基于LabVIEW的虚拟数字存储示波器的研究

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·96·2023年第20期文章编号：2095-6835（2023）20-0096-03基于LabVIEW的示波器波形采集系统的设计＊俞丙威，王宇霄，王飞，夏利勇（浙江广厦建设职业技术大学智能制造学院，浙江金华322100）摘要：示波器是一种功能强大的电子测量仪器，是电类专业的高校师生必须要接触和掌握的工具之一。

在高校实验室教学过程中，示波器常用于观测电信号的波形并读取相应的参数。

学生需要将示波器波形通过手绘的形式添加到实验报告中，并最终以纸质报告的形式上交教师并存档，这十分不利于资料的保存和管理。

利用LabVIEW友好的人机交互性和强大的通信能力，开发了一款基于LabVIEW的示波器波形采集系统。

它可通过LAN接口，将示波器波形自动采集到LabVIEW端，并可一键导出实验报告，实现了实验报告的无纸化管理。

关键词：示波器；LabVIEW；LAN接口；无纸化管理中图分类号：TP311文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.20.028示波器能够把随时间变化的电信号绘制到屏幕上，以图形化的形式显示，将人类肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像。

它属于通用基础类测试仪器，可广泛应用于电子系统的科研、生产与维修保障等多种测试场合[1]。

在高校教学过程中，示波器与电类专业实验实训紧密相关。

现有的高校实验实训设备基本仅将示波器作为一个辅助用测试仪器，并未将其融入到实验系统中，是一个独立的“个体”。

但在对实验实训的结果考查中，又需要借助于示波器观测的波形和参数，现一般都通过照片或者手绘的形式还原示波器波形和参数，其存在一定的局限性，并且不利于后续的资料管理和保存。

LabVIEW是虚拟仪器开发过程中最具代表性的图形化编程语言，它用图标、连线、框图代替传统的程序代码，能形象地观察数据的传输过程[2]。

虚拟数字存储示波器设计张佑春;张公永【摘要】Aiming at series of problems of traditional digital oscilloscope,such as difficult signal analy-sis, weak data storage capacity, high cost and so on, a design scheme of virtual digital storage oscilloscope based on LabVIEW is proposed.The hardware system consists of four parts, namely, attenuation and gain control, A/D conversion, sampling control and data storage.The software system is constructed on the basis of LabVIEW platform which has friendly interface and easy operation.The virtual digital storage oscilloscope has functions of seven gear vertical sensitivities, eighteen scanning speeds, seven trigger modes chosen freely etc., which can realize signal acquisition, analysis, processing, display and so on.After three kinds of signal test, such as sine wave, square wave and triangle wave, the virtual digital storage oscilloscope has stable oper-ation, high reliability, good performance and certain application prospect.%给出了一种基于LabVIEW的虚拟数字存储示波器设计方案，硬件部分由衰减和增益控制、A／D转换、采样控制和数据存储4部分构成，软件部分基于LabVIEW平台搭建。

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的虚拟仪器设计实验张巧梅专业：电子信息工程摘要：随着电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、方法以及新的仪器结构不断出现，虚拟仪器也随之出现并得到了很大的发展。

目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。

LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言开发环境，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能，是一个功能强大且灵活的软件。

LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等，其动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，并且LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言--G语言。

关键词 LabVIEW软件虚拟仪器实验设计Abstract: With the electronic technology, computer technology's rapid development in electronic measurement and instrument field of application of testing new theories,Virtual instrument has emerged and obtained very big development.Now in this field，Using a wide range of computer language is the NI company bVIEW is a kind of graphical programming language,of the development bVIEWalso is a kind of common programming system,With various and powerful function,Including data acquisition, GPIB,Serial instrumen t control,Data analysis,Data display and data storage,Even now very popular network function,Is a powerful and flexible software.LabVIEW also have simulation and Debugging tools.If set breakpoint and Single-step etc.The dynamic continuosly,Can continuously and dynamic observations of the data and programs.And with other computer language LabVIEW have a particularly important difference: Other computer language is based on the text of the language code, but LabVIEW using graphical programming language - G language. Keywords: LabVIEW Software Virtual instrument Experiment目录引言 (4)1.虚拟仪器系统概述 (4)1.1．虚拟仪器概念 (4)1.2．虚拟仪器的特点 (4)1.3．虚拟仪器的分类 (5)1.4．虚拟仪器的软件开发环境 (5)2.图形化编程语言LabVIEW (5)2.1．LabVIEW概述 (5)2.2．LabVIEW的使用 (6)3．LabVIEW虚拟仪器实验 (7)3.1．一个虚拟温度报警器 (7)3.1.1．此实验的前面板设置 (7)3.1.2．此实验的程序框设置 (7)3.1.3．结果演示 (13)3.2．一个虚拟示波器 (14)3.2.1．前面板设置 (14)3.2.2．函数程序框图 (19)3.2.3．演示结果 (21)3.3．一个虚拟滤波器 (23)3.3.1．前面板设置 (23)3.3.2程序框设计 (23)3.3.3．运行结果： (25)结束语 (26)参考文献 (27)引言虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。

