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基于LABVIEW的虚拟示波器的设计

基于LABVIEW的虚拟示波器的设计
基于LABVIEW的虚拟示波器的设计

学生姓名学号

院(系)

专业电气工程及其自动化

题目基于LABVIEW的虚拟示波器的设计

指导教师讲师/博士

2013 年 5 月

摘要:虚拟仪器成为现代计算机软硬件技术快速发展的产物,它正渐渐的取代传统电子仪器,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、数据处理、数据输出与显示三部分模块组成。其软件开发平台有LabVIEW、VC++等。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Labview8i 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。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:LABVIEW,虚拟仪器,声卡,虚拟示波器

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. Its software development platform has LabView, VC++ and so on. In this foundation, has designed the hypothesized oscilloscope 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. The test result indicated, this article designs two channel digital oscilloscope system design is correct.

Key word: labview,virtual instrument,oscilloscope,virtual oscilloscope

目录

1 绪论 (4)

2 LabVIEW的概述 (5)

2.1 什么是LabVIEW (5)

2.2 LabVIEW软件的特点 (5)

3 虚拟仪器的概述 (6)

3.1 什么是虚拟仪器 (6)

3.2 虚拟仪器的特点 (7)

3.3 虚拟仪器的发展 (8)

4 示波器设计 (8)

4.1 示波器功能 (8)

4.2 示波器前面板设计 (9)

4.3 示波器后面板设计(程序设计) (10)

4.4 总程序 (23)

4.5 波形显示调试结果 (24)

结论 (27)

参考文献 (28)

致谢 (29)

1 绪论

计算机技术的发展带动了虚拟仪器的计算机化。虚拟仪器是90年代提出的新理论。虚拟仪器技术的提出与发展,标志着自动测试与电子测量仪器领域技术在二十一世纪发展的一个重要方向。虚拟仪器其实就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能,当使用者操作这台计算机,就像是在使用一台专门设计的电子仪器。

传统台式仪器是由仪器厂家设计并定义好功能的一个封闭结构,它有固定的输入/输出接口和仪器操作面板,每种仪器实现一类特定的测量功能,并以确定的方式提供给用户。从一般的仪器设计模型看,一种仪器无非是由数据采集、分析处理、人机交互和显示等几部分功能模块组成的整体。因此我们可以设想在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下,通过软件设计实现仪器的全部功能,这就是虚拟仪器设计的核心。与传统仪器相比,虚拟仪器除了在性能、易用性、用户可定制性等方面具有更多优点外,在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。一方面,目前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口,这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求高,生产突破有困难,采用虚拟仪器技术可以通过只采购必要的通用数据采集硬件来设计资金的仪器系统;另一方面,用户可以将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器,提供传统台式仪器不具备的功能,而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。因此,可以说虚拟仪器代表了未来测量仪器设计发展的方向。虚拟仪器技术目前在国外发展很快,以美国国家仪器公司(NI公司)为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。数字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。

图形化软件开发平台LabVIEW 为用户提供了简单、直观、易学的图形编程方式,把复杂繁琐、费时的文本编程简化成“画流程图“的方法。与通用的文本编程语言相比,可以节省大约70%~80%的程序开发时间。编程工作是由开发平台本身完成的,省去用户大量的编程工作。图形化软件开发平台只需用鼠标将屏幕上的各个功能图标按一定的顺序连接起来,就能方便迅速地完成程序的编写。该类软件开发平台同时支持与多种总线接口系统的通信连接,提供数据采集、仪器控制、数据分析和数据显示等与虚拟仪器系统相关的多种功能,是面向测试领域的优秀软件开发平台,受到了从事虚拟仪器系统的软件开发的广大工程技术人员的欢迎。

2 LabVIEW的概述

2.1 什么是LabVIEW

LabVIEW自从被使用以来,经历了一个快速的发展过程,如今已经被大家认可。它是目前测控领域的一大热点,代表着未来虚拟仪器的发展方向。LABVIEW是图形化的编程语言,就像传统文本编程语言中的函数或者子程序,用它开发的软件称为虚拟仪器,在操作界面上与现实的操作仪器完全一样,功能更强大。

LABVIEW还包括了大量的控件、工具和函数,用于数据采集、分析、显示与存储等操作。另外,它还提供了广泛的接口,可以与DLL、Visual Basic、MATLAB等多种软件互相调用。其附带有扩展函数库,在自身配备的工具不能完成一些任务时,就可以调用专业的数据采集和处理工具包括扩展库,进行强大的专业数学分析等。其也具有强大的一起驱动库,可以和多种仪器连接。

LABVIEW软件可以编写出界面美丽、功能强大的程序,它具有形象、生动的编程语言,使初学者很容易入门,有一定基础的人能够很快的掌握各类编程技巧。在编程过程中,需要某个控件时直接拖到到目的地就可以找到相应的接线端口,进行连接设置后即可以传输数据,省去了许多源代码的编写麻烦和参数传递的设置。

2.2 LabVIEW软件的特点

LabVIEW软件的特点如下:

1)具有图形化的编程方式,设计者无需写任何文本格式的代码,是真正的工程师的语言;

2)提供丰富的数据采集、分析及存储的库函数;

3) 提供传统的程序调试手段,例如单步运行、设置断点等,另外它还提供非常独特的执行工具,使得程序进行动画式运行,非常有利于开发者观察到程序运行的细微之处,使程序的调试和开发过程更加方便;

4) 32位的编译器编译生成32位的编译程序,有利于用户进行数据的采集、测试以及测量方案能够快速执行;

5) 包含PCI,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485,USB等多种仪器通信总线标准的所有功能函数,使得不懂得总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器。

3 虚拟仪器的概述

3.1 什么是虚拟仪器

虚拟仪器是一个全新的概念,是计算机和仪器技术的结晶。同时,它也是测试技术和计算机深层次结合的产物。从计算机和仪器两者的结合粗略的地来讲,虚拟仪器可以分为智能仪器和虚拟仪器。他们的区别是,前者把计算机装入仪器,后者把仪器装入计算机。虚拟仪器把计算机的处理、存储器、显示器和仪器的数模变换器、模数变换器、数字输入输出等结合到一起,用于数据的分析处理、传输、显示等,如图3-1所示。它充分利用了计算机的优势,可对数据进行大量计算和存储。

图3-1

虚拟仪器是在传输仪器的基础上发展起来的,完全继承了传统仪器的所有特点,并且超越了传统仪器。它把传统仪器的显示和硬件数据处理引入到计算机中来显示并进行软件处理。这也是近年来计算机迅速发现的结果。虚拟仪器配置了许多相应的I/O接口设备进行数据的采集,用不同功能的测试软件对数据信号进行进行分析处理及显示,构成一整套

的虚拟测试系统。

虚拟仪器具有强大的信号分析、数据处理能力,也具有友好的人机界面。其各个功能和面板可以由编程用户根据需要进行扩展和自定义。因而用户不用花昂贵的价钱购买不同功能的仪器,只需要在最基本的虚拟单位上自行开发。在不同时期的不同场合下,用户可以修改程序来实现对不同环境的测试,达到资源节省。随着网络技术的发展和完善,还可以通过网络实现仪器的远程调试和控制。虚拟仪器产生,彻底改变了多年来传统仪器的观念,开辟了测试及控制领域的新纪元。

虚拟仪器实现了虚拟仪器的智能化、多样化和模块化等功能,体现出低成本、多功能等操作优点。与传统仪器相比,虚拟仪器具有更大的应用范围,因此它成为仪器行业发展的一个重要方向,并受到很多国家仪器行业的重视。

虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件3大要素构成的。计算机与仪器硬件又称为VI的通用仪器的硬件平台。

3.2 虚拟仪器的特点

概括地说,虚拟仪器主要有以下特点:

