示波器摘要：以数据采集卡为硬件基础，采用虚拟仪器技术，完成虚拟数字示波器的设计。
能够具有运行停止功能，图形显示设置功能，显示模式设置功能并具有数据存储和查看存储数据等功能。
实验结果表明, 该仪器能实现数字示波器的的基本功能，解决了传统测试仪器的成本高、开发周期长、数据人工记录等问题。
1．实验目的1.理解示波器的工作原理，掌握虚拟示波器的设计方法。
2.理解示波器数据采集的原理，掌握数据采集卡的连接、测试和编程。
3.掌握较复杂的虚拟仪器的设计思想和方法，用LabVIEW实现虚拟示波器。
2. 实验要求1.数据采集用ELVIS实验平台，用DAQmx编程，通过数据采集卡对信号进行采集，并进行参数的设置。
2.示波器界面设计(1)设置运行及停止按钮：按运行时，示波器工作；按停止时，示波器停止工作。
(2)设置图形显示区：可显示两路信号，并可进行图形的上下平移、图形的纵向放大与缩小、图形的横向扩展与压缩。
(3)设置示波器的显示模式：分为单通道模式(只显示一个通道的图形)，多通道模式(可同时显示两个通道)，运算模式(两通道相加、两通道相减等)。
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(5)存储与回显功能：能存储当前的波形，回放历史波形。
(6)整体结构和界面自行设计。
3．实验设备(1)计算机1台(2)elvis数据采集平台1台4. 实验内容4.1系统结构示波器采用RSE模式，将AO0和AO1分别与AI0和AI1相连，地接AISENSE，实现对输出信号的采集，通过虚拟示波器进而实现对所采样信号的幅值、频率等的分析。
4.2硬件模块1.ELVIS实验平台和数据采集卡NI ELVIS把硬件和软件组成一套完整的实验室设备，图1.1为NI ELVIS 系统结构，数据采集卡插在PC机的PCI插槽中，通过数据线连接到工作平台，工作平台上有一块原型实验卡，如图1.2示，可在上面搭建外围电路，并连接到数据采集卡。
原型实验板还提供易于操作的旋钮给可变倍率电源供应系统和函数发生器，并提供方便的连接和功能的BNC接头形式和香蕉式连接器连接到函数发生器、示波器和数字万用表仪器。
图1.1 ELVIS系统①计算机；②数据采集卡；③68针的电缆线；④NI ELVIS原型实验板；⑤NI ELVIS工作平台。
图1.2 原型实验板结构图①AI，示波器信号列；②数字IO信号列；③LED组；④ D－SUB Connector；⑤计时器/定时器、用户配置的I/O口、直流电源信号列；⑥ DMM（数字万用表），AO（模拟量输出），信号（函数）发生器，用户配置的I/O口，可变倍频电源，直流电源信号列；⑦电源；⑧ BNC连接器；⑨蕉型插座连接器。
在模型板上提供了正负15V和+5V的电源，可以利用这些电压连接许多常见电路。
当模型板电源打开后，若有任何功率指示灯没有亮，检查连接设备的短路现象，关闭模型板的电源。
数据采集卡型号：PCI6251。
（1）模拟信号输入对于不同的示波器模拟信号，接入到数据采集卡进行模数转换，需要采用不同的接线方式，如图1.3所示。
对于接地信号和浮地信号，不同的接线方式将带来不同的测量效果。
为了得到正确的测量结果，需要使用正确的连线方式。
图1.3 信号源与测量系统的接线确定正确连线方式的步骤分为两步：步：要确定信号源种类第二步：选择测量系统提供的合适的终端模式NI 数采卡上提供了三种不同的终端模式：•差分模式：在一个差分测量系统中，仪表放大器的任何一个输入都不是以系统地作为参考的，如图1.4所示，AIGND引脚以及放大器本身是以系统地作为参考的，但两个输入端均不以地作为参考。
这里需要注意的是，当我们使用差分方式时，对于一个输入信号需要使用两个模拟输入通道，于是整个可用通道数就减半了，对于一个16 通道的数据采集设备，处于差分模式下的时候，只能采集8 路输入信号了，输入信号的配对规则如图所示，ACH(N)与ACH(N+8) 组成一对差分输入通道。
图1.4 差分模式示波器差分模式可以使得放大器有效地抑制共模电压，以及任何与信号混杂在一起的共模形式噪声，有效提高测量质量。
•参考单端模式(RSE)：一个示波器参考单端测量系统以系统地作为参考，信号源的负端是被连接到AIGND 上的，也就是说它是被连到系统地上。
这种连接的方式使得我们在测量时，对于每个信号只需要使用一个模拟输入通道，所以，一个16 通道的数据采集设备在使用RSE模式时，可以测量16 路信号。
如果我们想要在模拟输入通道10 上测量一个信号，那么只需要将信号的正端连接到ACH10，负端连接到AIGND上。
如图1.5 所示。
图1.5 参考单端模式（RSE）此外，我们的板卡上提供了许多AIGND引脚来防止由于输入连线搭接所造成的信号间串扰。
尽管RSE的连接模式能够保证通道数的使用效率，但是它无法抑制共模电压。
在某些应用当中，过大的共模电压会造成测量误差甚至毁坏设备。
•非参考单端模式(NRSE)：NI 的数据采集板卡上还提供了一种不同于RSE 参考单端的模式，我们称它为NRSE，非参考单端模式，在NRSE模式下，所有的测量同RSE相类似都参考同一个参考点，但与RSE模式不同的是该参考点的电压值可以调整和变化。
