基于虚拟仪器的数字示波器设计
【完美升级版】基于LabVIEW的虚拟示波器的设计_毕业论文设计
基于LabVIEW的虚拟示波器的设计毕业论文摘要虚拟仪器是现代测量技术和计算机技术相结合的产物，标志着自动测试与电子测试仪器领域技术发展的一个崭新方向．随着信息技术和计算机技术的高速发展，数字信号处理作为一门新兴的学科，其重要性日益在各个领域的应用中体现出来。
本文介绍了利用LabVIEW 图形编程语言进行虚拟仪器开发的方法，设计了一种基于PC机声卡的虚拟示波器，说明了虚拟仪器在现代测试领域中的重要地位以及其广阔的发展前景．从某种意义上说，“软件就是仪器”。
关键词LabVIEW,虚拟仪器，示波器The design of virtual wave displayer based onLabVIEWAbstractVirtual instrument is the produce that merges the computer technology and measurement technique．It stands for a brand new development directory in the field of auto-measurement and electronic measurement。
With the rapid development of information technology and the computer technology, the digital signal processing takes an emerging discipline, its importance displays day by day in each domain application. This article introduces how to develop virtual instruments using graph programming language-LabVIEW ,designs a virtual signal displayer based on PC and explains the important part and wide development prospects of virtual instrument in modern measurement technique field．In a sense, “The sof tware is an instrument”.Keywords LabVIEW, virtual instrument目录第1章绪论 (1)1.1 虚拟仪器的概述 (1)1.1.1 什么是虚拟仪器 (1)1.1.2 虚拟仪器的构成 (2)1.1.3 虚拟仪器的优点 (3)1.1.4 虚拟仪器的发展现状 (4)1.1.5 虚拟仪器的发展趋势 (4)1.2 图形化编程语言LabVIEW (4)1.2.1 什么是LabVIEW (5)1.2.2 LabVIEW的主要特点 (5)1.2.3 LabVIEW调试与运行 (6)第2章示波器的原理 (7)2.1 模拟示波器 (7)2.1.1 示波器的基本结构 (7)2.1.2 示波器的扫描原理 (8)2.2 数字示波器 (9)2.2.1 数字示波器的基本原理 (9)2.2.2 数字示波器的特点 (11)2.3 虚拟示波器 (12)第3章系统的硬件设计 (14)3.1 声卡 (14)3.1.1 声卡的工作原理 (14)3.1.2 声卡的基本结构 (14)3.2 硬件设置 (16)3.2.1 实验中声卡的参数设置 (16)3.2.2 虚拟示波器中声卡的连接方式 (16)3.3 前置运算电路 (17)第4章系统的软件设计 (18)4.1 虚拟示波器工作流程图 (18)4.2 数据采集模块 (18)4.3 频谱分析模块 (22)4.4 数据测量和显示模块 (23)第5章系统调试与程序显示 (25)5.1 虚拟示波器性能 (25)5.1.1 程序设计思路 (25)5.1.2 虚拟示波器操作界面 (25)5.1.3 虚拟示波器总程序框图 (26)5.2 虚拟示波器波形显示 (27)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (34)第1章绪论1.1虚拟仪器的概述虚拟仪器是计算机技术和传统的仪器仪表技术相结合的产物,它是在以计算机为核心的硬件平台上,由用户设计和定义其功能,具有虚拟面板. 虚拟仪器技术具有高效、易用、开放、灵活、更新快、功能强大、性价比高、用户定义等诸多优点. 目前在我国应用的虚拟仪器开发平台主要有美国NI公司的LabVIEW及其相应组件和Agilent公司的HP - VEE ,其中NI的LabVIEW系列产品在我国使用比较广泛.LabVIEW是当前用于数据采集、信号处理和虚拟仪器开发的一个标准工具,而且是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具,设计者可利用它方便快捷地建立自己的虚拟仪器程序而无需复杂的程序代码编写. 它适用于多种操作系统,用LabVIEW设计的虚拟仪器程序可以脱离LabVIEW开发环境,最终用户看见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板1.1.1什么是虚拟仪器所谓虚拟仪器，就是在通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