(1)软件是虚拟仪器的核心。虚拟仪器的硬件确定之后,它的功能主要是通过软件来实现的,软件在虚拟仪器中具有重要的地位。

(2)虚拟仪器的性价比高。一方面,虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量,同时由于信号的传送和数据的处理几乎都是靠数字信号或软件来实现的,所以还大大降低了环境干扰和系统误差的影响。此外用户也可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能,大大缩短了仪器在改变测量对象时的更新周期。另一方面,采用虚拟仪器还可以减少测试系统的硬件环节,从而降低系统的开发成本和维护成本,因此使用传统仪器比传统仪器更经济。

(3)虚拟仪器的出现,缩小了仪器厂商与用户之间的距离。虚拟仪器使得用户能够根据自己的需求定义已仪器的功能,而不像传统仪器那样,受到仪器厂商的限制,时常出现厂商提供的仪器功能与用户的要求不相符合的情况。利用虚拟仪器的技术,用户可以组建具有更好性能和更具灵活性的测试系统,并且用户可以很便捷的升级系统的性能。由于PC机的处理能力远胜于仪器的内部硬件电路的处理能力,因此借助于一套基于PC机的通用数据采集系统,用户就可以通过软件组建一台多功能仪器。

(4)虚拟仪器具有良好的人机界面。在虚拟仪器中,测量结果的显示是通过软件在计算机屏幕上生产的、与传统面板相似的图形界面软件面板来实现的。因此用户可根据自己的喜好,通过编辑软件来定义面板形式。

(5)基于PC机网络技术和接口技术,虚拟仪器系统具有方便、灵活的互联(connectivity)特性,广泛支持诸如CAN、FildBus、PROFIBUS各种工业总线标准。因此利用VI技术可以方便的构建自动测试系统(automatic test system,ATS),实现测量控制过程的网络化。此外,还可以将虚拟仪器接入网络,如Intranet等,以实现对现场生产的监控和管理。

(6)虚拟仪器的可靠性高。虚拟仪器的硬件平台是PC机或工控机。PC机在稳定、可靠、精确、标准化等方面已经达到相当高度,质量可靠。因此虚拟仪器的整体系统质量主要取决于软件的稳定度和模块卡的质量,相对而言控制这两个对象的质量将比控制一台仪器整机的质量容易的多。

(7)基于PC机的开放式标准体系结构,虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因此用户可根据自己的需要,选用不同厂家的产品,使仪器系统的开发更为灵活、效率更高,缩短了系统组建时间,减少了投资。

(8)虚拟仪器维护、维修方便。如果某个虚拟仪器模块出现了故障,可以很方便的卸

下该故障模块,再换上一块新的模块,就可以实现系统的正常运行。这样既不影响其他模块的功能又提高了系统的维护效率,大大缩短了系统故障恢复时间提高了系统可靠性。3.3 虚拟仪器的发展

在八十年代初期,计算机就被人当做基础,把一些插件或外附插件箱增加到微机内部,将PC内部总线与各种测量电路插件相连接,从而实现了传统仪器的功能通过加上某些软件,这种仪器被称为PC仪器或个人仪器。因为一般自动测试系统和智能仪表中的微处理器、存储器、接口电路和显示器可以被计算机系统的硬软件资源代替,所以仪器的许多硬件得以减少,仪器成本得到降低,另外没有必要对每一种新仪表都从头开始设计,所以该方案一经提出就在仪表界引起极大的轰动。

随着计算机技术、电子技术、网络通信技术的进步和不断拓展,未来的仪器概念将是一个开放的系统概念。计算机和现代仪器互相包容,计算机网络也就是通用的仪器网络,在测控系统中具有更多不同类型的智能设备像计算机和工作站一样成为网络的节点联入网络,比如各种智能仪器、虚拟仪器及传感器,通过充分利用目前已比较成熟的Internt 网络的设施,不仅能实现更多资源的共享,降低组件系统的费用,还可以提高系统的功能,并拓宽其应用范围,“网络就是仪器”的概念确切地概括了仪器的网络化发展趋势。

计算机技术、传感器技术、网络技术与测量、测控技术的结合,使网络化、分布式测控系统的组建更为方便,以Internt为代表的计算机网络技术的迅猛发展及相关技术的不断完善,是的计算机网络的规模更大、应用更广。在国防、通信、航空航天、气象、制造等领域,对大范围的网络化测控将提出更迫切的需求,网络技术也必将在测控领域得到更广泛的应用。网络化一起很快会发展并成熟起来,从未有力的带动和促进现代化测量技术即网络测量技术的进步。

目前,我国的虚拟仪器设计、生产、使用也已经起步,我国有几家企业正在研制PC 虚拟仪器,产品已经达到一定的批量。国内专家预测:未来的几年内,我国将有50%的仪器为虚拟仪器,届时,国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。随着微计算机的发展,各种有关软件不断诞生,虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。

4 示波器设计

4.1 示波器功能

虚拟仪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。本虚拟仪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;电压参数测量,时间/频率参数测量,定位标尺,测量结果显示。由于条件有限,没有数据采集卡,我在设计数据采集时,采用了LaBVIEW内部信号发生器来产生信号;这些发生器有正弦波发生器、方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器,通过这些信号的输入来进行测量。

我所设计的虚拟示波器,是在数据采集硬件的支持下,配备一定功能的软件,完成波形的存储、分析、显示等功能。一般测试仪器由信号采集、信号处理和结果显示三大部分组成,这三大部分均由硬件构成。虚拟示波器也是由这三大部分组成,但是除了信号采集部分是由硬件实现之外,其它两部分都是由软件实现。总体上包括数据采集、波形显示、参数测量、频谱分析等几大模块组成,虚拟示波器的结构框图如下4-1所示。

4-1虚拟示波器的结构框图

注释:由于条件有限,没有数据采集卡,我在设计数据采集时,采用了LaBVIEW内部信号发生器来产生信号;这些发生器有正弦波发生器、方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器,通过这些信号的输入来进行测量。

4.2 示波器前面板设计

虚拟示波器的界面图,分为操作面板区以及波形显示区。波形显示区横轴表示量为时间,纵轴代表幅值。单元格当前时间和幅值也可以通过操作面板的“时间”框、“幅值”框显示。操作区有:显示模式转换,时基控制,数据采集配置,数据处理等。显示模式转换就是选择需要测量的设备型号、通道与极性选择。时基控制是选者扫描率,扫描数,选择手动、自动等。前面板用于设置输入数值和观察输出量,用于模拟真实示波器的前面板。

数据采集是用来调节波形周期,波形幅值,以及选择显示的波形是哪个通道的。由于虚拟面板直接面向的对象是用户,是虚拟示波器控制软件的核心,所以我设计这部分时,主要考虑操作简洁、界面美观和费用低等因素。用户可以通过面板上的各种开关、按钮等控键来控制虚拟示波器的工作。根据传统示波器的面板控键的功能,利用LabVIEW 中的控制模板,分别在设计面板上放入模拟实际控键的显示器、通道选择控键、水平与垂直增益控键、触发方式选择控键及开关。打开LabVIEW 前面板编辑窗口,点击鼠标右键,显示控制模板,选择Graph m Waveform Graph ,作为示波器的显示器。在显示器模板上点击鼠标右键,对其进行属性设置,如根据示波器的频率与幅度值的变化, 利用工具模板中的文字工具,对显示器横(时间) 、纵(幅度) 坐标的刻度重新设置。

示波器的前面板如下图4-2:

图4-2 示波器前面板设计

4.3 示波器后面板设计(程序设计)

4.3.1 数据采集模块(模拟数据采集)

由于条件有限,没有数据采集卡,我在设计数据采集时,采用了LaBVIEW内部信号发生器来产生信号;这些发生器有正弦波发生器、方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器,通过这些信号的输入来进行测量。

