机械工程测试技术-第2版课件5计算机数据采集与分析系统

东北大学机械工程与自动化学院（东北大学机械工程与自动化学院（2021）第5章 计算机数据采集与分析系统机械工程测试技术MechanPage 2学习导航学习导航5.1 5.1 数据采集与分析系统的构成数据采集与分析系统的构成(Thecompositionofdataacquisitionandanalysissystem)5.2 5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题(TheKeyProblemsintheDigitalProcessingforsignal)5.3 5.3 离散傅里叶变换离散傅里叶变换(DiscreteFouriertransform)5.4 5.4 虚拟仪器虚拟仪器(Virtualinstrument)5.55.5基于计算机的数据采集系统设计基于计算机的数据采集系统设计(Designofdata-acquisitionsystembasedcomputer)学习导航5.1数据采集与分析系统的构成(ThecompoPage 3知识导图知识导图知识导图Page 45.1 5.1 数据采集与分析系统的构成数据采集与分析系统的构成计算机数据采集与分析系统5.1数据采集与分析系统的构成计算机数据采集与分析系统Page 5(1)(1)信号调理信号调理目的是把信号变成便于数字处理的形式，包括：目的是把信号变成便于数字处理的形式，包括：电压电压幅值幅值的放大或衰减，以便于采样；的放大或衰减，以便于采样；用用低通滤波器低通滤波器消除信号中的高频噪声；消除信号中的高频噪声；如果信号中不应有如果信号中不应有直流分量直流分量，则隔离信号中的则隔离信号中的 直流分量；直流分量；如果原信号为调制信号，则应如果原信号为调制信号，则应解调解调。应应根根据据测测试试对对象象、信信号号特特点点和和数数字字处处理理设设备备的的能能力力安安排排信信号号调调理理环节。环节。5.1 5.1 数据采集与分析系统的构成数据采集与分析系统的构成(1)信号调理目的是把信号变成便于数字处理的形式，包括：5Page 6(2)(2)模数模数 (A/D)(A/D)转换转换对对原原信信号号时时间间上上等等间间隔隔采采样样、保保持持和和幅幅值值上上的的量量化化及及编编码码，模模拟量拟量数字量，即连续信号数字量，即连续信号离散的时间序列。离散的时间序列。(3)(3)数字信号分析数字信号分析截断，有时序列加权，数字滤波。然后按给定的程序运算。截断，有时序列加权，数字滤波。然后按给定的程序运算。(4)(4)输出结果输出结果可可直直接接显显示示或或打打印印，也也可可用用数数模模 (D/A)(D/A)转转换换器器转转换换成成模模拟拟量量，输输入入受受控控装装置置。如如有有必必要要可可将将处处理理结结果果输输入入后后续续计计算算机机用用专专门门程序做后续处理。程序做后续处理。5.1 5.1 数据采集与分析系统的构成数据采集与分析系统的构成(2)模数(A/D)转换对原信号时间上等间隔采样、保持Page 71 1、A/DA/D转换转换 1)A/D转换过程转换过程 采样采样利用采样脉冲序列利用采样脉冲序列s(t)s(t)，从连续时间信，从连续时间信号号x(t)x(t)中抽取一系列离散样值，使之成为采样信中抽取一系列离散样值，使之成为采样信号号x(nTs)x(nTs)的过程的过程 5.2 5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题编码编码将离散幅值经过量化以后变为二进制数将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。字的过程。量量化化把把采采样样信信号号x x（nTsnTs）经经过过舍舍入入变变为为只只有有有限个有效数字的数，这一过程称为量化有限个有效数字的数，这一过程称为量化1、A/D转换1)A/D转换过程采样利用采样脉冲序Page 85.2.1 5.2.1 采样采样(1)(1)采样和迭混现象采样和迭混现象采采样样是是在在模模数数转转换换过过程程中中以以一一定定时时间间间间隔隔对对连连续续时时间间信信号号进进行行取值的过程。取值的过程。数学描述是用间隔为数学描述是用间隔为T Ts s的的周期单位脉冲序列周期单位脉冲序列 去乘模拟信号去乘模拟信号x x(t t)。