「基于LABVIEW的虚拟示波器设计—虚拟示波器」
「基于LABVIEW的虚拟示波器设计—虚拟示波器」虚拟示波器是一种通过计算机软件来模拟传统示波器的工作原理和功能的设备。
它可以用于信号的检测和分析，具有方便、灵活、实时性强等优点。
本文将介绍基于LABVIEW的虚拟示波器设计。
LABVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的一种基于图形化编程的开发环境。
它可以实现快速的数据采集和处理，适用于各种工程应用。
借助LABVIEW的强大功能，我们可以设计出一个功能完善的虚拟示波器。
首先，我们需要从外部设备中获取信号。
LABVIEW支持多种类型的数据采集设备，如数据采集卡、传感器等。
我们可以通过连接这些设备，将信号输入到LABVIEW中。
LABVIEW提供了丰富的数据采集和处理函数，能够方便地获取并处理输入信号。
接着，我们需要设计一个用户界面，用于显示信号和调节示波器的各个参数。
LABVIEW中提供了多种界面控件，如图表、调节器等。
我们可以根据需要，在用户界面中添加这些控件，并设置相应的属性。
通过LABVIEW的可视化编程方式，我们可以直观地完成用户界面的设计。
在信号显示方面，虚拟示波器需要能够实时地显示输入信号的波形。
LABVIEW提供了图表控件，可以用于显示波形图。
我们可以将获取到的信号数据传递给图表控件，然后设置相应的显示参数，如坐标轴范围、背景颜色等。
这样，用户就能够清晰地看到输入信号的变化。
除了实时显示信号波形外，虚拟示波器还应具备其他功能，如调节触发电平、选择触发方式等。
LABVIEW中提供了丰富的函数库，可以方便地实现这些功能。
我们可以通过在用户界面中添加调节器、开关等控件，并将其与相应的函数进行关联，从而实现示波器的各个参数的调节。
总之，基于LABVIEW的虚拟示波器设计具有很大的灵活性和可扩展性。
我们可以根据需求进行定制，实现更多功能，如频谱分析、数据存储等。
同时，LABVIEW提供了强大的数据处理和可视化功能，能够让我们更加方便地进行数据分析和结果展示。
基于LabVIEW虚拟数字示波器的设计
摘要由于电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术和仪器领域中的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现。
电子测量仪器的功能和作用已经发生质的变化。
在先进的测控系统中，不仅希望设备能够单独进行测试，还希望他们之间能够互相通信，构成测试系统，甚至是测试网络系统，实现信息共享，以便对众多的被测信号进行对比、综合和自动分析、从而得出准确的判断。
这是电子行业本身给测试设备提出的要求，传统的测试仪器在此方面受到很大的限制。
由于上述原因，并且随着电子技术和计算机技术的快速发展以及价格不断下降，改变了传统的电子技术设计观念，使原来部由硬件完成的功能，现在能由软件实现。
例如仪器面板和数字滤波等，实现硬件软件化。
而不少硬件难以实现的功能，例如复杂的信号分析，数据统计和三维图像显示等，在计算机中则较容易实现。
在市场的需求和相关技术支持下，促使了基于个人计算机的测控仪器——虚拟仪器的发展。
虚拟仪器利用计算机强大的处理能力，使得它成为了一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。
与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程度、处理能力和可操作性等方面均具有明显的技术优势。
示波器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。
目前研制一种结构简单、操作方便、生产技术要求不高、费用低的数字示波器是非常必要的。
本文介绍了一种新型的示波器：虚拟数字存储示波器。
虚拟数字存储示波器是虚拟仪器技术的一种具体应用。
该虚拟仪器基于计算机平台，将虚拟仪器硬件和软件紧密结合，实现比传统仪器更强大的功能。
虚拟数字存储示波器系统由数据采集、数据分析和结果输出显示三个主要功能部分组成。
其中，数据分析和结果输出显示完全由计算机软件系统来完成，只有数据采集是在软件的控制下由硬件来完成。
本文主要完成对软件系统的设计。
本文设计的虚拟数字存储示波器的系统工作原理是，对模拟信号进行数据采集后，根据使用者的不同要求由软件对数据进行相应的分析、处理，并在屏幕上显示处理结果。
基于LabVIEW的虚拟数字示波器设计
平顶山工学院毕业设计论文基于LabVIEW的虚拟数字示波器设计Design of virtual digital oscillograph based on LabVIEW作者：指导教师:：专业：电气工程及其自动化班级：1212041随着现代科学技术的发展，越来越多的信号采集、信号处理、结果显示对示波器功能有着高的要求。
因此，传统示波器功能问题日益引起人们的重视。
虚拟仪器是现代计算机软硬件技术飞速发展的产物，它正逐步取代传统的电子仪器，是现代电工电子测量仪器的发展方向。
将虚拟仪器技术引入到示波器设计中具有极其广阔的应用前景。
在此基础上，利用美国NI公司的虚拟仪器开发环境LabVIEW设计了一种新型示波器——虚拟两通道数字示波器。
虚拟两通道数字示波器是虚拟仪器技术的一种具体应用，它将软件和虚拟仪器硬件精密结合在一起，在计算机上虚拟地实现了示波器的各种功能。