方波发生器三角波发生器

锯齿波发生器正弦波发生器

产生用于D/A转换的信号在LabVIEW 中提供了波形函数,为制作函数发生器提供了方便。以Waveform>>Waveform Generation中的基本函数发生器(Basic FunctionGenerator.vi)为例,其图标如下:

图4-3 基本函数发生器

其功能是建立一个输出波形,该波形类型有:正弦波、三角波、锯齿波和方波。这个VI会记住产生的前一波形的时间标志并且由此点开始使时间标志连续增长。它的输入参数有波形类型、样本数、起始相位、波形频率(单位:Hz)

参数说明:

offset:波形的直流偏移量,缺省值为0.0。数据类型DBL reset signal:将波形相位重置为相位控制值且将时间标志置为0。缺省值为FALSE。

signal type::产生的波形的类型,缺省值为正弦波。

frequency :波形频率(单位 Hz),缺省值为10。

amplitude :波形幅值,也称为峰值电压,缺省值为1.0。

phase :波形的初始相位(单位度)缺省值为0.0。

error in :在该VI运行之前描述错误环境。缺省值为 no error. 如果一个错误已经发生,该VI在error out端返回错误代码。该VI仅在无错误时正常运行。错误簇包含如下参数。status :缺省值为FALSE,发生错误时变为TRUE。

code :错误代码,缺省值为0。

source :在大多数情况下是产生错误的VI或函数的名称,缺省值为一个空串。

sampling info :一个包括采样信息的簇。共有Fs和#s 两个参数。

Fs :采样率,单位是样本数/秒,缺省值为1000。

#s :波形的样本数,缺省值为1000。

duty cycle (%):占空比,对方波信号是反映一个周期内高低电平所占的比例,缺省值为50%。

signal out:信号输出端

phase out :波形的相位,单位:度。

error out :错误信息。如果 error in 指示一个错误,error out 包含同样的错误信息。否则,它描述该VI 引起的错误状态。使用该VI制作的函数发生器如下,由框图可以看出,其中没有附加任何其他部件。

图4-4VI制作的函数发生器

数据采集主要是把通道A、通道B、设备,扫描率、扫描数、极性,触发源、模式、斜坡、电平,信号分别生成一个簇然后输入到子程序OSCdaq 这个子程序是里,里面有一个自生成的波形发生器,通过外面的变量来对波形发生器进行控制。

图4-5 数据采集的总的程序图

子VI的建立

子VI(SubVI)就像普通编程语言中的子程序,类似于被其他的 VI调用的VI。可以将每一个已经定义了图标和联接器的 VI当成另一个 VI的子程序。在流程图中打开Functions?Select a VI…. ,然后可以选择要调用的子 VI 。编程一个子VI过程中最重要的步骤就是定义它的图标以及联接器。

每个VI在前面板和流程图窗口右上部分都出现了一个默认的图标。其中启动图标编辑器的方法是利用鼠标右键单击面板窗口的右上角的默认图标,在弹出的菜单中选择Edit Icon按钮。

下图表示了图标编辑器的窗口。用户可以用窗口左边一列的所有工具来设计像素编辑区中的图标形状。编辑区右半部分的一个方框中有一个实际大小的图标。

图4-6 图标编辑器窗口

联接器是 VI 数据的输入输出接口。假如利用面板控制对象或者显示对象从子VI 中输出或者输入数据,那么这些对象都需要在联接器面板中有一个连线端子。您可以通过选择 VI的端子数并为每个端子指定对应的前面板对象以定义联接器。定义联接器的方法是,用鼠标右键单击面板窗口中的图标窗口,在快捷菜单中选择 Show Connector。联接器图标会取代面板窗口右上角的图标。LabVIEW 自动选择的端子连接模式是控制对象的端子位于联接器窗口的左边,显示对象的端子位于联接器窗口右边。选择的端子数取决于前面板中控制对象和显示对象的个数。联接器中的各个矩形表示各个端子所在的区域,可以用它们从 VI 中输入或者输出数据。如果必要,也可以选择另外一种端子连接模式。方法是在图标上单击鼠标右键单出快捷菜单,选择 Show Connector,再次弹出快捷菜单,选择Patterns。

本子程序主要用到程序结构有While循环、分支结构、数簇、数组等。While循环模块位置为Functions->Execution Control子模板。单击鼠标左键后,指针变为手形。把鼠标指针移到框图上,可以看到,鼠标指针缩小的While循环样子。循环右下角是条件端子,用于在每次循环结束后判断循环是否继续执行。具体的循环继续条件有两种:Stop if True和Continue if True,具体采用哪种方式可在条件端子上弹出的快捷菜单指定,也

可以使用操作工具在端子上单击鼠标,以切换两种不同的条件。条件不同,端子的图标也不同,默认的条件是Stop if True。左下角标有字母i的矩形框图是重复端子(Iteration Terminal),可以在每次循环中提供当前循环次数的计数值,i的初始值为0。两个端子之外的其他空白区域都可以放置程序代码。分支结构(Case Structure)位于

Functions->Programming->Structures 子模版上。分支结构左边框上有一个输入端子,该端子中心有一个问号,称为选择器端子(Selector Terminal);上边框上有分支选择器标签(Case Selector Label)。

分支结构有一个或多个子框图,每一个子框图都是一个执行分支,每一个执行分支都有自己的分支选择器标签。当执行分支时只有与接入选择器端子相匹配的标签对应的框图被执行。端子的值可以是布尔型、字符串型、整型或者是枚举类型。此选择器端子的值的类型是无符号长整型。分支结构子框图是堆叠在一起的,单击标签左边和右边的增量、减量按钮将使当前显示框图在堆叠起来的多个框图中进行一次前、后切换。单击分支选择器标签右边端的向下黑色箭头,将弹出所有已定义的标签列表,可以利用这个列表在多个子框图之间实现快速跳转。与C语言的分支结构不同的是,C语言的switch语句的Default 分支是可选的,在没有Default分支时,如果没有任何匹配,则任何Case后面的代码都不会执行。而对于LabVIEW的Case结构,要么在选择器标签中列出所有可能的情况,要么必须给出一种默认情况。

图4-7 数据采集中的OSCdaq子程序

4.3.2 自动扫描控制

自动扫描控制主要是利用软件编程来对采集到的数据进行对扫描率和扫描数的控制程序如下图4-8:

图4-8动扫描控制

扫描数乘以dt乘以基频然后输入到分支结构的输入端子,若选择端子是True将判断输入端子大于6 ,又扫描率大于等于8 则扫描率加1。若第一个分子结构选择结构输入端子小于3,又扫描率小于0,则扫描率减去1。

4.3.3 波形显示

图形显示对于虚拟仪器面板设计是一个重要的内容。LabVIEW为此提供了丰富的功能。我们不从图形的实现方法上去讨论问题,那是计算机图形学的课题。但我们需要从用户的可能的需求角度探求一下,如果你需要做虚拟仪器方面的开发,那么可能遇到些什么图形问题。LabVIEW在这方面所做的工作是非常值得借鉴的。

在LabVIEW的图形显示功能中Graph和Chart是两个基本的概念。一般说来Chart 是将数据源(例如采集得到的数据)在某一坐标系中,实时、逐点地显示出来,它可以反映被测物理量的变化趋势,例如显示一个实时变化的波形或曲线,传统的模拟示波器、波

形记录仪就是这样。而Graph则是对已采集数据进行事后处理的结果。它先将被采集数据存放在一个数组之中,然后根据需要组织成所需的图形显示出来。它的缺点是没有实时显示,但是它的表现形式要丰富得多。例如采集了一个波形后,经处理可以显示出其频谱图。现在,数字示波器也可以具备类似Graph的显示功能。LabVIEW的Graph子模板中有许多可供选用的控件,其中常用的见下表:

