《机械工程测试技术》课程授课教案（讲稿）第7章 计算机辅助测试技术（2/2）

机械工程测试技术7.4模拟信号输出通过计算机将数字信号转换成模拟信号输出，目的是实现对某些执行元件（如电液比例阀、电机等）的控制。实现数字量到模拟量转换的装置称为D/A转换器（数-模转换器，DAC）。7.4.1D/A转换原理基准电压源数字量输入模拟量翰出模拟开关解码电阻网络放大器n位二进制数D可以表示成D=am--2"- +a-22-2 +.+a,2'+a20D/A转换器的输入数字量D与输出模拟量A之间的关系为A=E,D式中E，为转换时的参考电平（量化当量）。7.4.2D/A转换器的种类1.权电阻网络D/A转换器ERYSn-lan-loRn-1aSn-2Rr2an-20S3R3Edg o1aS2R2a20i2asiRLa1o4aSoRoaooin权电阻网络D/A转换器R当电路的电阻选为R。=R,=R，R，(J=0,1,….n-1)时，有E。=-(a.2°+a,2"+a,22+**+ai-22"-2+an--2"-l)ER2.T型网络D/A转换器1 /6《机械工程测试技术》第16讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 16 讲 1 / 6 7.4 模拟信号输出 通过计算机将数字信号转换成模拟信号输出，目的是实现对某些执行元件（如电液比例 阀、电机等 ）的控制。 实现数字量到模拟量转换的装置称为 D/A 转换器（数-模转换器，DAC）。 7.4.1 D/A 转换原理 n 位二进制数 D 可以表示成 0 0 1 1 2 2 1 D a 1 2 a 2 a 2 a 2 n n n = n + + + + − − − −  D/A 转换器的输入数字量 D 与输出模拟量 A 之间的关系为 A = ER D 式中 ER 为转换时的参考电平（量化当量）。 7.4.2 D/A 转换器的种类 1. 权电阻网络 D/A 转换器 权电阻网络 D/A 转换器 当电路的电阻选为 R0 = Rf = R ， ( 0,1, 1) 2 = j = n − R R j j  时，有 R n n n Eo (a 2 a 2 a 2 an 2 a 2 )E 1 1 2 2 2 2 1 1 0 0 − − − = − + + ++ − + 2. T 型网络 D/A 转换器

机械工程测试技术DERRRR112R2R102R12+2R2RSS2 dStRrd0O00lo>009Llo2-1aa0AR-2R型T型电阻网络D/A转换器若取R，=R，则输出模拟电压为ERERD2+.+a,2"+a.2°)=E.:(an-2"-l +a.,2"-22247.4.3D/A转换器的主要技术指标·分辨率输入数字量变化一个最小量（一个字）时所对应的输出模拟量变化与满量程输出之比，通常也用D/A转换器的位数表示。·转换时间D/A转换器的转换时间也称为建立时间，指的是当输入数字量从最小值突然跳变至最大值（满量程变化）时其输出模拟量从初始值达到稳态值所需要的时间。·转换精度实际模拟量输出与理论模拟量输出之间的差异。·线性误差实际输入输出特性曲线对理想的输入输出直线的偏离程度。7.5虚拟仪器7.5.1虚拟仪器的概念1.虚拟仪器（VI)在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器是一个开放式的结构，它以通用计算机为核心，由数据采集卡、GPIB或VXI总线接口板实现信号的采集与控制，还可以用数字信号处理器DSP实现信号的处理，加上必要的软件，从而实现仪器的功能。“软件就是仪器-The SoftwareistheInstruments"2/6《机械工程测试技术》第16讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 16 讲 2 / 6 R − 2R 型 T 型电阻网络 D/A 转换器 若取 Rf = R ，则输出模拟电压为 D E a a a a E E n R n n n R o 4 0 0 1 1 2 2 1 4 1 2 ( 2 2 2 2 ) 2 = − + + + + = − − − − −  7.4.3 D/A 转换器的主要技术指标 ● 分辨率 输入数字量变化一个最小量（一个字）时所对应的输出模拟量变化与满量程输出之比， 通常也用 D/A 转换器的位数表示。 ● 转换时间 D/A 转换器的转换时间也称为建立时间，指的是当输入数字量从最小值突然跳变至最大 值（满量程变化）时其输出模拟量从初始值达到稳态值所需要的时间。 ● 转换精度 实际模拟量输出与理论模拟量输出之间的差异。 ● 线性误差 实际输入输出特性曲线对理想的输入输出直线的偏离程度。 7.5 虚拟仪器 7.5.1 虚拟仪器的概念 1. 虚拟仪器（VI） 在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由 测试软件实现的一种计算机仪器系统。 虚拟仪器是一个开放式的结构，它以通用计算机为核心，由数据采集卡、GPIB 或 VXI 总线接口板实现信号的采集与控制，还可以用数字信号处理器 DSP 实现信号的处理，加上 必要的软件，从而实现仪器的功能。 “软件就是仪器——The Software is the Instruments

