用于控制整个仪器系统。数据样本通过预处理被传送到计算机。单片机系统接受个人电脑的指令。多通道A/D电路应该被使用，它适用于精度和速度方面的特殊要求。个人电脑将接受用户的指令，执行处理程序，配置整个系统，处理测量数据，显示结果。VIs的软件是最灵活的，也是整个系统中最重要的部分。为不同条件设计的软件将有不同的功能。现在大多数广泛应用于传统仪器的硬件的功能被软件执行了。这就是所谓的软件就是工具。VIs的软件结构由图2表明。软件功能跨越广泛，从控制特定硬件接口的设备驱动程序到开发完整系统的应用软件包。所有测试和测量系统的核心是仪器的驱动。仪器驱动初始化配置，连接测量系统，执行应用程序，分析样本数据。用户可以使用标准仪器驱动和他们自己的数据处理和显示程序来满足一些特殊的要求。一般来说，用户编程环境是VC +, BC +，Delphi，VB等等。有一种特殊的VIs基于XVI总线，它可以应用LabVIEW和LabWindows。教学实验室仪器的架构是简单的，它们可以基于GPIB或者RS232设计。用户应用程序用户自定义功能可视化编程环境应用函数释放仪器驱动释放数据处理释放硬件操作释放图2 VIs软件框架Fig. 2 Vls software frame3 范例图3展示了基于LVIS的频谱分析仪的原理。对象系统传递函数：刺激信号： 响应输出： 对象系统增益控制混合器信号发生器微机处理A/DPC传输协议图3 基于VIs频谱分析仪Fig. 3 Spectrum analyzer based on Vls正弦曲线信号由信号发生器输出当频率为0,，由目标系统，增益控制电路，混频器，零线谐波电流阻断器传送，由A/D电路数字化，最终将会被转换成目标值，目标值是目标系统做出的响应。个人电脑控制信号发生器，所以可以产生不同频率的信号。然后仪器将取一系列响应值样本，在软面板上显示结果。频谱分析仪使用的通信模块基于RS232和Delphi编程环境。4 总结本篇论文讨论和分析了在VIs的思想基础上教学实验室仪器设计的原理和方法.。在教学实验室仪器的改革中提出了一个原始的，实用的方法。目前为止，我们已经成功地将它应用于万用表和示波器的设计中。已经证明这在提高实验室条件上非常有效。 参考文献1 Ron Wolfe. Virtual Instruments in VXI. IEEE 1993 AUTOTESTCON Conference Record. New York: The Institute of Electrical and Electronics Enginecr Inc, 1993,183-1902 Liu Jun, Cheng Defu. Principle Design and Applications of Personal Computer Card Instruments. Beijirrg. The National Defence Industry Press , 19963 Yang 13o, Fu Jingfeng, Wang Hongru, et al. Arbitrary waveform genera