* 由表中可以看出, Chart方式尽管能实时、直接地显示结果,但其表现形式有限,而Graph方式表现形式要远为丰富,但这是以牺牲实时为代价的。

各种图形都提供了相应的控件,以Graph为例介绍。图4-1所示为它的控件。所有这些控件都包含在图形快速菜单的Visible Items选项下。

曲线图例可用来设置曲线的各种属性,包括线型(实线、虚线、点划线等)、线粗细、颜色以及数据点的形状等。

图形模板可用来对曲线进行操作,包括移动、对感兴趣的区域放大和缩小等。

光标图例可用来设置光标、移动光标,帮助你用光标直接从曲线上读取感兴趣的数据。

刻度图例用来设置坐标刻度的数据格式、类型(普通坐标或对数坐标),坐标轴名称以及刻度栅格的颜色等。

波形显示主要是通过软件对测量波形进行显示下图3-7为波形显示的主程序

下图4-11为波形显示子程序——生成时间轴序列

图4-11生成时间轴序列

A、B显示模块的调节按钮元素通过Bundle中把它们打包生成一个簇然后通过Unbundle By Name 把输入簇中的元素按标签解包,A、B通道电压数据分别用分支结构来对其进行显示A、显示

B、显示A&B等。

4.3.4测量波形的各种参数

测量波形的各种参数主要测量波形的幅值、周期、频率等。主程序如下:

当测量信号输入到分支结构输入端子时,电压数据通过 Index Array 数组,当选择

基于LabVIEW的虚拟示波器设计

目录 1.设计要求 (1) 1.1主要功能模块 (1) 图1 功能结构框图 (1) 1.1.1 数据采集模块 (1) 1.1.2 波形显示模块 (1) 1.1.3 参数测量模块 (2) 1.1.4 频谱分析模块 (2) 1.1.5 数据存储和回放模块 (2) 1.2 主要控制结构 (2) 1.2.1 测量控制结构 (2) 1.2.2 自动调整扫描率控制结构 (2) 2.虚拟仪器设计方案 (3) 3.虚拟仪器设计步骤 (4) 3.1 DAQ数据采集模块: (5) 3.2 模拟采集模块 (6) 3.3 波形显示模块 (7) 3.4参数测量模块 (8) 3.4.1频谱分析模块 (10) 3.5 数据存储和回放模块 (12) 3.6 波形打印模块 (13) 3.7主要控制结构 (14) 3.7.1测量控制结构 (14) 3.7.2自动调整扫描率控制结构 (15) 4.总结 (16) 5.参考文献 (17) 6.附录: (18)

摘要 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。本文介绍了可以利用LabVIEW完成对信号的输入及获取、信号电压参数及时间频率参数的自动测量、信号的波形显示及存储回放和信号的频谱分析等功能。该示波器主要由数据采集DAQ(Data Acquisition)、接口总线、硬件驱动程序和虚拟数字示波器软件构成。 关键词:虚拟仪器LabVIEW 示波器 Abstract: Virtual instrument is the product of modern measurement technology and the combination of computer technology, marked a new direction of automatic test and electronic measurement instrument technology development. With the rapid development of information technology and computer technology, digital signal processing as a new subject, reflected the growing importance of application in the field of each. This paper introduces the LabVIEW can be used to complete the signal acquisition, signal input and parameters of voltage and time frequency parameter automatic measurement, signal waveform display and storage playback and signal spectrum analysis and other functions. The oscilloscope is composed of data acquisition DAQ (Data Acquisition), interface bus, hardware driver and virtual digital oscilloscope software. Keywords: The virtual instrument LabVIEW oscilloscope

USB虚拟示波器设计

USB虚拟示波器设计 -LabVIEW实现 内容提要:随着计算机技术的快速发展,计算机技术已经渗入到各个领域。由于计算机 的快速性、稳定性、高精度等特点,基于计算机技术的现代仪器也快速的发展起来,虚拟仪器应运而生,在对精度、稳定性等方面要求高的场合,虚拟仪器将逐渐取代传统仪器。 虚拟示波器,是将计算机强大的计算处理能力和一般硬件仪器的信号采集,控制能力结合在一起,从而实现一般示波器所不能实现的功能和友好的界面。随着计算机技术的发展,使得虚拟仪器的实现成为可能,传统仪器的一些专用处理器和设备,被计算机的通用设备所代替,常用的虚拟仪器,多采用PCI或ISA插槽,将各种硬件连接到一起,然而采集卡的数量一般有限,因此组织系统的时候,只能指定特定的计算机,或打开计算机盖装入专门的采集卡,在使用笔记本电脑或工业一体化电脑的场合,根本就不支持PCI或ISA总线的设备。 本文围绕“虚拟示波器”这一热点课题,阐述了基于USB的无线虚拟示波器的设计方案、开发方法、开发过程。在设计中使用了TI公司的单片机MSP430 F1611、ATMEL公司的AVR系列单片机ATMEGA16L、Philips公司的USB器件芯片以及Nordic Semiconductor ASA公司的增强型无线通信芯片nRF24L01。利用MSP430F1611芯片内置的A/D采样实现数据采集,并通过无线模块将数据传输到主机;ATGMEGAL16L实现数据的接收并与USB通信。关键词:A/D采样无线传输 USB 虚拟仪器 ATMEGA16L nRF24L01 PDIUSBD12

USB virtual oscilloscope design -- LabVIEW to achieve Abstract:With the rapid development of computer technology, computer technology has infiltrated into every field. As the computer's fast, stable, high-precision, and other features of modern computer-based technology equipment is also rapidly developed, virtual instrument came into being in on the accuracy, high stability, and so on the occasion, the virtual machines will be gradually replaced by Traditional instruments. Therefore, we need a more convenient and more effective and flexible communication bus to achieve virtual machines, modern computer with a USB interface in general, the USB interface and the use of flexible, convenient, so first of all consider the USB bus. USB bus is Intel, IBM, NEC, Microsoft, and so on 7 well-known bus company's next-generation technology, following the adoption of a new generation of USB bus, PC configuration of the new machine's hardware devices do not have to flip open, and hot swap support Technology, to the great convenience to users through the USB hub, to expand up to 127 devices, and through the 3-5m of cable to connect to the computer, by collecting cards close to the test object, thus greatly improving the electromagnetic Compatibility standards in the agreement USB1.1 in, UMB bus transfer rate up to 1.5-12Mb / s, and in the USB2.0 specification, the rate of up to 360Mb / s. Such a rate sufficient to meet the vast majority of occasions. In this paper, around a "virtual oscilloscope" hot topics on the USB-based wireless virtual oscilloscope design, development methods, the development process. In the design used in TI's single-chip MSP430 F1611, ATMEL's AVR family of single-chip ATMEGA16L, Philips's chip USB devices as well as the Nordic Semiconductor ASA's enhanced wireless communications chips nRF24L01. MSP430F1611 use the built-in chip A / D sampling data collection and wireless data transmission module to the host; ATGMEGAL16L data reception and communication with the USB. Key words:A/Dsampling wireless transmission USB virtual instrument ATMEGA16L nRF24L01 PDIUSBD12

LabView虚拟示波器实验报告

虚拟仪器结课作业 班级:自动化10-2 学号:1067106235 姓名:范丽媛

摘要 虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物,是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着数字化,智能化,模块化,网络化的方向发展。 本文所设计出的虚拟仪器成本低、通用性强,在对采样频率要求不高的情况 下,可以用声卡取代数据采集卡进行采样,充分利用了价格低廉的声卡进行数据 采集。文章阐述了虚拟仪器的概组成及特点,重点介绍了采用图形化编程软件 LabVIEW设计虚拟示波器方法以及他的波形显示、参数显示等功能。 本文所设计的虚拟示波器经过测试可以对信号正确的采集和显示,达到了本 次虚拟示波器的设计要求。 关键词:LabVIEW、虚拟仪器、示波器

