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基于labview的双通道数字示波器设计.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.24M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘 要 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。虚拟仪器主要由数据采集、数据 分析处理、数据输出与显示三部分模块组成。 本文是以美国 NI 公司的虚拟仪器开发环境 labview 设计的虚拟示波器，介绍 虚拟示波器的实现过程。该仪器是用基于图形化编程语言 labview 而编写的, 本 虚拟示波器涉及主要功能包括：双通道信号输入、触发控制、通道控制、时基控 制、波形显示、参数自测量等。本虚拟示波器的数据采集的功能与普通示波器一 样；波形显示模式：通道 A 或 B 、A+B 及 A-B 等。经测试，本虚拟示波器可实 现数据采集，并可对采集信号进行运算。 关键词: 虚拟仪器； 示波器； labview； 波形显示； 双通道信号输入
    Abstract The hypothesized instrument is the modern computer software and hardware technology rapid development product, it is substituting for traditional gradually the electronic instrumentation, is the modern electrician electronic surveying instrument development direction. The hypothesized instrument mainly by the data acquisition, data analysis processing, the data output and demonstrated three parts of modules compose. This article using American NI Corporation's hypothesized instrument development environment LabVIEW, the introduction hypothesized oscilloscope realization process. This instrument is with, this hypothesized oscilloscope which compiles based on presente in figures and diagrams programming language LabVIEW8i involves the main function to include: Double channel signal input, triggering control, channel control, time base control, profile demonstration, parameter from survey and so on. This hypothesized oscilloscope data acquisition function and the ordinary oscilloscope are same; Profile demonstration pattern: Channel A or B, A+B and A-B and so on. Been tested. This virtual oscilloscope Can be achieved Data acquisition，And can be Computing for Signal acquisition Key word: Virtual instrument ；Oscilloscope ； LabVIEW ；Waveform display ； Dual-channel signal input
    目 录 第一章 虚 拟 仪 器 基 本 介 绍 … … … … … … … … … … … 1 1 . 1 虚 拟 仪 器 介 绍 … … … … … … … … … … … … … … … … … 1 1.1.1 虚 拟 仪 器 的 基 本 概 述 … … … … … … … … … … … … … . 3 1.1.2 虚 拟 仪 器 的 构 成 … … … … … … … … … … … … … … … . 3 1.1.3 虚 拟 仪 器 的 优 点 … … … … … … … … … … … … … … … . 4 1.2 虚 拟 仪 器 的 发 展 现 状 和 方 向 … … … … … … … … … … 4 1.2.1 虚 拟 仪 器 的 现 状 … … … … … … … … … … … … … … … . 4 1.2.2 虚 拟 仪 器 的 发 展 及 特 点 … … … … … … … … … … … … . 5 1.2.3 虚 拟 仪 器 的 展 望 … … … … … … … … … … … … … … … . 6 第二章 虚拟示波器的介绍……………………………………8 2.1 什么是虚拟示波器……………………………………………….8 2.2 虚拟示波器的软件和硬件介绍…………………………………8 2.3 软 件 开 发 平 台 … … … … … … … … … … … … … … … … … 1 0 2.3.1 labview的操作模板……………………………………………11 2.3.2 创建一个VI……………………………………………………12 2.3.3 程序的调试技术………………………………………………13 2.3.4 虚拟仪器的基本设计步骤……………………………………15 2.4 数据采集卡……………………………………………………16 2.4.1 数据采集卡主要组成………………………………………17 2 . 4 . 2 数 据 采 集 卡 参 数 设 置 … … … … … … … … … … … … … 1 8
    第三章 双 通 道 虚 拟 示 波 器 的 设 计 … … … … … … … … 1 9 3.1 设计目标及要求…………………………………………… 19 3.1.1 主要功能模块……………………………………………19 3.1.2 主要控制模块……………………………………………20 3.2 虚拟示波器的设计步骤……………………………………20 3.2.1 数据采集模块……………………………………………21 3.2.2 波形显示模块……………………………………………22 3.2.3 参数测量模块……………………………………………23 3.2.4 频谱分析模块……………………………………………24 3.2.5 数据写盘模块……………………………………………25 3.2.6 数据读盘模块……………………………………………26 3.2.7 波形打印模块……………………………………………27 3.2.8 自动手动切换模块………………………………………28 3.2.9 自动扫描模块……………………………………………28 3.2.10 主要控制结构……………………………………………29 3.3 前面板与程序框图………………………………………… 30 总 结…………………………………………………………32 参考文献………………………………………………………34 致 谢………………………………………………………… 35