各采样点的信号各采样点的信号幅值：幅值：5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题5.2.1采样(1)采样和迭混现象采样是在模数转换过Page 9采样结果必须唯一地确定原始信号。采样结果必须唯一地确定原始信号。采采样样间间隔隔太太小小(采采样样频频率率高高)，对对定定长长的的时时间间记记录录，数数字字序序列列长长，计算量大；计算量大；如如果果数数字字序序列列长长度度一一定定，则则只只能能处处理理很很短短的的时时间间历历程程，可可能能产产生较大的误差。生较大的误差。若采样间隔太大若采样间隔太大(采样频率低采样频率低)，可能丢掉有用的信息。，可能丢掉有用的信息。5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题采样结果必须唯一地确定原始信号。5.2信号数字化处理中的主Page 10时域采样迭混现象5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题时域采样迭混现象5.2信号数字化处理中的主要问题Page 11(2)(2)采样函数的频谱采样函数的频谱采样函数：采样函数：写成复指数形式：写成复指数形式：傅里叶级数的复指数形式傅里叶级数的复指数形式 利用筛选特性，系数利用筛选特性，系数C Cn n 为：为：一个周期内，一个周期内，n=0n=0，有，有g(t)=(t)g(t)=(t)筛选特性筛选特性5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题(2)采样函数的频谱采样函数：写成复指数形式：傅里叶级数Page 12时时域域上上不不恰恰当当地地选选择择采采样样的的时时间间间间隔隔而而引引起起的的频频域域上上的的高高低低频频彼彼此混淆称为迭混。此混淆称为迭混。间间距距为为T Ts s的的采采样样脉脉冲冲系系列列的的傅傅里里叶叶变变换换也也是是脉脉冲冲系系列列，其其间间距距为为1/1/T Ts s 。由卷积定理，并考虑到由卷积定理，并考虑到-函数与其它函数卷积的特性，有：函数与其它函数卷积的特性，有：取傅里叶变换，有：取傅里叶变换，有：5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题时域上不恰当地选择采样的时间间隔而引起的频域上的高低频彼此混Page 13采样过程5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题采样过程5.2信号数字化处理中的主要问题Page 14(3)(3)采样定理采样定理采样频率应大于信号中最高频率采样频率应大于信号中最高频率 的的2 2倍倍，即即一般选为最高频率的一般选为最高频率的 2.56 2.56 倍。倍。fs 2fc不产生迭混的条件5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题(3)采样定理采样频率应大于信号中最高频率的2倍，即fsPage 15如如果果确确知知测测试试信信号号中中的的高高频频部部分分是是由由噪噪声声干干扰扰引引起起的的，为为了了满满足足采采样样定定理理又又不不使使数数据据过过长长，可可先先把把信信号号做做低低通通滤滤波波处处理理。这这种种滤滤波器称为波器称为抗混滤波器抗混滤波器，在信号预处理过程中是非常必要的。，在信号预处理过程中是非常必要的。在在设设备备状状态态监监测测过过程程中中，如如果果只只对对某某一一个个频频带带感感兴兴趣趣，那那么么可可用用低低通通滤滤波波器器或或带带通通滤滤波波器器滤滤掉掉其其它它频频率率成成分分，这这样样可可以以避避免免迭迭混混并减少信号中其它成分的干扰。并减少信号中其它成分的干扰。5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题如果确知测试信号中的高频部分是由噪声干扰引起的，为了满足采样Page 165.2.2 5.2.2 量化量化在在模模数数转转换换过过程程中中，首首先先以以同同样样的的时时间间间间隔隔对对模模拟拟信信号号x x(t t)采采样，因为转换需要一段时间，所以要在转换期间保持采样值。样，因为转换需要一段时间，所以要在转换期间保持采样值。采样与保持5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题5.2.2量化在模数转换过程中，首先以同样的时间间隔对模拟Page 17然然后后，用用量量化化单单位位（一一般般用用q q表表示示）量量化化模模拟拟量量，并并且且以以编编码码的的形式表示量化后的数字量。