隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，不僅已經(jīng)提出多年的虛擬儀器成為現(xiàn)實(shí)，而且逐漸被科學(xué)家和工程師廣泛使用和廣泛青睞。通常，虛擬儀器是計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的產(chǎn)物。
與傳統(tǒng)儀器相比，它改變了以往按鈕，按鈕和旋鈕的操作模式和簡(jiǎn)單的顯示界面。虛擬儀器通過(guò)PC電腦WINDOWS操作系統(tǒng)強(qiáng)大的圖形功能，使人機(jī)交互操作更加友好和方便。
對(duì)于數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件的強(qiáng)大功能可以靈活地選擇所需的算法處理（數(shù)字濾波，統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)值計(jì)算），與傳統(tǒng)儀器不同，其數(shù)據(jù)處理功能是固定的。目前，國(guó)內(nèi)外許多公司（如美國(guó)的NI）都有相當(dāng)不錯(cuò)的虛擬儀器產(chǎn)品。
然而，高昂的價(jià)格使這些大學(xué)研究機(jī)構(gòu)的工人“受到尊重”。然而，隨著電子元件產(chǎn)品的不斷高密度集成以及計(jì)算機(jī)軟件工具開(kāi)發(fā)的日益多樣化和開(kāi)放性，這些技術(shù)發(fā)展為我們自行開(kāi)發(fā)的虛擬儀器提供了良好的開(kāi)發(fā)方法和方法。
本文詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)適合您需求的虛擬儀器的整個(gè)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)了自制虛擬儀器的可行性，經(jīng)濟(jì)性，速度和可移植性。
無(wú)論是傳統(tǒng)儀器還是虛擬儀器，信號(hào)采集部分都是必不可少的。傳統(tǒng)儀器收集信號(hào)，處理信號(hào)并直接顯示信號(hào)，并且沒(méi)有與計(jì)算機(jī)交互的過(guò)程。
虛擬儀器將信號(hào)采集結(jié)果發(fā)送給計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)進(jìn)行處理和顯示。因此我們的虛擬儀器的硬件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集板和板接口的設(shè)計(jì)。
如果主板接口采用并行總線(xiàn)（PCI，ISA等），則主板上下載很麻煩，容易受到機(jī)箱內(nèi)部環(huán)境的干擾，并受到計(jì)算機(jī)插槽，電源，地址數(shù)量的限制。 ，并中斷資源;如果使用專(zhuān)用儀器總線(xiàn)的成本和時(shí)間有限。
這里我們使用USB總線(xiàn)作為硬件板接口。 USB總線(xiàn)解決了通用通用總線(xiàn)的缺點(diǎn)。
它具有速度快，連接少，即插即用，自供電和熱插拔支持等特點(diǎn)及其開(kāi)發(fā)時(shí)間。更短的實(shí)現(xiàn)便攜式要求。
因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的虛擬儀器的硬件板是帶有USB接口的數(shù)據(jù)采集卡。虛擬儀器質(zhì)量的關(guān)鍵是硬件部分的設(shè)計(jì)，硬件的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)。
硬件部分主要是數(shù)據(jù)采集卡及其接口電路設(shè)計(jì)硬件部分，完成信號(hào)接收和模擬信號(hào)的預(yù)處理和轉(zhuǎn)換，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和結(jié)果顯示等硬件功能。數(shù)據(jù)采集??卡和PC是虛擬儀器的基本硬件和應(yīng)用軟件的物理環(huán)境。
數(shù)據(jù)采集??卡是虛擬儀器的重要組成部分，也是唯一需要開(kāi)發(fā)的硬件電路。其組件特性和電路結(jié)構(gòu)是決定虛擬儀器性能的主要因素。
根據(jù)要設(shè)計(jì)的虛擬儀器的用途和性能要求，要設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集板的性能指標(biāo)如下：1最大數(shù)據(jù)采集速率為1MSPS; 2信號(hào)輸入范圍為+40伏至-40伏。我們選擇了Maxim MAXIM的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器MAXIM114，其最大信號(hào)采集速率為1MSPS。
對(duì)于USB接口芯片，我們使用飛利浦的PDIUSBD12芯片。 PDIUSBD12芯片是一款高性能USB接口芯片，集成了SIE，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器，收發(fā)器和穩(wěn)壓器。
它符合USB1.1版本規(guī)范，在批處理模式和同步模式下。在以下條件下可以實(shí)現(xiàn)1MB / S的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以滿(mǎn)足虛擬儀器的設(shè)計(jì)要求。
PC發(fā)起數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求。 MAXIM114開(kāi)始信號(hào)采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。
模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在雙端口存儲(chǔ)器IDT7024中。 IDT7024的存儲(chǔ)深度為2K。
微控制器SST89E564輪詢(xún)計(jì)數(shù)器54HC4040的BA10位。一旦發(fā)現(xiàn)該位為高，則從雙端口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)并將其傳遞到USB接口以傳輸?shù)絇C。
其中，當(dāng)雙端口存儲(chǔ)器IDT7024存儲(chǔ)2K數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)數(shù)器54HC4040發(fā)送清除信號(hào)，雙端口存儲(chǔ)器IDT7024執(zhí)行下一輪2K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 USB接口中的數(shù)據(jù)傳輸方法包括控制傳輸，中斷傳輸，批量傳輸和同步傳輸。
根據(jù)USB接口芯片PDIUSBD12的特點(diǎn)，這里USB數(shù)據(jù)傳輸采用異步批量傳輸方式，單片機(jī)SST89E564一次只能向USB接口芯片PDIUSBD12發(fā)送64字節(jié)數(shù)據(jù)。