目录 摘要 (2) 设计题目:虚拟示波器 (4) 第1章虚拟仪器的概述 (4) 1.1虚拟仪器的概念 (4) 1.2虚拟仪器的构成 (4) 1.3虚拟仪器的优点 (6) 第2章虚拟示波器的原理 (7) 2.1 示波器的基本原理 (7) 2.2 实现过程 (7) 2.2.1前面板设计 (7) 2.2.2程序框图 (8) 2.2.3设计while循环 (8) 心得体会 (10)

设计题目:虚拟示波器 第1章虚拟仪器的概述 1.1虚拟仪器的概念 虚拟仪器是指通过应用程序将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起来,用户可以通过友好的图形界面(通常叫做虚拟前面板,简称前面板)来操作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样,从而完成对被测信号的采集、分析、判断、显示、数字存储等。虚拟仪器以透明的方式,通过软件对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口,把计算机资源(如微处理器、显示器等)和仪器硬件(如A/D、D/A、数字I/O、定时器、信号调理等)的测试能力和控制能力结合起来。虚拟一起突破了传统仪器以硬件为主体的模式,实际上使用者是在操作具有测试软件的电子计算机进行测量,犹如操作一台虚设的电子仪器。 虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。软件是虚拟仪器的关键,当基本硬件确定以后,就可以通过不同的软件实现不同的功能。用户可以根据自己的需要,设计自己的仪器系统,满足多种多样的应用要求。利用计算机丰富的软、硬件资源,可以大大突破传统仪器的数据的分析、处理、表达、传递、存储等方面的限制,达到传统仪器无法比拟的效果。它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领域,而且还可以用于进行设备的监控以及工业过程自动化。虚拟仪器还可以广泛用于电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面。 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;从构成分式上讲则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统,或已GPIB,VXI,Serial和Field bus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、VXI 系统、串口系统和现场总线系统等多种形式。 (1) PC-DAQ插卡式的VI 这种方式用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件,便可构成各种数据采集和虚拟仪器系统。它充分利用了计算机的总线、机箱、电源以及软件的便利,其关键在于A/D转换技术。这种方式受PC机机箱、总线限制,存在电

基于LabVIEW的虚拟示波器设计

本科毕业论文(设计)题目基于LabVIEW的虚拟示波器设计

基于LabVIEW的虚拟示波器设计 摘要 虚拟仪器技术发展很快,以美国国家仪器公司为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言,已作为各大学理工科学生的一门必修课。虚拟仪器发展至今已经算是比较成熟,和传统仪器相比有明显的优势虚拟仪器技术拥有强大的模块化硬件和高效灵活的软件使其能完成各类测试、测量和自动化的应用,极大的提高了产品开发和生产效率。 本次虚拟示波器设计软件是基于美国NI公司的LabVIEW。LabVIEW在是在计算机上进行数据采集、数据分析处理。实现虚拟示波器的功能主要有从外界采样模拟信号,转化为相应的数字信号,在计算机上实现波形的显示,并能够进行简单的波形处理,可以显示波形的最大值、最小值、平均值,并能够根据需要放大波形的倍数,最后进行调试完成。 关键词:LabVIEW 虚拟仪器虚拟示波器

Design of Oscillogrape based on LabVIEW Xing Long Directed by Jia Sumei[Lecturer] ABSTRACT Virtual instrument technology is developing rapidly now,national instruments as a representative of a number of manufacturers have been launched in the market based on virtual instrument technology and design instrument the commercialization of the products.Virtual instrument system in the United States and its graphical programming language,has been as a required course for the university of science and engineering students.Since the virtual instrument development is very mature, and has obvious advantage in comparison to traditional instruments virtual instrument technology has a strong modular hardware and highly efficient and flexible software can make it do all kinds of test, measurement and automation applications, greatly improve the efficiency of product development and production. The virtual oscilloscope design software is based on the NI company LabVIEW. LabVIEW is in on the computer for data acquisition, data analysis and processing. Realize the function of the virtual oscilloscope mainly include sampling analog signals from the outside

虚拟示波器的研究与设计

虚拟示波器的研究与设计 任重 江西科技师范学院,江西省光电子与通信重点实验室,江西南昌(330013) E-mail:renzhong81@https://www.doczj.com/doc/ac6632518.html, 摘要:本文首先介绍了虚拟仪器技术,高校实验室仪器的现状和解决方法,然后从总体的角度提出了虚拟示波器的设计方案,另外介绍了DAQ卡Kpci-3100,然后比较详细地从功能的角度用LabVIEW语言分别设计了虚拟示波器的功能模块。最后,整个系统经过调试和实验表明,该虚拟示波器具有传统示波器无法比拟的诸多优势。 关键词:虚拟仪器,虚拟示波器,DAQ卡,LabVIEW 中图分类号:TP216+.1 文献标识码:A 1.引言 虚拟仪器是由美国国家仪器公司(National Instrument)首先提出来的,虚拟仪器(Virtual instrument)的核心是:以计算机作为仪器统一的硬件平台,充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能化功能,同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化,并结合相应的I/O接口设备,这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同,同时又充分享用了计算机智能资源的全新的仪器系统[1]。 目前,在多数院校的电子学实验教学中,常用的仍然是功能固定的台式仪器,主要有示波器、函数发生器、实验箱和电源等。对于一所高等院校而言,进行电子类实验教学至少需要配备30套设备,每一套近万元,在经费紧张的情况下,很难满足教学的需要。另外,台式机操作复杂,功能单一、调试困难,学生不易掌握其使用方法,测定结果也不精确。而采用虚拟仪器实验系统,可以解决上述问题:(1)虚拟仪器可以由用户自定义其功能,并可以把几种仪器集成在一个系统中,运用不同切换过程,实现同样的教学目的。这样,一台计算机就是一个实验平台。(2)由于虚拟仪器的内容丰富,人机界面好,可以减轻教师的教学负担,加深学生对知识的理解。(3)提高实验效率,降低教学成本,参数输入简便,结果显示明确,实验设备如有更新,只需更新一下软件。(4)借助虚拟技术把仪器与计算机相连接,可以充分利用实验资源。 2.虚拟示波器的总体设计 本虚拟示波器[2]主要由硬件和软件两部分组成。其中硬件是以PC机为基础,加上一块基于PCI总线的多功能数据采集卡;软件是以WIN98/2000/XP为操作系统的基础上的一个应用程序,如:VC++,VB,Dephi,Labwindows/c及LabVIEW[3][4][5]以及仪器驱动程序。虚拟示波器的结构如图1所示。