毕业设计(论文)开题报告课题：基于Labview虚拟示波器的设计院系：电气信息学院专业：测控技术与仪器学生姓名：彭成和学号：200801200106指导教师：李亚2012年1月16 日开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料。

4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计论文》等资料装入文件袋中。

毕业设计（论文）开题报告1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

文献综述一、引言随着计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大的变化，美商国家仪器公司(National Instruments)于八十年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。

虚拟仪器就是在通用计算机上加上软件和（或）硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。

在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。

虚拟仪器技术的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，虚拟仪器技术给用户一个充分发挥自己的才能、想象力的空间。

毕业设计（论文）题目：基于labview的示波器设计摘要设计：基于labview的示波器设计。

其主要介绍虚拟仪器的概念、组成和虚拟仪器开发软件LabVIEW，以及基于LabVIEW 的数据采集系统。

同时具体LabVIEW软件实现虚拟数字示波器。

比较了虚拟仪器和硬件仪器的各自特点。

分析了虚拟仪器的先进性，介绍了LABVIEW系列软件的应用方法和最新功能【关键词】示波器、虚拟仪器、函数模快、前面板、程序框图、接口板、控制件、数据采集。

AbstractDesign: Based on labview oscilloscope designIts main introduction hypothesized instrument concept, composition andhypothesized instrument development software labview as well as basedon Labview data acquisition system Simultaneously specificallyintroduced how uses the data acquisition card and the Labview softwarerealization hypothesized digital oscilloscope Compared withhypothesized instrument and hardware instrument respectivecharacteristic Introduced the Labview series software application method and thenewest function.[ Key word ] the oscilloscope, the hypothesized instrument, the letterdigital-analog are quick, the data acquisition.一、绪论1、虚拟仪器概况虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。

基于LabVIEW虚拟数字存储示波器设计张伟军（学号：002004101751）虚拟示波器相比传统示波器具有价格低廉、功能丰富、可编程性以及显示直观等众多优势。

本设计不仅仅具有示波器基本功能，更依据LabVIEW语言的特点丰富了数字滤波、信号保存以及回显等功能。

不仅具有了价格低廉、界面美观等特点，而且具有传统示波器中比较高端的存储、回显以及数字滤波等功能，更可以根据需要随时灵活修改程序，增加功能以满足更个性化的要求。

一、具备功能★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盘上供日后查看以及分析。

★波形回显：随时将存储的LVM格式波形文件重新读取然后显示在PC机端。

★频谱分析：对滤波后信号分别进行幅频相应分析以及相频响应分析并同时采取波形与表格方式实时显示。

二、基本原理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Waveform Graphs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Write To Measurement File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Read To Measurement File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。

三、主要的函数DAQmx Read、Digital IIR Filter、Waveform Graphs、Write To Measurement File、Read To Measurement File等主要函数四、前面板介绍1、完整界面（截图）左边为设置滤波器，左下为IIR滤波器的部分参数设置，正中为显示区域，最上面为各种显示界面的切换按钮，下方为滤波器的相关信息显示以及通道选择和时间、幅度轴控制，右边自上而下分别为采样模式选择、采样速率以及采样点数的设置、STOP按钮以及文件保存选择按钮。

