摘 要 介绍了虚拟仪器的概念和一个实用数据采集系统。通过软、硬件技术组合，实现了对多路各种类型模拟量的信号采集处理。充分发挥虚拟仪器的优势，采用模块化设计软件方法，设计出独立于设备类型，接口类型的应用软件。该系统可以满足仪器测试任务多样化的需求。
关键词 虚拟仪器 数据采集 测量
development of data acquisition system in
virtual instrument
zhou yongqiang
(wuhan university of hydraulic and electric engineering, wuhan 430072)
yao zhenghe
(yangtze river scientific research institute, wuhan 430010)
abstract the concept of a virtual instrument and its data acquisition system are represented in this paper. through the technical composition of hardware-software, the signal acquisition and processing of various kinds of simulation parameters from multiple channels are realized. making full use of advantages of the virtual instrument and adopting modular programming design method, the applicable softwares which are independent of equipment and interface types are developed. this system can satisfy the multiple requirements of test tasks.
keywords virtual instrument; data acquisition; measurement
0 前 言
所谓虚拟仪器，也叫计算机个人仪器［1］，它是计算机应用技术发展的产物。在近代电子测量技术中，把微计算机装入智能仪器，以实现对测试系统全面的控制和管理。如将个人仪器做成插卡形式，插入计算机的总线扩展槽中与计算机总线相接，从而利用计算机的软、硬件资源， 使仪器功能更加强大。在传统仪器中，电路功能的改变是将电路硬件结构加以改造而获得。而在虚拟仪器中，则可通过编制软件使仪器功能得以扩展，故又有“软件即仪器”的说法。自1982年美国研制成功第一台虚拟仪器以来，其发展十分迅速，我国有些科研单位及高等院校也十分重视虚拟仪器的发展。例如，清华大学、北京大学、国防科技大学等［2］。武汉水利电力大学电气工程学院电子信息工程系从1992年开始进行虚拟仪器的研制，近年来与长江科学院合作研究取得成效。本文介绍的是一个典型的16路数据采集系统，它可广泛应用于电站现场各种电量和非电量的检测。图1给出了虚拟仪器的系统框图。
图１ 虚拟仪器系统框图
fig.1 the virtual instrument system block diagram
1 数据采集系统的构成
1.1 概 述
图2是一个采用8086cpu的数据采集系统。多路开关采用ad7501，测量放大器由3个运算放大器ca3140构成。采样保持电路采用集成lf398芯片，模数转换器采用12位的ad574(a)jd。整个系统通过接口与16位的intel8086微处理器相接。系统的a/d转换采用定时启动、中断管理的方式工作。
图2 采用8086的数据采集系统
fig.2 data acquisition system using the mini-processing
instrument intel 8086
1.2 模数转换电路
a/d转换器是本系统的核心之一。ad574转换速度的典型值为25μs，结合图2，将其主要引脚功能简介如下：
(1) 12/为数据输出格式选择。当12/=1时，为双字节输出方式，即12条数据线同时输出有效。
(2) 为片选信号，=0时选中芯片。
(3) ce=1且=0时，ad574才允许进行读写操作。
(4) r/为启动或读数选择。当r/=0且ce=1,=0=0时，ad574启动a/d转换；当r/=1时，ad574转换后的数据被读取，此时=0。
(5) sts为a/d转换结束标志。它平时为低电平“0”，a/d转换过程中为高电平“1”， 一旦转换结束又变为“0”，所以sts的负跳变信号可作为a/d转换结束标志。
(6) a0引脚的作用是在a/d转换结束后的读取数据期间，a0=0表示cpu读取12位数据的高8位， a0=1则表示读取数据的低4位。
1.3 采样保持电路
在进行a/d转换时，需要先对模拟量输入信号采样，并在a/d转换过程中保持信号不变，完成这一功能的元件就是采样/保持器(s/h)。本设计选用集成s/h芯片lf398，其控制逻辑电压输入端(8脚)为高电平“1”时，电路处于采样；控制端为低电平“0”时，电路处于锁存状态，稳定的被锁信号供a/d转换。lf398的输入电阻ri=1010ω，输出电阻r0=0.5ω，s/h电阻ron=400ω，保持电容ch是按0.1%精度来选择的，本设计选ch=1 000pf。捕获时间为
t=7ronch=7×400×1000×10-12=2.8μs＜4μs
由于ad574转换时间为25μs，故假设保持时间th=50μs已足够供其转换。输出衰减仅为
δu=idth/ch=100×50/1000=5μv
式中：id为ch的漏电流，数值为100pa；idth为50μs内泄放的电荷量。输出衰减与输