虚拟数字示波器的设计和实现

一、绪论 1.1 虚拟示波器背景 示波器是电子测量行业最常用的测量仪器之一,主要用来测量并显示被测信号的参数和波形,在科学研究、科学实验以及现场监测等许多领域被广泛应用。随着科学研究的不断深入和各种高新技术的不断发展,传统示波器的诸如波形不稳定、测读不准确等许多缺陷逐渐显露出来,而且体积大,耗电多,越来越不能满足现代应用的需要。 “虚拟仪器”这一新概念测量仪器的诞生,使示波器突破了传统,在功能和作用等多方面发生了根本性变化。虚拟仪器将计算机和测量系统融合于一体,用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能,用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。 虚拟示波器是虚拟仪器的一种,它不仅可以实现传统示波器的功能,具有存储、再现、分析、处理波形等特点,而且体积小,耗电少。虚拟示波器使用功能强大的微型计算机来完成信号的处理和波形的显示,利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板,进行各种信号的处理、加工和分析,用各种不同的方式(如数据、图形、图表等)表示测量结果,完成各种规模的测量任务。鉴于虚拟示波器的种种优点及广泛用途,研究出性能优越、价格低廉的虚拟示波器是十分重要的。 1.2 性能指标 本示波器与常见的示波器比较,最大的特点是可以定量地给出信号的各种参量,比如最大、最小值和频率等,无需使用者再去数格子,然后还要计算。特别适合于学校教学实验的需求,在学校教学中可以直联投影机,使全体学生都可以远距离看到信号波形的演示。 本示波器采样USB接口,其频率比并口示波器略高,同样支持直流测量,可以定量测量信号,主要技术指标如下: 采样频率:共八挡可调:323.53kHz、100kHz、50kHz、20kHz、10kHz、5kHz、2kHz、1kHz。本机测量的信号频率应在70kHz以下。 最高输入电压:共两挡可选:±2.5V,±12.5V,如果接入10:1示波器探棒,最大输入电压可达±125V。 输入阻抗:1MΩ。 供电电压:无需外部供电,直接从PC机的USB口取电。 接口:USB接口。 二、硬件设计 具体电路原理图见附录一,从图中可以看出电路的输入信号调理部分和信号转换部分与常见的并口示波器相同,R10、R11、R12、R13、R14、C19、C20和C21构成输入交直流切换和衰减网络,提供交直流输入切换和1:1、1:5的输入信号切换功能;TL074中的一个运放U 1 A和其周边元件构成一个跟随放大器,提供了输入保护和阻抗转换功能;TL074中的另一个运放U1B

基于Labview虚拟示波器的毕业设计说明

徐州工业职业技术学院 毕业设计(论文)任务书 课题名称基于Labview虚拟示波器的设计课题性质 班级通信111

论文真实性承诺及指导教师声明 学生论文真实性承诺 本人郑重声明:所提交的作品是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,内容真实可靠,不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为,本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。 毕业生签名:日期: 指导教师关于学生论文真实性审核的声明 本人郑重声明:已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核,确定其内容均由学生在本人指导下取得,对他人论文及成果的引用已经明确注明,不存在抄袭等学术不端行为。 指导教师签名:日期:

摘要 随着电子计算机技术和软件开发技术的日新月异,电子计算机在数据的实时分析和处理,显示,存贮等方面的优势与传统的仪器相比越来越明显。与此同时,随着计算机性价比的不断提升,传统仪器的价格又长期居高不下,再加上传统仪器的功能单一,发展虚拟仪器已经成为一个不可阻挡的历史潮流。美国NI 公司在这种大环境下,率先发起了对虚拟仪器的研究开发,推出了Labview软件开发平台。 本课题在掌握了虚拟仪器的基本结构及信号处理的相关知识基础之上,设计了一套虚拟示波器。对虚拟仪器的概念,结构,发展趋势进行了相关分析。介绍了与信号处理相关的基础知识,主要是傅里叶变换。虚拟仪器主要由硬件和软件两个部分构成。本文对虚拟示波器的硬件即数据采集卡进行了初略的介绍,对其软件部分进行了详细研究。在此基础上完成了频谱分析模块,存储模块,显示模块,滤波模块,测量模块的设计。 关键词:虚拟仪器虚拟示波器频谱分析数据采集

虚拟示波器设计

目录 1 前言 (1) 1.1 问题的提出 (1) 1.2 虚拟仪器 (2) 1.2.1 虚拟仪器的起源 (2) 1.2.2 虚拟仪器的概念 (3) 1.2.3 虚拟仪器工作原理 (4) 1.2.4虚拟仪器的优势 (7) 1.2.5虚拟仪器的现状和应用 (8) 2 虚拟示波器设计方案 (9) 3 软件开发环境 (12) 3.1 关于LabVIEW (12) 3.2 LabVIEW的工作原理 (12) 3.3 LabVIEW开发环境 (13) 3.3.1 LabVIEW 8.2 启动界面 (14) 3.3.2 LabVIEW 8.2 前面板和流程图设计窗口 . 14 3.3.3 LabVIEW 8.2的三大选板 (18) 4 虚拟示波器设计 (26) 4.1 虚拟示波器的程序设计 (26) 4.1.1数据采集 (26) 4.1.2数据处理 (27) 4.1.3结果显示 (33) 4.2 前面板设计 (34) 4.3 小结 (35) 结束语 (37) 致谢 (38) 参考文献 (39)

1 前言 随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展,仪器技术领域发生了巨大变化。从最初的模拟仪器发展到现在的数字化仪器、嵌入式系统仪器和智能仪器;新的测试理论、测试方法不断应用于实际;新的测试领域随着学科门类的交叉发展而不断涌现;仪器结构也随着设计思想的更新而不断发展。仪器技术领域的各种创新积累起来使现代测量仪器的功能和作用发生一质的飞跃。尤其是以计算机为核心的设计思想以及仪器系统与计算机软件技术的紧密结合,导致了仪器的概念发生了突破性的变化,出现了一种全新的仪器概念——虚拟仪器(Virtual Instrumentation,VI)。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器研究中涉及的基础理论主要有:计算机数据采集和数字信号处理。 1.1问题的提出 在高等院校电工及电子类课程中,实验是一种重要的教学手段,学生通过做实验,可以加深对所学知识的理解,增强学习的兴趣,提高动手能力,锻炼在实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力。 但是,近年来各大高校纷纷扩招,学生人数急剧增加,实验室的设备和规模都难以满足需要,实验室常规设备有的己经老化,有的技术上有些落后,在当前学校经费较少的情况下,如果大量增加常规仪器、仪表的配置,学校财力难以支付。又因为基础实验室是面向所有的工科专业,任务异常繁重,实验室常常只能应付学生按教学大纲要求做一些最简单的验证实验,学生很少有机会去反复熟悉常用仪器仪表的使用,更很少有机会做设计性实验,这对调动学

基于Labview模板

基于Labview的虚拟示波器设计 院部:电气与信息工程学院 学生姓名:邓静 专业:自动化 班级:自本1004班

第1章绪论 1.1虚拟仪器的基本概念 电子测量仪器发展到今天,总体上经过了四个历程,按出现的时间顺序依次为;模拟仪器,数字仪器,智能仪器,虚拟仪器。其中,为了与虚拟仪器区别开来,我们又把前三种称为传统仪器。虚拟仪器是电子计算机技术与现代测量技术深层次结合的产物,是用户在普通PC机上,应用各种软件平台,根据自身的需要,设计和定义的软硬件相结合的一种测量仪器。利用计算机强大的图形显示功能,建立虚拟仪器的控制面板,用户通过对面板的操作实现对虚拟仪器的操作,就像操作一台普通的测量仪器一样。 1.2虚拟仪器的构成 从构成要素上讲,虚拟仪器主要由计算机,仪器硬件(如数据采集卡)和应用软件构成;从总线标注上讲,包括有PC-DAQ系统,GPIB系统,VXI系统等。 1.3虚拟仪器的较传统仪器的优势 (1)传统仪器的控制面板只有一个,在这个操作面板上,需要放置各种按钮,容易导致混乱和混淆。而虚拟仪器可以有多个控制面板,各个面板之间的切换十分方便,使每个面板变得简单,从而提高了操作的正确性和方便性。 (2)虚拟仪器大量用应用软件来替代传统仪器中的硬件,从而使仪器的硬件变得简单。 (3)虚拟仪器使仪器的功能可以有用户自定义,而不是只能由厂家来定义,从而使得仪器更加好用,方便。 (4)由于用软件替代硬件,仪器的更新升级大都只要更新软件,从而使得仪器的升级换代更加迅速,研发周期缩短。 (5)虚拟仪器的发展可与计算机的发展同步,与网络及周边设备同步。 1.4虚拟仪器的现状及发展方向 虚拟仪器的概念最初是由美国国家仪器公司(National Instruments Corp,简称NI)于1986年提出,NI公司在80年代研制和推出了许多总线系统的虚拟仪器,后来,美国HP公司,Tektronic公司,Racal公司也在此方面有了很多进展。虚拟仪器在国外发展很快,以NI公司为首的很多公司已经在市场上推出了大量基于虚拟仪器技术的电子仪器产品。据“世界仪表及自动化”杂志预测,虚拟仪器在21世纪中期将占到仪器市场50%左右的份额。虚拟仪器在本世纪发展很快,大有取代传统仪器的趋势。 近年来,世界很多公司推出了不少虚拟仪器软件开发平台,使仪器的使用者可以开发组建自己需要的虚拟仪器。其中,比较具有代表性的是NI公司Labview 平台和Labwindows/CVI平台。相比而言,Labwindows是为熟悉C语言的传统软