形式表示量化后的数字量。量化an0q2q3q4q编码000001010011100编码的方式5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题然后，用量化单位（一般用q表示）量化模拟量，并且以编码的形式Page 18式中式中 FSRFSR满量程输出值；满量程输出值；n nA/DA/D转换器的位数。转换器的位数。量化单位越量化单位越()()，精度越高，但任何量化都会引起，精度越高，但任何量化都会引起误差误差。量量化化是是在在模模数数转转换换过过程程中中，对对时时域域上上每每个个间间隔隔采采样样分分层层取取值值的的过过程。程。量量化化单单位位是是数数字字量量最最低低位位所所代代表表的的数数值值，是是分分层层的的标标准准尺尺度度，定定义为：义为：小小5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题式中FSR满量程输出值；量化是在模数转换过程中，对时域Page 19舍入处理的最大量化误差为舍入处理的最大量化误差为q q/2/2，均值为，均值为0 0。截尾处理的最大误差截尾处理的最大误差q q。每增加一位字长，量化信噪比增加每增加一位字长，量化信噪比增加6dB6dB。用于振动与冲击信号处理的用于振动与冲击信号处理的A/DA/D转换器至少应有转换器至少应有1212位字长。位字长。5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题舍入处理的最大量化误差为q/2，均值为0。5.2信号数字Page 20 为便于数学处理，通常对截断的信号做周期延拓，为便于数学处理，通常对截断的信号做周期延拓，得到虚拟的无限长的信号。得到虚拟的无限长的信号。当当运运用用计计算算机机进进行行测测试试信信号号处处理理时时，不不可可能能对对无无限限长长的的信信号号进进行行测测量量和和运运算算，而而是是取取其其有有限限的的时时间间片片段段进进行行分分析，这个信号截取过程成为析，这个信号截取过程成为信号的截断信号的截断。5.2.35.2.3泄漏和窗函数泄漏和窗函数 (1)(1)截断和泄漏截断和泄漏5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题为便于数学处理，通常对截断的信号做周期延拓，得到虚拟Page 21矩形窗函数矩形窗函数主瓣主瓣旁瓣旁瓣旁瓣旁瓣为了减少泄漏应该尽量寻找频域中接近为了减少泄漏应该尽量寻找频域中接近(f f)的窗函数，即主瓣窄的窗函数，即主瓣窄旁瓣小的窗函数。旁瓣小的窗函数。5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题矩形窗函数主瓣旁瓣旁瓣为了减少泄漏应该尽量寻找频域中接近(Page 22显显然然，主主瓣瓣高高度度等等于于窗窗口口面面积积或或宽宽度度值值，频频域域图图形形的的面面积积等等于于窗窗口高度口高度1 1。窗窗口口宽宽度度与与W W(f f)关关系系可可用用傅傅里里叶叶变变换换的的时时间间尺尺度度改改变变性性质质或或面积定理描述。面积定理描述。面积定理面积定理：当当，W W(f f)(f f)，任任何何X X(f f)与与(f f)的的卷卷积积为为X X(f f)，所所以以加加大大窗窗口口宽宽度度可可使使泄泄漏漏减减小小。但但无无限限加加宽宽等等于于不不截截断断，这这是不可能的。是不可能的。为为了了减减少少泄泄漏漏应应该该尽尽量量寻寻找找频频域域中中接接近近(f f)的的窗窗函函数数，即即主主瓣瓣窄旁瓣小的窗函数。窄旁瓣小的窗函数。5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题显然，主瓣高度等于窗口面积或宽度值，频域图形的面积等于窗口高Page 232 2 窗函数的评价窗函数的评价对时间窗的一般要求：对时间窗的一般要求：w w(t t)是非负的实偶函数。从对称中心开始应是非递增的。是非负的实偶函数。从对称中心开始应是非递增的。