机械工程测试技术2.虚拟仪器的特点可由用户定义虚拟仪器的功能、性能、指标。可以将多种仪器的功能、性能、指标等以软件的形式集成在虚拟仪器库内。操作简单直观，数据分析及数据处理、结果与图形曲线显示的功能强大。可以在同一总线系统的仪器之间或通过网络进行数据交换，实现资源共享。●测量精度高、测量范围宽且性能稳定、可靠性高。?智能程度高，具有自学习和决策能力。●开发周期短、成本低、维护方便。3.虚拟仪器与传统仪器的比较7.5.2虚拟仪器的组度虚拟仪器主要由计算机、测量硬件接口模块和虚拟仪器软件三部分组成。DAQ设备GPIB仪器PXI仪器VXI仪器信号调理装置测控对象现场总线设备装有VI软件系统因特网串口仪器的计算机.:虚拟仪器的组成1.硬件系统■基于DAQ设备一一数据采集卡的虚拟仪器系统■基于通用接口总线GPIB的虚拟仪器系统■基于VXI总线的虚拟仪器系统■基于PXI总线的虚拟仪器系统■基于串口仪器的虚拟仪器系统2.软件系统虚拟仪器的软件系统包括以下三个层次：■VISA（Virtual InstrumentationSoftwareArchitecture）库■仪器驱动程序■开发平台软件基于文本语言、面向对象的编程语言（如LabWindows/CVI、VC++、VB等）；《机械工程测试技术》第16讲3/6

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 16 讲 3 / 6 2. 虚拟仪器的特点 ● 可由用户定义虚拟仪器的功能、性能、指标。 ● 可以将多种仪器的功能、性能、指标等以软件的形式集成在虚拟仪器库内。 ● 操作简单直观，数据分析及数据处理、结果与图形曲线显示的功能强大。 ● 可以在同一总线系统的仪器之间或通过网络进行数据交换，实现资源共享。 ● 测量精度高、测量范围宽且性能稳定、可靠性高。 ● 智能程度高，具有自学习和决策能力。 ● 开发周期短、成本低、维护方便。 3. 虚拟仪器与传统仪器的比较 7.5.2 虚拟仪器的组成 虚拟仪器主要由计算机、测量硬件接口模块和虚拟仪器软件三部分组成。 虚拟仪器的组成 1. 硬件系统 ■ 基于 DAQ 设备——数据采集卡的虚拟仪器系统 ■ 基于通用接口总线 GPIB 的虚拟仪器系统 ■ 基于 VXI 总线的虚拟仪器系统 ■ 基于 PXI 总线的虚拟仪器系统 ■ 基于串口仪器的虚拟仪器系统 2. 软件系统 虚拟仪器的软件系统包括以下三个层次： ■ VISA（Virtual Instrumentation Software Architecture ）库 ■ 仪器驱动程序 ■ 开发平台软件 ● 基于文本语言、面向对象的编程语言（如 LabWindows/CVI、VC++、VB 等）；

机械工程测试技术图形化编程语言（如LabVIEW、HP-VEE、HP-ITG、Ez-Text等）。7.5.3虚拟仪器开发平台LabVIEW商介1.LabVIEW的主要功能与特性LabVIEW是NI公司于1986年率先推出的32位、为VXI即插即用联盟认可、基于图形化编程语言G的虚拟仪器开发平台。■LabVIEW的主要功能、特性带有多种I/O函数库，可对几千种设备（GPIB、VXI、PXI、RS-232、RS-485、数据采集卡等）进行操作。开放式环境，提供了与ActiveX、DLLs及其它开发工具的共享库之间的开放式连接。支持多平台且独立于平台、操作系统。·强大的数据分析与处理功能，提供了多种工具包。●强大的可视化功能。·广泛的通讯及数据存储方式。·分布式开发环境。?真正的32位编译器。●具有设置断点、单步运行等多种调试功能。2.LabVIEW的VI开发环境■前面板（FrontPanel）EUntitled IFront Panel口0×FileEdit Dperate Tools Browse indov Help日12ptApplicationFontr2前面板窗口《机械工程测试技术》第16讲4 /6