虚拟两通道数字示波器系统由信号采集、信号处理和结果显示三大部分构成。
因为没有数据采集卡，所以信号采集部分是由软件模拟实现的。
测试结果表明，本文设计的两通道数字示波器系统设计正确。
关键词：虚拟仪器；示波器；LabVIEWWhih the development of modern science and technology, more signal acquisition、more signal processing and more output display need better oscillograph functions.So,people attach more importance to the problem of oscillograph functions.The virtual instrument is follow-on product outcome of software and hardware of computer technique,and it is replacing traditional electronic instrumentation step by step,and is the development direction of modern electrician’s electronic measurement instrument.leading the virtual instrument technique to the oscillograph design possesses the most vast application foreground.Among.The paper design the studying of a new kind of oscillograph--virtual tuo channels digital oscillograph. Virtual tuo channels digital oscillograph is the real application of virtual instrument technology. It hangs hardware with software together tightly and realizes every function of common oscillograph. Virtual digital oscillograph system includes signal acquisition , signal processing and output display. As we don’t have date acquisition clip,so date acquisition is completed by software.The test result indicates that two channels digital oscillograph system designed by this paper is correct.Key Words:Virtual Instrument; Oscillograph; LabVIEW.目录引言 (1)第一章：虚拟仪器 (2)1.1虚拟仪器概述 (2)1.2 虚拟仪器现状及其发展趋势 (3)1.3虚拟仪器的设计步骤 (4)第二章：LabVIEW基础 (6)2.1 LabVIEW简介 (6)2.1.1 LabVIEW软件 (6)2.1.2 LabVIEW 软件的特点 (6)2.2 LabVIEW的运行机制 (7)2.2.1LabVIEW应用程序的基本构成 (7)2.2.2LabVIEW程序调试技术 (8)2.2.3 子VI的建立 (9)第三章示波器设计 (11)3.1 两通道数字示波器系统总体设计 (11)3.2两通道数字示波器控制程序的主界面（前面板） (12)3.3 两通道数字示波器部分功能模块的程序框图 (13)3.3.1 触发控制程序 (13)3.3.2 生成波形图的Y轴及纵向缩放波形 (14)3.3.3生成波形图的X轴及横向缩放波形 (15)3.3.4 模拟采集数据及生成波形数据 (18)3.3.5 数据模拟采集、数据处理及波形显示 (21)3.3.6Chart的独有控件 (23)3.4 两通道数字示波器控制程序总框图（后面板） (25)结论 (26)后记 (27)参考文献 (28)引言虚拟仪器技术是基于计算机的仪器及测量技术。
基于LABVIEW的虚拟示波器的设计
基于LABVIEW的虚拟示波器的设计概述示波器是一种用于测量和监测电信号的设备，它可以以图形方式显示信号的波形，也可以提供一些基本的测量功能，如测量信号的幅值、频率和相位等。
虚拟示波器是一种基于软件的示波器，通过计算机和特定的软件来实现测量和显示信号波形的功能。
本文将介绍基于LABVIEW开发的虚拟示波器的设计方案。
设计要求1.实时显示信号波形：虚拟示波器需要能够实时获取信号并以图形方式显示信号的波形。
2.支持多通道测量：虚拟示波器需要支持多通道测量，使用户可以同时监测多个信号波形。
3.提供基本的测量功能：虚拟示波器需要提供一些基本的测量功能，如测量信号的幅值、频率和相位等。
4.具备信号触发功能：虚拟示波器需要具备信号触发功能，使用户可以通过设置触发条件来捕捉特定的信号波形。