5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题2窗函数的评价对时间窗的一般要求：5.2信号数字化处理中Page 24窗函数性能的频域指标：窗函数性能的频域指标：3dB 3dB（分贝）（分贝）带宽带宽 B B；最最小小旁旁瓣瓣峰峰值值 A A (dB)(dB)；旁旁瓣瓣谱谱峰峰渐渐进进衰衰减减速速度度 D D（dB/oct)dB/oct)。窗函数的频域指标5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题窗函数性能的频域指标：3dB（分贝）带宽B；窗函数的Page 253dB3dB带带宽宽 B B是是主主瓣瓣归归一一化化幅幅值值20 20 lg|lg|W W(f)/(f)/W W(0)|(0)|下下降降到到 3dB 3dB 时的带宽。时的带宽。当当时时间间窗窗的的宽宽度度为为，采采样样间间隔隔为为 T Ts s 时时，对对应应于于 N N 个个采采样样点点，其其最最大大的的频频率率分分辨辨率率可可达达到到1/(1/(NTNTs s)=1/=1/，令令ff=1/=1/，则则 B B 的单位可以是的单位可以是f f 。对窗函数频谱（频域窗）的要求：对窗函数频谱（频域窗）的要求：B B小小 ，即主瓣尽量窄，以提高频率分辨率；，即主瓣尽量窄，以提高频率分辨率；A A小小，D D小小，即即 旁旁 瓣瓣 尽尽 量量 低低，以以 减减 少少 泄泄 漏漏。但但两两者者往往往往不不能能同同时时满满足足，需需要要根根据据不不同同的的测测试试对对象象选选择择窗窗函函数。数。5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题3dB带宽B是主瓣归一化幅值20lg|W(f)/W(0)Page 26矩矩形形窗窗是是使使用用最最普普遍遍的的，因因为为习习惯惯中中的的不不加加窗窗就就相相当当使使用用了了矩矩形窗，并且矩形窗的主瓣是最窄的。形窗，并且矩形窗的主瓣是最窄的。3 3 常用的窗函数常用的窗函数 矩形窗矩形窗5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题矩形窗是使用最普遍的，因为习惯中的不加窗就相当使用了矩形窗，Page 27式中式中 汉宁（汉宁（hanning）窗）窗汉宁窗函数及其频谱5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题式中汉宁（hanning）窗汉宁窗函数及其频谱5.2Page 28 哈明（哈明（hamming）窗）窗 式中式中 5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题哈明（hamming）窗式中5.2信号数字化处理中Page 29窗函数窗函数的类型的类型3dB3dB带宽带宽B B(f)(f)旁瓣峰值旁瓣峰值A A(dB)(dB)旁瓣谱峰衰减速旁瓣谱峰衰减速度度 D D(dB/oct)(dB/oct)矩形矩形0.890.8913136 6三角三角1.281.2827271818汉宁汉宁1.441.4432321818哈明哈明1.301.3043436 6高斯高斯1.551.5555556 6典型窗函数的性能典型窗函数的性能5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题窗函数3dB带宽B(f)旁瓣峰值A(dB)旁瓣谱峰衰减速Page 305.2.4 5.2.4 频域采样和栅栏效应频域采样和栅栏效应频域采样的数学描述5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题5.2.4频域采样和栅栏效应频域采样的数学描述5.2信Page 31时时域域采采样样结结果果为为信信号号，采采样样函函数数和和窗窗函函数数的的积积，在在频频域域对对应应三三者者频域函数的卷积，即频域函数的卷积，即x x(t t)g g(t t)w w(t t)X X(f f)*)*G G(f f)*)*W W(f f)频域采样是在频域乘以采样函数频域采样是在频域乘以采样函数(1)(1)频域采样原理频域采样原理频频域域的的一一个个周周期期f fs s=1/=1/T Ts s有有N N个个数数据据点点，所所以以频频率率序序列列的的间间隔隔ff=f fs s/N N=1/(=1/(T Ts s N N)=1/)=1/T T，是时间窗宽度的倒数。，是时间窗宽度的倒数。