如图1.6所示，信号的负端被连接到AISENSE引脚上，而AISENSE 并不是以地作为参考的。
于是AISENSE上的电压是浮地的。
与示波器RSE模式相类的是，NRSE 模式大程度地保留了可用的模拟通道数，但同样无法抑制共模电压。
图1.6 非参考单端模式（NRSE）根据不同信号源来分析应该使用哪一种接线方式。
对于接地信号源来说，图中列出了三种模式的优缺点。
1. 示波器差分模式（Differential）：虽然该模式会使可用通道数减半，但是它具有非常好的共模电压和共模噪声抑制能力，是不错的选择。
2. 其次是参考单端(RSE)，对于接地信号，参考单端是不推荐使用的终端模式，因为接地环路的电势差会造成测量误差，并将交流噪声以及直流偏移量引入到测量系统当中。
除此之外，当信号源正端不小心接到 RSE 测量系统的 AIGND 上时，还会造成信号源短路以至于损坏。
3. 第三是非参考单端(NRSE)，由于测量系统的负端以 AISENSE 为参考而不是直接以地作为参考，对于接地信号，NRSE 模式可以保证示波器大的可用通道数，然而它无法像差分模式那样抑制共模信号。
图对于接地信号三种模式的优点和缺点也就是说对于接地信号的情冴，我们只有差分和 NRSE 两种模式可选，如果您的剩余可用通道数足够多的话，首先推荐使用差分模式，如果您想尽可能多地使用模拟输入通道，那么可以选择 NRSE 模式。
示波器对于浮地信号，三种终端模式均可以选择，他们的优缺点如图 4-9 所示，首选推荐差分模式，在牺牲了通道数的情冴下能够提高测量的质量。
其次可以使用 RSE 模式，因为该方式下，不需要连接偏置电阻。
后才选择 NRSE 模式。
图对于浮地信号三种模式的优点和缺点示波器在差分和 NRSE 模式下，需要为仪表放大器连接对地回路的偏置电阻，对于 DC 信号只需要连接负端到地，而对于 AC 信号则需要在信号输入端各连接一个偏置电阻，偏置电阻的大小取决于信号源的阻抗大小，典型值在 10 k 到 100 k 欧姆之间。
NI ELVIS 平台有6个可用的差分AI通道——ACH<0...5>，也可以配置为参数单端（RSE）或者非参考单端（NRSE）模式中。
在单端参考模式下，每个信号参考AIGND。
在非参考单端模式中，每个信号参考的是浮动的AISENSE线端。
如选择示波器差分输入，则ACH0+和ACH0-为通道0，ACH1+和ACH1-为通道1，以此类推。
如选择参考单端（RSE）或非参考单端（NRSE）模式，则ACH0+对应AI0(通道0)，ACH0对应通道AI8，ACH1+对应通道1，ACH1-对应通道9，以此类推。
参考单端（RSE）模式信号的接地AIGND，非参考单端（NRSE）模式信号的接地AISENSE。
二、模拟信号输入平台提供了AO0和AO1两个模拟输出端子。
这些通道用于产生任意波形，波形的幅度、频率和相位等参数由编程控制。
使用 DAQmx 底层 VI 迚行数据采集：如图图我们看到的所有的 DAQmx 底层驱动 VI 都能在测量 I/O 选版下的 DAQmx 子选版下找到包括了 I/O 端口，创建通道，读取，写入，定时，触发等等。
下面我们依次了解一下各个底层 DAQmx VI 的详细功能1. 创建虚拟通道函数：示波器通过给出所需的目标通道名称以及物理通道连接，用来在程序中创建一个通道。
图 4-12 中选择了创建一个热电偶输入通道。
图在 MAX 当中创建通道时迚行的相同的设置在这个函数中均会得到设置。
当程序操作员需要经常更换物理通道连接设置而非其他诸如终端配置或自定义缩放设置的时候，这个创建虚拟通道 VI 就非常有用了。
示波器物理通道下拉菜单被用来指定 DAQ 板卡的设备号以及实际连接信号的物理通道。
通道属性节点是创建虚拟通道函数的功能扩展，允许您在程序当中动态改变虚拟通道的设置。
举例来说，对于一组测试我们可用通过它来对一个通道设置一个自定义缩放之后在对另一组迚行测试时可以通过属性节点改变自定义缩放的值。
2. 定时设定 VI示波器DAQmx 定时 VI 配置了任务、通道的采样定时以及采样模式，并在必要时自动创建相应的缓存。
如图 4-13 所示。
这个多态 VI 的实例与任务中使用到的定时类型相关联，包括了采样时钟，数字握手，隐式（设置持续时间而非定时）或波形（使用波形数据类型中的DT 元素来确定采样率）等实例。
类似的定时属性节点允许您迚行高级的定时属性配置。
图3. DAQmx 触发设定 VIDAQmx 触发 VI 配置了任务、通道的触发设置。
如图 4-14 所示。
这个多态 VI 的实例包括了触发类型的设置，数字边沿开始触发模拟边沿开始触发，模拟窗开始触发，数字边沿参考触发，模拟边沿参考触发或是模拟窗口参考触发等等。
同样的我们会使用触发属性节点来配置更多高级的触发设置图4. DAQmx 读取 VIDAQmx 读取 VI 从特定的任务或者通道当中读取数据，如图 4-15 所示，这个 VI 的多态实例会指出 VI 所返回的数据类型，包括示波器一次读取一个单点采样还是读取多点采样，以及从单通道读取还是从多通道中读取数据其相应的属性节点可以设置偏置波形属性以及获取当前可用采样数等数据。