设计方案1.界面设计：虚拟示波器的界面应具备直观性和易用性，用户能够方便地进行操作。
界面可以包括波形显示区域、通道选择区域、测量功能区域和触发设置区域等。
2.数据采集和处理：虚拟示波器需要通过数据采集卡或其他的信号输入设备来获取信号，并通过LABVIEW提供的数据处理功能进行处理和分析。
3.实时波形显示：获取到的信号数据可以通过LABVIEW的图形绘制功能进行实时显示。
可以使用波形图控件或曲线图控件来显示不同通道的信号波形，并使用不同的颜色进行区分。
4.多通道测量：用户可以通过界面上的通道选择区域选择要监测的通道数，虚拟示波器会自动获取相应的信号并进行测量和显示。
5.测量功能：通过使用LABVIEW提供的测量VI，可以实现对信号的幅值、频率和相位等进行测量。
这些测量结果可以显示在界面的测量功能区域，方便用户进行查看和比较。
6.信号触发：用户可以通过界面上的触发设置区域设置触发条件，如触发电平、触发边沿和触发延迟等。
当信号满足触发条件时，虚拟示波器会捕捉到相关的信号波形并进行显示。
7.数据保存和导出：虚拟示波器可以支持将获取到的信号数据保存到文件中，以便用户进行后续的分析和处理。
自动化测控技术与仪器 基于labview的虚拟示波器的设计和实现学位论文
毕业设计（论文）基于LabVIEW的虚拟示波器的设计和实现系别自动化工程系专业名称测控技术与仪器班级学号5080911学生姓名高尚指导教师吴朝霞2012年6月15日基于LabVIEW的虚拟示波器的设计和实现摘要随着微电子集成技术和微计算机技术的飞速发展，现代虚拟示波器作为一种精密电测仪器得到了更快的发展，其功能越来越强、精度越来越高，而且外形越来越美观。
但现有的虚拟示波器价格普遍偏高，使其应用受到一定限制。
充分利用虚拟现实技术研究功能强大、性价比高的虚拟数字示波器，使之能更好地满足实际应用的需求，具有很好的现实意义。
本文介绍了虚拟仪器的研究背景和意义以及国内外的一些研究进展。
接下来对虚拟仪器总体进行了概述，讨论了虚拟仪器的概念、构成、特点、发展建立了虚拟仪器的基本框架,在此基础上，进行了虚拟示波器的系统设计。
完成了虚拟示波器各模块的详细设计，包括数据采集模块、用户界面模块、频谱分析模块、双通道信号发生模块、波形显示模块和参数计算模块的设计，还讨论了软件设计中的技术问题。
该示波器主要用于电子测量仪器教学,让学生掌握示波器的工作原理、示波器的测试和示波器的主要控键。
设计中我们通过模拟信号发生器产生的多通道信号对多种控制参数进行了设置、实时采集、处理、显示和存储等功能的试验，但在进行硬件试验时并未成功。
另外在程序的繁琐程度，资源的利用率方面仍有改进的需要。
关键词：LabVIEW；示波器；虚拟仪器；采集卡Design and Implementation of the Virtual Oscilloscope Based onLabVIEWAuthor：Gao ShangTutor：Wu Zhao XiaAbstractWith the rapid development of integrated microelectronics technology and microcomputer technology, modern digital storage oscilloscope as a precision electrical measuring instruments to develop faster, more powerful, higher and higher precision, but more and more shapebeautiful. However, the existing digital storage oscilloscope prices are generally high, its application is subject to certain restrictions. Make full use of virtual reality technology is a powerful, cost-effective virtual digital oscilloscope, so that it can better meet the needs of practical application, with good practical significance.This paper introduces the research background and significance of the virtual instrument, as well as some progress at home and abroad. Next on the virtual instrument overall, to discuss the concept of virtual instruments, composition, characteristics, development has established the basic framework of the virtual instrument, on this basis, the system design of the virtual oscilloscope. Completed the detailed design of the virtual oscilloscope module, including