关于频域采样的傅里叶变换对为：关于频域采样的傅里叶变换对为：x x(t t)g g(t t)w w(t t)*)*d d(t t)X X(f f)*)*G G(f f)*)*W W(f f)D D(f f)5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题时域采样结果为信号，采样函数和窗函数的积，在频域对应三者频域Page 32经经频频域域采采样样后后的的频频谱谱仅仅在在各各采采样样点点上上存存在在，而而非非采采样样点点的的频频谱谱则则被被“挡住挡住”无法显示（视为无法显示（视为0 0），这种现象称为），这种现象称为栅栏效应栅栏效应。在在时时域域，只只要要满满足足采采样样定定理理，栅栅栏栏效效应应不不会会丢丢失失信信号号信信息息，但但在在频域，则有可能丢失的重要的或具有特征的频率成分。频域，则有可能丢失的重要的或具有特征的频率成分。(2)(2)栅栏效应栅栏效应5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题经频域采样后的频谱仅在各采样点上存在，而非采样点的频谱则被“Page 33 提高频率分辨力提高频率分辨力频率采样间隔越小，被挡住的频率成分越少。频率采样间隔越小，被挡住的频率成分越少。因因为为频频率率间间隔隔ff=f fs s /N N，所所以以降降低低f fs s或或提提高高N N可可以以提提高高分分辨辨力力。但但前前者者受受采采样样定定理理的的限限制制，后后者者会会增增加加计计算算量量。在在满满足足采采样样定定理理的条件下，可以采用频率细化技术。的条件下，可以采用频率细化技术。整周期截断整周期截断对对于于频频率率为为f f0 0，周周期期为为T T0 0的的简简谐谐信信号号，只只有有当当 f f0 0/f=f=整整数数，即即T T/T T0 0=整数时，谱线才可能落在整数时，谱线才可能落在f f0 0，显示准确的频谱。，显示准确的频谱。(3)(3)减小栅栏效应的措施减小栅栏效应的措施5.2 信号数字化处理中的主要问题信号数字化处理中的主要问题提高频率分辨力频率采样间隔越小，被挡住的频率成分越少。(Page 345.3 5.3 离散傅里叶变换离散傅里叶变换离离散散的的谱谱线线对对应应于于时时域域的的周周期期函函数数，所所以以对对离离散散的的时时间间序序列列求求频频谱，要假定信号是周期的。谱，要假定信号是周期的。可可以以认认为为被被测测信信号号是是以以窗窗宽宽T T为为周周期期的的周周期期信信号号。这这样样人人为为的的周周期化可能会引泄漏误差。期化可能会引泄漏误差。5.3离散傅里叶变换离散的谱线对应于时域的周期函数，所以Page 35式中式中可以把上式改写成离散形式。可以把上式改写成离散形式。设设x x(n n)为为函函数数在在点点t t=0,=0,T Ts s,2 2T Ts s,(N N1)1)T Ts s，的的采采样样值值，X X(k k)为为x x(n n)的的傅傅里里叶叶变变换换在在点点f f=0,=0,f fs s/N N,2 2f fs s/N N,(N N1)1)f fs s/N N的的采采样样值值，其其中中f fs s=1/=1/T Ts s。于于是是，周周期期函函数数x x(t t)的的傅傅里里叶叶级级数数可可写成写成 5.3 离散傅里叶变换离散傅里叶变换式中可以把上式改写成离散形式。设x(n)为函数在点t=0,Page 36令：令：有：有：由由于于T T=NTNTs s，d dt tT Ts s，t tnTnTs s，T Ts s f fs s=1=1，所所以以傅傅里里叶叶级级数数的的离离散散形形式：式：5.3 离散傅里叶变换离散傅里叶变换令：有：由于T=NTs，dtTs，tnTs，Tsfs=Page 37式中式中上上两两式式称称为为离离散散傅傅里里叶叶变变换换(DFT)(DFT)对对，为为了了计计算算方方便便，又又可可以以写写成：成：对对上上式式采采用用傅傅里里叶叶变变换换的的快快速速算算法法（FFTFFT），可可以以实实现现实实时时的的信信号分析。号分析。5.3 离散傅里叶变换离散傅里叶变换式中上两式称为离散傅里叶变换(DFT)对，为了计算方便，又可Page 385.45.4虚拟仪器虚拟仪器以计算机为基础的软硬件测试平台，是在计算机显示屏显示的以计算机为基础的软硬件测试平台，是在计算机显示屏显示的虚拟面板上，用软件实现测试分析功能的计算机数据采集与分虚拟面板上，用软件实现测试分析功能的计算机数据采集与分析系统。析系统。