基于VC++的虚拟示波器的设计与实现

中国科技论文在线
https://www.doczj.com/doc/ac6632518.html,
基于 VC++的虚拟示波器的设计与实现
孟小琳
北京邮电大学信息与通信工程学院,北京(100876)
Email: XiaolinMeng@https://www.doczj.com/doc/ac6632518.html,
摘 要:本文中介绍的虚拟仪器是基于 VC++和数据采集卡的多功能虚拟数字示波器。结合 VC++良好的面向对象的特性,该虚拟示波器具有丰富的功能,诸如界面控制和波形显示、 数据采集以及波形的测量等。 论文对这些功能模块的实现方法与过程进行了详细的讨论。 该 系统较之传统示波器结构简单,开发成本低,实现方便,且在各个模块之间能形成较好的交 互性能,能够满足不同用户的需求。 关键词:虚拟仪器;示波器;VC++
1 虚拟仪器和虚拟示波器简介
1.1 虚拟仪器
测量是人类认识自然、 改造自然的一种手段, 通过测量人们可以对客观世界取得定量的 信息, 仪器是测量中必不可少的工具。 电子测量是利用电子学的理论和技术对电量和非电量 进行观察和测量的装置和系统。 随着电子技术的发展及其在各方面的广泛应用, 对于测量和 仪器提出了更高的要求,测试项目和范围与日俱增,测试精度和测试速度要求急剧提高。七 十年代以来, 是电子测量和仪器领域发生飞跃变化的年代, 微计算机的问世和大规模集成电 路的发展对这一领域产生了革命性的影响。在测试系统中,对仪器的“智能”要求越来越高, 仪器中微机的任务不断加重,仪器在很多方面逐渐向微计算机靠拢。此外,随着微计算机和 智能仪器的普及, 测试系统中包含的重复部件越来越多, 而冗余的部件往往不能容错。 因此, 需要统筹地考虑仪器与计算机之间的系统结构。 在这种背景下, 1982 年出现了一种与 PC 机 配合使用的模块式仪器,自动测试系统结构也从传统的机架层迭式结构发展成为模块式结 构。 与传统仪器不同的是,模块式仪器本身不带仪器面板,因此必须借助于 PC 机强大的图 形环境和在线帮助功能,建立图形化的“虚拟的”仪器面板,完成对仪器的控制、数据分析与 显示。这种与 PC 机结合构成的,包含实际仪器使用与操作信息软件的仪器,被称为“虚拟 仪器”[1]。 与传统仪器相比,虚拟仪器具有以下几个性能特点: 1. 虚拟仪器的硬、软件具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。为提高测 试系统的性能, 可以方便地加入一个通用仪器模块或更换一个仪器模块, 而不用购买一个全 新的系统,有利于测试系统的扩展。 2. 可由用户自定义仪器功能。由于仪器的功能可在用户级上产生,故它不再完全由仪 器生产厂家来确定,用户可以根据自己的需要,通过增加或修改软件,为虚拟仪器加入新的 测量功能,而不用购买一台新的仪器。 3. 数据处理能力强。由于借助于计算机,虚拟仪器可以实现过去比基于微处理机内核 仪器复杂许多的数据处理、 分析与显示能力, 并可利用数据文件或数据库格式进行数据的存 储与恢复。
1.2 虚拟示波器
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基于USB的虚拟示波器的设计

第20卷第11期 武汉科技学院学报Vol.20 No.11 2007年11月 JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND ENGINEERING Nov. 2007 基于USB的虚拟示波器的设计 马双宝 (武汉科技学院电子信息工程学院,湖北武汉430073) 摘要:本文在介绍虚拟仪器的基础上提出了一种基于USB的高速虚拟数字式存储示波器的设计思路, 并着重对虚拟示波器的软件设计流程图以及部分程序源代码进行了分析与设计,最后总结了虚拟示波 器的性能指标。该虚拟示波器具有功能强大,操作简单、高速数据采集等优点。 关键词:USB;虚拟示波器;LabView 8.2;高速 中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1009-5160(2007)-0033-03 常规仪器是由各种功能硬件组合而成,仪器的功能由厂家定义,越来越难满足现代测试技术的需要[1]。虚拟仪器提出“软件即仪器”的新理念,一块数据采集卡加上相应的软件即可实现仪器的功能,仪器的功能由软件来定义。虚拟仪器实质是将传统仪器硬件与最新计算机软件技术结合起来,以实现并扩展传统仪器的功能,它在智能化程度、处理能力、性价比等方面均比传统仪器具有优势。 示波器的使用越来越广泛,有必要设计高速的性价比高的示波器,本文设计一款基于USB的高速数字式虚拟存储示波器,USB串行通信接口使其具有高速的数据传输速率、热插拔等优点。 1 虚拟示波器整体设计 图1 虚拟示波器的整体设计框图 图1是虚拟示波器的整体设计框图,虚拟示波器整体分为硬件和软件两大部分。硬件部分包括信号输入单元、信号调理和保护电路、12位模数转换器AD7892、USB控制芯片CY7C68013以及电源部分,其实质是一块USB数据采集卡;软件部分包括驱动程序和实现虚拟示波器功能的用户软件。硬件和软件相互结合,构成一个整体。 系统工作过程:虚拟示波器有2个输入通道,输入的信号根据需要进行信号调理,对输入的信号进行放大或者衰减,倍数为0.1倍,1倍,10倍,100倍之间进行选择,同时在调理电路中还带有保护电路;调理电路的输出信号通过12位的模数转换器AD7892进行采样,USB控制器 CY7C68013通过可编程IO口(GPIF)将模数转换的结果送到内部的端口2中,在控制器的固件程序中以批量传输模式将采集结果经过USB串行总线送至PC机的内存中;在PC机中驱动程序为虚拟示波器用户软件对数据采集卡的操作提供了一个句柄,同时提供了数据采集卡的读、写、控制等操作的驱动函数;在虚拟示波器用户软件中通过调用相应的驱动函数来对数据采集卡进行操作,采集数据,在用户软件中对数据进行分析、处理、显示等操作,实现示波器的所有功能。 收稿日期:2007-09-18 作者简介:马双宝(1979-),男,助教,研究方向:智能仪器.