the data acquisition module, the user interface module, a spectrum analysis module, dual-channel signal generation module, waveform display module and parameters to calculate the module design, and also discussed the technical aspects of software design.The oscilloscope is mainly used for electronic measuring instruments and teaching, enable students to acquire the works of the oscilloscope, oscilloscope test and the oscilloscope control key. Multichannel signal design, analog signal generator to generate a variety of control parameters, settings, real-time acquisition, processing, display and storage of the test, but during the hardware test did not succeed. In addition, there is still room for improvement in the red tape of the program, the resource utilization needs.Key Words:LabVIEW; oscilloscope; virtual instrument; data acquisition card目录1绪论 (1)1.1虚拟仪器的概念 (1)1.2虚拟仪器的构成 (2)1.2.1 虚拟仪器的硬件系统 (2)1.2.2 虚拟仪器的软件结构 (3)1.3虚拟仪器的特点 (3)1.4虚拟仪器的发展 (4)1.5虚拟示波器及其特点 (6)1.5.1虚拟示波器的分类 (7)1.5.2虚拟示波器工作原理 (8)1.5.3 虚拟示波器的研究现状与发展 (9)2虚拟示波器方案设计 (11)2.1软件及硬件的选择 (11)2.1.1软件的选择 (11)2.1.2硬件的选择 (12)2.2软件设计方案 (16)2.2.1软件设计 (16)2.2.2仪器功能 (17)3 虚拟示波器的软硬件设计 (18)3.1虚拟示波器的总体设计 (18)3.2软件的设计与实现 (19)3.2.1前面板功能设计 (19)3.2.2触发、通道选择程序设计 (21)3.2.3时基、幅值控制模块设计 (22)3.2.4数据存储模块设计 (22)3.2.5数据读取模块设计 (23)3.2.5双通道信号发生器 (24)3.2.5信号测量模块设计 (25)3.3数据采集 (28)4 实验与分析 (30)4.1波形显示 (30)4.2基于虚拟示波器的参数测量 (30)4.2.1 虚拟示波器测量参数的优势 (30)4.2.2 基于虚拟示波器的参数测量的用户界面 (30)4.3基于虚拟示波器的频谱分析 (32)4.3.1 虚拟示波器频谱分析 (32)4.3.2 基于虚拟示波器的相位测量的用户界面 (32)4.4虚拟示波器与传统示波器的精度分析 (33)4.5设计心得 (33)4.6程序调试过程中发现的问题和解决办法 (34)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录 (39)附录A (39)附录B (49)附录C (50)1绪论从20世纪40年代开始，计算机革命给当代社会的发展注入了活力。
基于LabVIEW虚拟示波器的设计 毕业设计说明书
1 绪论1.1 引言由于微电子技术、计算机技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术上的应用，新的测试理论、测试方法、测试领域和新的仪器结构的出现，电子测量仪器的功能和作用发生了非常大的变化.虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的硬件和软件，形成既有普通通用仪器的功能和界面,又具有强大的数据分析、处理、存储、控制等强大功能的高档低价新型仪器。
它代表了当前电子测试仪器发展的新方向。
示波器在电子测量、测试仪器中有着很广泛的应用，是观察模拟电路和数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。
根据示波器组成原理的不同，可分为模拟示波器和数字示波器。
模拟示波器具有分辨率高、响应快、价格低廉等优点，在电子测量技术领域中曾得到广泛的应用。
但是由于模拟示波器所采用的模拟技术的局限性，其缺点也是非常的明显的，如：体积庞大，只能观察和分析重复的周期性信号，对慢速信号、单次或偶尔出现的高速、高频信号，难以观察和分析，而且不能用来观察触发前的信号的波形等。
并且在很多测量场合下，不仅要对被测信号进行定性分析，还要进行定量的分析，如需要测量信号的周期、频率、峰－峰值等。
模拟示波器要完成这些功能，就需要增加专用的电路，而使得价格大大增加。