可以代替传统的测量仪器，实现数据的采集、分析和工业过程可以代替传统的测量仪器，实现数据的采集、分析和工业过程的控制。的控制。可以充分利用计算机强大的的图形显示功能、数据存储、数据可以充分利用计算机强大的的图形显示功能、数据存储、数据处理和传输功能，实现测试的自动化、智能化，并且灵活方便处理和传输功能，实现测试的自动化、智能化，并且灵活方便地实现过程自动控制。地实现过程自动控制。5.4虚拟仪器以计算机为基础的软硬件测试平台，是在计算机显示Page 39虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器与传统仪器的比较 虚拟仪器虚拟仪器传统仪器传统仪器开放性、灵活性，可与计算机技术同开放性、灵活性，可与计算机技术同步发展步发展封闭性，仪器间配合较差封闭性，仪器间配合较差以软件为基础，仪器性能的改进和功以软件为基础，仪器性能的改进和功能的扩展只需更新软件，系统升级能的扩展只需更新软件，系统升级方便方便以硬件为基础，系统升级成本高以硬件为基础，系统升级成本高仪器的功能可由用户自定义仪器的功能可由用户自定义仪器的功能只能由厂家定义仪器的功能只能由厂家定义价格低廉，开发和维护费用低价格低廉，开发和维护费用低 价格昂贵，开发和维护费用高价格昂贵，开发和维护费用高仪器的资源可共享仪器的资源可共享仪器之间不能互相利用其资源仪器之间不能互相利用其资源与网络和周边设备连接方便与网络和周边设备连接方便只能连接有限的独立设备只能连接有限的独立设备技术更新周期短（技术更新周期短（1-21-2年）年）技术更新周期长（技术更新周期长（5-105-10年）年）5.4 虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器传统仪器开放性、灵活性，可Page 405.4.1 虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成5.4 虚拟仪器虚拟仪器5.4.1虚拟仪器的组成5.4虚拟仪器Page 415.4.2 5.4.2 虚拟仪器分类与应用虚拟仪器分类与应用1.1.虚拟仪器分类虚拟仪器分类PCPC总线总线插卡型虚拟仪器插卡型虚拟仪器并行口式虚拟仪器并行口式虚拟仪器 GPIBGPIB总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器 VXIVXI总线方式虚拟仪器总线方式虚拟仪器 PXIPXI总线方式虚拟仪器总线方式虚拟仪器 5.4 虚拟仪器虚拟仪器5.4.2虚拟仪器分类与应用1.虚拟仪器分类5.4虚拟仪Page 422 2虚拟仪器的设计与实现虚拟仪器的设计与实现1)1)确定虚拟仪器的接口形式确定虚拟仪器的接口形式2 2）确定所选择的接口卡是否具有设备驱动程序）确定所选择的接口卡是否具有设备驱动程序3 3）确定应用程序的编程语言）确定应用程序的编程语言4 4）编写用户的应用程序）编写用户的应用程序5 5）调试运行应用程序）调试运行应用程序5.4 虚拟仪器虚拟仪器2虚拟仪器的设计与实现1)确定虚拟仪器的接口形式5.4Page 435.55.5基于计算机的数据采集系统设计基于计算机的数据采集系统设计5.5.1 5.5.1 基本原则基本原则1.1.硬件设计的基本原则硬件设计的基本原则（1 1）经济合理）经济合理 （2 2）安全可靠）安全可靠 （3 3）有足够的抗干扰能力）有足够的抗干扰能力2.2.软件设计基本原则软件设计基本原则（1）结构合理（）结构合理（2）操作性好（）操作性好（3）具有一定的保护措施）具有一定的保护措施（4）提高程序的执行速度）提高程序的执行速度 （5）给出必要程序说明）给出必要程序说明 5.5基于计算机的数据采集系统设计5.5.1基本原则Page 445.5.2系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤1 1分析问题和确定任务分析问题和确定任务2 2确定采样周期确定采样周期TsTs3 3系统总体设计系统总体设计(1)(1)进行硬件和软件的功能分配进行硬件和软件的功能分配(2)(2)系统系统A AD D通道方案的确定通道方案的确定(3)(3)确定微型计算机的配置方案确定微型计算机的配置方案(4)(4)操作面板的设计操作面板的设计(5)(5)系统抗干扰设计系统抗干扰设计5.5 基于计算机的数据采集系统设计基于计算机的数据采集系统设计5.5.2系统设计的一般步骤1分析问题和确定任务5.5基