LabVIEW环境下基于声卡的虚拟示波器软件设计_图文(精)

第24卷第3期计算机应用与软件 Vol 124,No .32007年3月Computer App licati ons and Soft w are Mar .2007 收稿日期:2004-10-25。全国教育科学十五规划项目 (ECB030477。吕红英,助教,主研领域:虚拟仪器技术,远程实验技术。 LabV I E W 环境下基于声卡的虚拟示波器软件设计 吕红英 1,2 吴先球2刘朝辉2陈俊芳 2 1 (华南农业大学理学院广东广州510642 2 (华南师范大学物理与电信工程学院广东广州510631 摘要基于计算机声卡的虚拟仪器成本低、通用性强,在对采样频率要求不高的情况下,可以用声卡取代数据采集卡进行采样 和输出。利用虚拟仪器开发工具软件Lab V I E W 及其数字声音记录节点,研制出基于声卡的虚拟双踪数字存储示波器,其功能和界面都与真实示波器相同。重点阐述了数据采集、触发控制、显示控制几个主模块的设计方法。关键词虚拟仪器声卡Lab V I E W 虚拟示波器 SO FT W ARE D ES I GN O F V I RTUAL O SC I LLO SCO PE BASED

O N SO UND CARD UND ER LabV I E W L üHongying 1,2W u Xianqiu 2L iu Zhaohui 2Chen Junfang 2 1 (College of Sciences,South China Agricultural U niversity,Guangzhou Guangdong 510642,China 2 (School of Physics and Teleco mm unication Engineering,South China N or m al U niversity,Guangzhou Guangdong 510631,China Abstract The vitrual instru ment based on PC s ound card has the virtues of l ow cost and powerful generality,and the s ound card can take the p lace of the p lug 2in data 2acquisiti on board on l ow 2frequency conditi on .I n this article,the virtual double 2traced st orage oscill oscope based on s ound card,whose functi on and interface were designed according t o the actual oscill oscope,was devel oped using virtual instru ment s oft w are Lab V I E W and its digital s ound record nodes .The designs for severalmain modules such as data acquisiti on,triggering contr ol and dis p lay con 2tr ol were chiefly expounded . Keywords V irtual instru ment S ound card Lab V I E W V irtual oscill oscope 1引言 随着计算机技术和虚拟仪器技术的发展,虚拟仪器逐渐成 为现代仪器的发展方向,其中大部分虚拟仪器都是基于各种数

虚拟示波器的设计报告

基于LabVIEW 的虚拟示波器的设计 The Design of Oscillograph 1设计目的与内容 1、掌握利用A/D转换和计算机资源实现示波器的设计方法。 2、设计虚拟示波器。 3、建立NI-DAQmx仿真设备,选择E系列中的NI PCI-6071E数据采集卡的仿真模块,通过DAQmx物理通道识别,产生模拟信号,然后基于LabVIEW开发平台设计实现虚拟示波器。基本可以实现仪器的性能与可靠性,可以方便的对其编程, 实现对数据的采集、实时显示、数字滤波、截波显示、波形存储、波形回显、频谱分析等多种功能。 2虚拟示波器的软件设计 虚拟仪器的软件设计由两部分组成:前面板和流程图。在前面板,输入用输入控件(Control)来实现,程序运行的结果由输出控件(Indicator)来完成。流程图是完成程序功能的图形化源代码,通过它对信号数据的输入和输出进行指定,完成对信号采集及分析处理功能的控制。 2.1虚拟示波器的原理及功能 虚拟示波器是在传统示波器体系结构的基础上,借鉴其功能原理设计的。基本原理为:硬件上利用采集卡采集信号,软件上利用NI提供的DAQmx READ采集信号,然后通过‘波形图’进行实时显示。这就实现了一个最基本的示波器,信号显示后又利用‘写入测量文件’将波形保存为LVM文件。这就实现了基本的“存储”功能,反之通过‘读取测量文件’可以将LVM读取显示,从而完成“回显”功能。由于在硬件上是以PC机以及采集卡为基础的,所以本示波器在采样极限速率,带宽,分辨力等参数上受到限制。而程序响应时间上则依赖于PC的配置以及程序的执行效率。 本次设计的虚拟示波器所包含的功能主要有以下几个方面。 实时显示:通过采集卡采集信号并能对输入信号实时显示在PC机终端上。 数字滤波:采用数字IIR滤波器对信号进行滤波处理并实时显示,同时可以任意设置滤波器的最佳逼近函数类型、滤波器类型、阶次、上下截止频率等参数。 截波显示:即可满足波形的瞬态显示,同时也可以将瞬态波形进行保存。 波形存储:可随时将原始信号或处理后信号以LabVIEW特有的LVM文件格式存储在本地硬盘上,便于日后分析或处理。其中瞬态信号在截波后以BMP图片格式存储在本地硬

基于LABVIEW的虚拟示波器设计【文献综述】

毕业设计开题报告 电子信息工程 基于LABVIEW的虚拟示波器设计 [前言] 虚拟仪器[1]技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来,世界各国的工程师和科学家们都已将LABVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节,从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间,并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连,分析数据以获取实用信息,共享信息成果,有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。 20年来,无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员,虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎,这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流,同时地图化的用户界面直观地显示数据,使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。 虚拟仪器的出现使测量仪器领域的一个突破,它彻底改变了传统的仪器观,从根本上更新了测量仪器的概念,带给了人们一个全新的仪器观念。虚拟仪器代表着测量仪器发展的最新方向和潮流,是未来仪器产业发展的一大趋势[2][3]。[主题] 1.仪器发展过程 1.1 传统硬件仪器 20世纪30年代初,HP公司创始人、斯坦福大学的Hewlett和Packard在现今的硅谷研制出了第一台信号产生器。传统硬件仪器经历了大半个世纪的发展,经历了从模拟式到数字式,到现今智能化仪器的发展历程。传统硬件仪器由决定仪器功能、性能和技术指标的电子板卡、带有插槽的底盘、装有各类控件的面板、

显示器和机箱等五部分构成。传统硬件仪器是硬件或以硬件为主的仪器,即使是智能仪器,其中固化的软件也只是辅助性的。传统硬件仪器是一个封闭系统,一经厂家制造完毕,不能随意改动,灵活性较低。无论是对技术的进步还是对市场的需求,其响应速度都比较慢,这在很大程度上阻碍了仪器科学和仪器。[4] [5] 1.2虚拟仪器 虚拟仪器技术是随着现代计算机技术、信息技术、现代测量技术的发展而出现的新技术。它是通过应用程序将计算机资源(微处理器、存储器、显示器)和仪器硬件(A/D、D/A、数字I/O、定时器、信号调理器)的测量功能结合起来,形成的测量装置或测试系统。用户通过友好的图形界面(称为虚拟面板)操作计算机,就像操作传统仪器一样,通过库函数实现仪器模块间的通信、定时、触发,以及数据分析、数据表达,并形成图形化接口。行业的快速发展。 2.虚拟仪器国内外研究现状 虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司在1986年提出的,但其雏形可以追溯到1981年由美国西北仪器系统公司推出的APPLE II为基础的数字存储示波器,但是由于当时计算机软件开发水平的限制,编写个人仪器的驱动程序和人机交互接口是一项专门的技术工作,必须由专业厂商才能完成,这种状况使得个人仪器的推广和应用没有形成工业标准。从20世纪80年代中期开始,微软公司WINDOWS操作系统的出现,使得计算机操作系统的图形支持功能得到很大提高。1986年,美国国家仪器公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LABVIEW,标志着虚拟仪器设计软件平台基本成型。国际上,从1988年陆续有虚拟仪器产品面市,当时有五家制造厂已达95家共生产1000多种虚拟仪器产品,销售额达2.93亿美元,占整个仪器销售额73亿的4%。美国是虚拟仪器的诞生地,也是全球最大的虚拟仪器制造国,生产虚拟仪器的主要厂家有HP公司目前生产100多种型号的虚拟仪器,TEKTRONIX公司目前生产约80多种型号的虚拟仪器,此外还有NI 公司、KEITHELY公司等。 LABVIEW作为虚拟仪器开发系统的杰出代表,在我国虽然引进的时间不长,但是现在已经被认识和推广、应用,它促进了中国测试领域的技术革命,在研究及教育领域都得到了迅速推广。它在许多企业、科研单位被用于产品测试和测控系统,另外,包括一些著名高校在内的许多学校不仅建立了基于虚拟仪器的实验

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