随着数字电路、大规模集成电路和微处理器技术的快速发展，尤其是高速模/数（A/D）转换器及存储器（RAM）技术的高速发展，出现了数字示波器。
它把模拟信号数字化，存储于半导体存储器中，主要是用于捕获和存储单次或瞬变信号。
这种数字存储示波器有着许多独特的优点和功能，能够采集、观测、处理、存贮信号。
与传统模拟示波器相比，数字示波器有以下两个突出的优点：（1）尤其适合用来捕获、观测非重复性的瞬态单次脉冲信号、随机信号或变化缓慢的信号，并能将被测信号长久的保存下来；（2）具有负延迟触发这是数字示波器所具有的独特的功能，可以观测触发信号到来之前的一段信号波形，这种功能在电路的故障诊断和电子器件的性能检测中是很有必要的，在电气、电子、机械、试验分析、生物医学、国防科研和生产过程等各个科研生产领域中，虚拟数字示波器有着广泛的应用，并成为了近年来发展速度最快的新型仪器之一。
基于LABVIEW的虚拟示波器设计
基于LABVIEW的虚拟示波器设计虚拟仪器是一种使用软件模拟实际仪器功能的工具。
在近年来，随着计算机技术的快速发展，虚拟仪器在各种测量和控制领域的应用越来越广泛。
针对示波器这一重要的测试仪器，本文将介绍如何使用LABVIEW软件设计一个基于LABVIEW的虚拟示波器。
LABVIEW是一款由National Instruments公司开发的图形化编程环境，用于进行数据采集、仪器控制和数据分析等工作。
通过使用LABVIEW，可以轻松地实现各种虚拟仪器的设计和开发。
虚拟示波器是一种具有示波器功能的软件程序，通过采集和显示信号波形，用于检测和分析电路中的信号。
在进行虚拟示波器设计时，需要考虑以下几个关键因素：1. 数据采集：虚拟示波器需要能够采集外部信号并进行处理。
可以使用LABVIEW提供的数据采集模块，例如DAQmx模块，来实现数据的采集和处理功能。
2. 数据显示：虚拟示波器需要能够将采集到的数据以波形的形式显示出来。
LABVIEW提供了丰富的图形化控件，可以轻松实现波形显示功能。
通过使用Waveform Chart或Graph控件，可以将采集到的数据实时显示。
3. 触发功能：示波器通常具有触发功能，用于稳定地观察特定事件。
在虚拟示波器设计中，可以利用LABVIEW提供的Trigger模块来实现触发功能。
通过设定触发条件，可以实现稳定的波形观察。
4.配置选项：虚拟示波器需要提供一些常用的配置选项，例如时间和电压的刻度设置，波形颜色和线型的选择等。
可以使用LABVIEW提供的控件，例如数字输入框和下拉菜单，来实现这些配置选项。
基于以上几个关键因素，下面我们将详细介绍基于LABVIEW的虚拟示波器设计的具体步骤：步骤1：设置数据采集通道。
通过使用DAQmx模块，选择需要采集的数据通道，例如模拟输入通道或数字输入通道。
步骤2：创建界面。
使用LABVIEW的图形化工具，创建一个用户界面，包括波形显示区、触发设置区和配置选项区。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第22卷第4期 抚顺石油学院学报Vol.22 No.4 2002年12月JOURNAL OF FUSHUN PETROL EUM INSTITU TE Dec.2002 文章编号:1005-3883(2002)04-0063-03基于虚拟仪器的数字示波器设计王红萍1, 魏玉宾1, 袁 艺1, 王东来2(11辽宁石油化工大学信息工程学院,辽宁抚顺113001;21辽河石化分公司,辽宁盘锦124022)摘 要: 虚拟仪器技术是计算机,测量仪器技术,软件技术的迅速发展,相互融合而孕育出来的一项新技术。
虚拟仪器技术的核心是利用计算机的强大资源,使需要硬件来实现的技术软件化,以最大限度降低系统成本,增强系统功能与灵活性,与电子仪器相比有很大的优越性。
阐述了虚拟数字示波器的设计原理与实现过程,利用VB编程,借助于数据采集等硬件,实现了双踪示波器的功能,双通道显示,可测输入信号的电压、频率、周期以及存储信号等。
说明了虚拟仪器的实用性。
关键词: 数字示波器; 虚拟仪器; 数据采集; 测试技术中图分类号:TM93 文献标识码:A 所谓虚拟仪器就是微机化的智能电子测量仪器。
虚拟仪器通过硬件功能模块和专用软件构成一种良好的人机交互界面,用户可以自定义测试功能以及使测量对象多样化。
虚拟仪器的外部接口是通过数据采集卡将信号数据采集后送入计算机,各种复杂测试功能、数据分析和结果显示则完全由计算机软件完成。
一台性能优良的虚拟仪器不仅可以实现传统测量仪器的大部分测量功能,在许多方面较传统仪器有无法比拟的优点,如使用灵活方便、测试功能丰富、价格低廉、一机多用等,这些使得虚拟仪器成为未来电子测量仪器发展的方向[1-3]。
一台传统仪器有3大功能:对被测信号的采集与控制,分析与处理,结果的表达与输出。
传统仪器的这些功能都是以硬件(或固化的软件)的形式存在的。
虚拟仪器的特点就是将计算机技术和仪器技术有机结合,充分利用计算机技术,用计算机的显示器模拟各种仪器的控制面板,以多种形式表达输出检测结果;以计算机软件实现各种模拟信号分析,处理,完成多种多样的测试。
在电子测量测试仪器中,示波器的使用范围非常广泛。
传统示波器包括宽带示波器,取样示波器和记忆示波器等,它们频带较宽,价格便宜,但测量精度不高,功能比较单一。
近年推出的数字存储示收稿日期:2002-07-16作者简介:王红萍(1960-),女,辽宁锦州,讲师。
波器,由于引入微处理器,极大地提高了测量准确度,同时还具有较强的数字化处理功能,如FF T、信号平均和自动测频等。