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 16 讲 4 / 6 ● 图形化编程语言（如 LabVIEW、HP-VEE、HP-ITG、Ez-Text 等）。 7.5.3 虚拟仪器开发平台 LabVIEW 简介 1. LabVIEW的主要功能与特性 LabVIEW 是 NI 公司于 1986 年率先推出的 32 位、为 VXI 即插即用联盟认可、基于图 形化编程语言 G 的虚拟仪器开发平台。 ■ LabVIEW 的主要功能、特性 ● 带有多种 I/O 函数库，可对几千种设备（GPIB、VXI、PXI、RS-232、RS-485、数 据采集卡等）进行操作。 ● 开放式环境，提供了与 ActiveX、DLLs 及其它开发工具的共享库之间的开放式连接。 ● 支持多平台且独立于平台、操作系统。 ● 强大的数据分析与处理功能，提供了多种工具包。 ● 强大的可视化功能。 ● 广泛的通讯及数据存储方式。 ● 分布式开发环境。 ● 真正的 32 位编译器。 ● 具有设置断点、单步运行等多种调试功能。 2. LabVIEW 的 VI 开发环境 ■ 前面板（Front Panel） 前面板窗口

机械工程测试技术口口区中ControlsQSearch.Labe国Hun CtrlsButtonsText CtrlsUser CtrlsDDabcA1ONum IndsLEDSAll ControlsText IndsGraph Inds控件选板■程序框图Untitled 1 Block DiagranD区File Edit Operate Tools Browse Tindow Help12pt Application FontA>.中程序框图窗口EFunctions口口区QSearcho企+中LOutputUser Libra.InputAnalysisBN安田田品RHExec CtrlArith/CompareSig ManipAll Functions函数选板■工具选板与属性对话框《机械工程测试技术》第16讲5/6

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 16 讲 5 / 6 控件选板 ■ 程序框图 程序框图窗口 函数选板 ■ 工具选板与属性对话框

机械工程测试技术Visible Items>Find TerminalChange to ControlDescription and Tip...CreateAI.XAReplaceLData OperationsAAdvancedIX Scale>y'Scale>Transpose ArrayOVAutosize Plot LegendProperties图形控件的属性下拉菜单工具选板3.VI示例一一双踪示波器，见课件本章小结计算机辅助测试是测试技术的主要发展方向之一。它不仅便于实现闭环控制，还可通过软件对系统的误差进行修正、对信号进行处理与分析，甚至用软件代替硬件的某些功能。计算机辅助测试系统的核心是数据采集和模拟信号转换输出，其核心又分别是A/D转换器和D/A转换器。通过计算机软件对采集到的数字信号进行处理、分析，可大大提高系统获取信息的能力。除自行编制程序外，更有效的方法是充分利用诸如MATLAB、LabVIEW等工具软件所提供的数据处理与分析函数。虚拟仪器不仅可大大减少测试系统的硬件，而且具有开发容易、成本低、操作界面友好等一系列突出的优点。6/6《机械工程测试技术》第16讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 16 讲 6 / 6 图形控件的属性下拉菜单 工具选板 3. VI 示例——双踪示波器，见课件 本章小结 计算机辅助测试是测试技术的主要发展方向之一。它不仅便于实现闭环控制，还可通过 软件对系统的误差进行修正、对信号进行处理与分析，甚至用软件代替硬件的某些功能。计 算机辅助测试系统的核心是数据采集和模拟信号转换输出，其核心又分别是 A/D 转换器和 D/A 转换器。通过计算机软件对采集到的数字信号进行处理、分析，可大大提高系统获取信 息的能力。除自行编制程序外，更有效的方法是充分利用诸如 MATLAB、LabVIEW 等工具软件 所提供的数据处理与分析函数。虚拟仪器不仅可大大减少测试系统的硬件，而且具有开发容 易、成本低、操作界面友好等一系列突出的优点