    武汉纺织大学外经贸学院 2012 届毕业设计论文 第一章 虚拟仪器基本介绍 1.1 虚拟仪器介绍 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。 虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，是以计算机为基础， 配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口，利用虚拟仪器软件开发平台 （如 LabVIEW、LabWindows/CVI）在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板并实现相 应的功能，使得使用者在操作计算机时就像在操作一台自己设计得测试仪器。虚 拟仪器的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用 户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，给用户提供了一个充分发挥自己 才能和想象力的空间，实质上代表了一种创新的仪器设计思想。与传统仪器相比， 虚拟仪器具有性价比高、开放性好、智能化程度高、界面友好、使用方便、模块 化和网络化的优点，在很多领域大有取代传统仪器的趋势。 虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素，硬件功能是获取被测的物理信号， 提供信号传输的通道；软件则是实现数据采集、分析、处理、显示等功能，并将 其集成为仪器操作与运行的一体化环境。总体而言，虚拟仪器硬件以 VXI、PXI 等先进的计算机接口总线发展为标志，而软件技术则是以 VISA、SCPI、IVA 等标 1
    武汉纺织大学外经贸学院 2012 届毕业设计论文 准和 LabVIEW、LabWindows/CVI 等先进开发平台为核心，构成一个完整的虚拟仪 器技术体系。[1] 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。 本设计采用模块化的软件设计思想编写，每个功能的实现由一个模块完成。 我们所设计的虚拟数字存储示波器主要由数据采集、参数测量、频谱分析、滤波 和波形存储和读取模块组成。将这些子模块在虚拟仪器的框图程序中按照一定的 逻辑关系组合起来，就形成了完整的虚拟数字存储示波器。它具有传统仪器所没 有的许多优点，如波形可以存储为数据文件，可以长久保存并随时调用，波形显 示可以进行单、双通道的切换、成本低廉，可以根据需要进行功能拓展。 本设计所采用的软件是美国NI公司推出的LabVIEW。LabVIEW是一种基于图形 化编程语言的开发环境，具有十分强大的数据库。它为虚拟仪器设计者提供了一 个便捷、轻松的设计环境。是目前应用最广泛的虚拟仪器开发平台软件之一。 本文利用LabVIEW2011图形编程语言，借助计算机强大功能，设计了一种方 便、实用的虚拟示波器，并在实际运用中取得较好的效果。它的主要性能指标是 双通道波形显示，波形可存储读取，具有谱分析和滤波功能以及电压、时间、频 率等参数的测量。在传统仪器的基础上扩展了部分功能。充分发挥了计算机强大 的功能和软件设计的灵活性。[2] 电子测量仪器发展至今，大体可以分为四代：即模拟仪器、数字化仪器、智 能仪器和虚拟仪器。虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)是现代仪器技术和 2
    武汉纺织大学外经贸学院 2012 届毕业设计论文 计算机技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试(ComputerAided Test， CAT)的重要技术。 1.1.1 虚拟仪器的基本概述 虚拟仪器就是在通用仪器硬件平台上定义和设计仪器的功能,用户在操作虚 拟仪器的同时就是在使用一台专门的电子仪器。首先,虚拟仪器使用软件实现。 软件就是仪器,一个机房就可以是一个多功能实验室;其次,虚拟仪器人机界面好, 内容丰富,借助虚拟仪器的功能,可以直观生动地展示其物理实质,减轻实验人员 的教学负担,加深学生的理解;再次,使用虚拟仪器,可以提高实验效率,降低教学 成本。在教学中,调试和校准往往比较费时,而虚拟仪器恰好可以避免这一点,参 数输入简便,结果显示明确,且仪器不会有任何损坏。实际设备的更新只是软件的 更新而已;最后,利用网络教学,可以实现教学手段现代化。借助虚拟仪器技术, 可以把仪器技术与计算机技术相结合,可以充分利用计算机资源。在实验过程中, 通过声、光、动画等手段的结合,教学将会更加生动形象,实验结果将会更加精确。 将来进入网络教学时代,虚拟仪器将更加显示出其优越性。 1.1.2 虚拟仪器的构成 虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构成 方式上讲，则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC—DAQ测试系统，或以 GPIB，VXI、Sedal和Field bus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、串口系 统和现场总线系统等多种形式。无论哪种vI系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本 电脑、台式微机或工作站等各种计算机平台加上应用软件而构成的。虚拟仪器的 构成方式如图1.1所示： 3
    武汉纺织大学外经贸学院 2012 届毕业设计论文 信号调理 数据采集卡 GPIB 接口仪器 GPIB 接口卡 串行口仪器/PLC LabVIEW VXI 仪器 现场总线 测 控 对 象 图1.1 虚拟仪器结构示意图 1.1.3 虚拟仪器的优点 与传统仪器相比虚拟仪器主要有以下优点： (1)传统仪器的面板只有一个，其上布置着种类繁多的显示与操作元件，易 于导致许多识别与操作错误。虚拟仪器与之不同，它可以通过在几个分面板上的 操作来实现比较复杂的功能。这样，在每个分面板上就可以实现功能操作的单纯 化与面板布置的简捷化，从而提高操作的正确性与便捷性。同时，虚拟仪器面板 上的显示元件和操作元件的种类与形式不受“标准件”和“加工工艺”的限制， 它们是由编程来实现的，设计者可以根据用户的认知要求和操作要求，设计仪器 面板。 (2)在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功 能。 的。 (3)仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的，而不是事先由厂家定义好 (4)仪器性能的改进和功能扩展只需要更新相关软件设计而不需要购买新的 仪器。 (5)研制周期较传统仪器大为缩短。 (6)虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同步发展，与网络及其他周边设备互联。 [3] 1.2 虚拟仪器的发展现状和方向 1.2.1 虚拟仪器的现状 4
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