不过,这种示波器在应用上存在一些限制因素,例如价格昂贵,仪器功能和模式固定,不具备用户对仪器进行定义及编程的功能。
本文采用基于计算机的虚拟技术,设计出虚拟存储示波器,模拟通用双踪示波器的面板操作和处理功能。
使用个人计算机及其接口电路来采集现场和实验室信号,并通过图形用户界面来模仿示波器的操作面板完成试验采集,调理,分析处理和显示输出,存储记录等功能。
1 系统结构及硬件设计虚拟存储示波器主要有通用计算机,模块化功能硬件和控制软件组成。
操作人员可通过显示屏上的示波器面板来控制示波器的工作,从而完成对各种被测信号的采集与控制,分析与处理,显示与输出[4,5]。
本设计以双踪示波器为例,主要功能包括双通道信号输入,通道控制,波形显示,频率、电压、周期等参数的自动测量,数据存储和回放等。
硬件模块由输入信号调理电路,数据采集、存储和读取电路,数据传输电路等组成。
信号调理电路首先要对输入的信号进行放大和衰减,电平抬高和下降等调理作用,使待采集信号变换到所采用的A/D转换器AD9012采样电路要求的-2～0V电压范围内,其次要实现对各个通道信号的同步采样,以便能够比较出不同信号在频率,相位等方面的区别。
数据采集、存储和读取电路是硬件模块中最重要的部分。
实际设计中50MHz 的振荡源经过5级10分频,由5片74F160实现,有50M 、5M 、500K 、50K 、5K 、500Hz 等6种采样频率可以提供给AD9012。
当采样频率为500Hz 时,可实现对极低频信号的波形真实的再现,没有模拟示波器的断续和闪烁感。
虚拟示波器中,数据采集和存储是实时、高速完成的;而数据读取和传输是非实时、较低速度完成的。
这里采用了高速双端口SRAM ID T7134作为数据存储器,其最短存储时间为20ns 。
ID T7134的左端口用于存储数据,右端口用于数据读取。
数据传输电路是硬件模块与PC 机的通讯接口部分。
本设计采用A T89C51的串行口,经由RS -232驱动器MAX202与PC 机进行数据交换。
MAX202为双单5V 供电的RS -232驱动器。
为使串行口以9600bps 的波特率工作,A T89C51的主振频率应为11.059MHz 。
2 软件设计虚拟仪器系统的软件一般分为4层:系统管理层、测控程序层、仪器驱动层和I/O 接口层[6]。
本设计的虚拟存储示波器软件总体上包括数据采集、波形显示、参数测量及数据存储等几大模块。
数据采集模块主要完成数据采集控制,包括触发控制,通道选择控制,时基控制等,在软件编程上也就是数据采集卡的驱动程序设计。
图形显示模块提供单通道或双通道显示,以及采样数据的波形显示。
虚拟示波器的工作原理就是对信号波形进行密集的采样,采样值被数字化后存储起来,当重建波形时便从缓冲区取数,然后用清晰的、均匀一致的轨迹映现在屏幕上。
由于采集的模拟波形经数字化后成为一串离散数据,因此,应该首先解决重建信号波形的问题。
一般来说,波形的映像方法和数据采集卡的工作方式有关。
数据采集卡通常工作于两种方式,一种是单点采样方式,即每采集一个数据点都有软件启动;另一种是连续采样,即数据采集卡离线工作,由板内定时器启动。
如果采取单点采样,计算机在进行波形显示时就会停止波形的采集工作;如果采取连续采样,数据采集卡将与CPU 并行工作,采集数据暂存在数据采集卡的存储器上,计算机在进行波形显示时不会停止数据采集,采集过程是实时进行的。
计算机每隔一段时间就从数据采集卡上的存储器读出波形数据,并转储到计算机的内存中。
在单点采样方式下,波形映像可采用滚动和分段两种显示方式,而在连续采样方式下,波形映像一般只采用分段显示方式。
参数测量模块主要解决频率、电压、周期的测量,以及测量结果的显示。
在频率测量中使用了波峰波谷测频算法。
波峰波谷法测频是基于信号局部区间的最大值和最小值,当信号为脉冲方波时,局部区间不存在最大值和最小值,或者说最大值最小值不唯一,此时不能直接用波峰波谷法测频。
虽然脉冲方波局部区间不存在最大值、最小值,但其一阶导数是存在最大值、最小值的,因此可以用其一阶导数来测量其频率。
主界面完成数据采集控制,实时统计分析,系统参数设定,信号波形显示,被测参数输出,综合分析等功能。
整个软件利用VB6.0编程完成。
图1是所实现的虚拟示波器界面显示图。
46抚顺石油学院学报 第22卷3 结束语虚拟仪器技术的出现,使得用户可以自己定义仪器,灵活地设计仪器系统,满足多样化实际需求[7,8]。
虚拟仪器系统开发周期短,费用低,测量结果准确度及可复用性提高,且便于维护和扩展。
本文通过虚拟示波器的实现,验证了虚拟仪器的实用性。
实际上,一台仪器具备好几台仪器的功能已成为虚拟仪器的基本特性,对本示波器,如果增加频谱分析功能,可成为一台频谱分析仪;加波形输出功能,可成为一台波形发生器,而不同功能的实现主要靠软件来完成。
虚拟仪器可以大幅度地降低系统成本,增强系统功能与灵活性,便于普及推广,服务于教学和科研。
参考文献[1] WEN G Rui -qin (翁瑞琴),L IN G Zhi -hao (凌志浩),Q IU Y i -Hong (邱意弘).Virtual instrument and application (虚拟仪器及其应用)[J ].Application research of com puters (计算机应用研究),1999,(8):15-16.[2] L IU Y a (刘亚).The formation techniques of virtual instrument (虚拟仪器的构建技术)[J ].Computer automatedmeasurement &control (计算机自动测量与控制),1999,(3):40-43.[3] J IA G ong -xian (贾功贤).Developing tendency of fictitious instrument based on PC (基于PC 的虚拟仪器的发展趋势)[J ].Application of electronic technique (电子技术应用),1999,(12):4-6.[4] Y AN G Le -ping (杨乐平),L ΒY ing -jun (吕英军).Design of virtual digital oscilloscope and its realization (虚拟数字示波器的设计与实现)[J ].Application of electronic technique (电子技术应用),2000,(7):28-30.[5] SUN Zhen -hua (孙振华).The secondary development and application of the digital osilloscope -DSO2102M (数字存储示波器DSO2102M 的二次开发应用)[J ].Automation panorama (自动化博览),2001,(5):24-25.[6] ZHOU Hong (周泓).The design of virtual instrument system software architecture (虚拟仪器系统软件结构的设计)[J ].Computer automated measurement &control (计算机自动测量与控制),2000,(1):21-24.[7] HUAN G Jing (黄静),ZHOU Dong -xiang (周东祥).The ideology of virtual instrument technique and its realization in thetesting system for sensing elements (虚拟仪器技术在敏感元件测试系统中的应用)[J ].Instrument technique and sensor (仪表技术与传感器),1999,(5):17-19.[8] L I Li (李立).Design of multi -parameter sensor signal acquisition system based on virtul instrument (基于虚拟仪器的多参量传感器信号采集系统设计)[J ].Electronic measurement technology (电子测量技术),2001,(6):67-68.Design of a Digitizing Oscilloscope Based on Virtual Instrument TechniqueWAN G Hong -ping 1,WEI Yu -bin 1,YUAN Y i 1,WAN G Dong -lai 2(11Inf orm ation Engineering Faculty ,L iaoning U niversity of Pet roleum &Chemical Technology ,L iaoning Fushun 113001,China ;2.L iaohe Pet rochemical Com pany ,L iaoning Panjin 124022,China )Abstract : Virtual instrument is an advanced technology that combines testing technology with software technology.The main idea of the virtual instrument is to take the place of the hardware with the software ,thus reduce the cost of measurin g system and make the system more flexible and powerful.The design method of virtual digital oscilloscope was introduced.In VB language and with a certain hardware ,a complete two -channel storage oscilloscope was implemented.It can measure in put voltage ,frequency ,period ,and also can sore the wave or data.The ex periment results verify the applicability of the virtual instrument.K ey w ords : Digitizing oscilloscope ;Virtual instrument ;Data collection ;Testing technology(Ed.:ZW ,W )56第4期 王红萍等.基于虚拟仪器的数字示波器设计。