基于NI ELVIS的电子实验设计摘要随着低本钱高性能的计算机资源普及运用，数字化仪器平台逐渐取代传统电子仪器已成为一种趋势。

我国理工科学校的教学、科研需要大量的测量分析仪器设备，特别是电子类实验教学，每种仪器都必须配置多套，而且有些仪器设备价格十分昂贵。

因此购置仪器设备的巨大投入经费，一般学校难以承受，造成仪器设备缺乏和过时旧等现象，严重影响教学科研效果。

另外，由于传统电子学实验室教学模式存在的弊端，造成实验室设备利用率低，实验信息管理混乱，实验教师工作繁杂，最终不仅仅浪费了学校大量的人力物力，而且学生还不能真正地掌握实验，培养过关的动手能力〔学校实验室仪器配备不全，一些必要的实验无法展开〕。

如果把虚拟仪器运用到实验教学和科研中，不但可以节约大量仪器设备的经费投入，而且能够提高实验教学和科研的质量与效率。

尤其是NI ELVIS在数字电路实验教学中的应用，效果更为明显。

关键词:电子技术实验教学虚拟仪器LabVIEW 优势Based on the NI ELVIS electronic experimental designAbstractWith popularization using low-cost high-performance puter resources, digital instrument platform is gradually replacing traditional electronic instrument has bee a trend.School teaching and scientific research in science and engineering in our country needs a lot of measurement analysis instruments, especially the electronic experimental teaching, each instrument must be configured more sets, and some equipment is very expensive. Therefore buy equipment investment funds, general school unbearable, causing the phenomenon such as lack of obsolete and outdated equipment, seriously affect the effect of teaching and research. In addition, due to the insufficiency of the traditional electronics laboratory teaching mode, lab equipment utilization rate is low, the experiment information management chaos, the experiment teachers work multifarious, in the end not just wasted a lot of school resources, and students can't really control experiment, train pass ability (school laboratory instrumentequipped with is not plete, some necessary experiments can not open).If the virtual instrument is applied to the experiment teaching and scientific research, not only can save a lot of instruments and equipment of funds investment, but also can improve the quality and efficiency of experiment teaching and scientific research. Especially the virtual instrument in the digital circuit experiment teaching, the application of effect is more obvious.Keywords: electronic technology experiment teaching advantages of virtual instrumentLabVIEW目录摘要I引言- 1 -1. 1传统电子学实验室教学模式的弊端- 1 -1. 1.1 实验室设备利用率低- 1 -1. 1.2实验信息管理混乱- 1 -1. 1.3 实验教师工作繁杂- 1 -1. 2 虚拟仪器在电子实验教学中的应用- 1 -1. 2.1 虚拟仪器概述- 2 -1. 2.2 LabVIEW的编程简介- 2 -1. 2.3 虚拟仪器中的数字电子技术- 2 -第一章数字电路教学实验的设计- 5 - 1.1平台的构建- 5 -1.2半加器的设计- 6 -1.3全加器的设计- 7 -1.4比拟器的设计- 8 -1.5双向同步计数器的设计- 9 -1.6与非门的设计- 10 -1.7 D触发器的设计- 11 -1.8 JK触发器的设计- 12 -1.9 译码器的设计- 13 -第二章虚拟数字示波器的设计与实现- 15 - 2.1虚拟示波器的介绍- 15 -2.2软件设计思想- 16 -2.3 前面板设计- 17 -2．4信号采集模块- 19 -2.5信号测量和分析控制模块- 19 -2.6虚拟示波器的具体软件设计- 20 -第三章基于虚拟仪器的实验室设计方案- 23 - 3．1虚拟仪器实验室的硬件平台- 24 -3．1．1 DAQ虚拟仪器系统- 24 -3．1．2 GPIB虚拟仪器系统- 27 -3．1．3 VXI虚拟仪器系统- 28 -3．1．4 PXI虚拟仪器系统- 29 -3．1．5 USB和IEEEl394虚拟仪器系统- 30 -3．1．6 RS一232虚拟仪器系统- 30 -3．2虚拟仪器实验室的软件平台- 31 -3．2．1虚拟仪器软件体系构造(VISA)- 32 -3．2．2仪器驱动程序- 33 -3．2．3应用软件- 33 -第四章论文总结- 34 -参考文献- 39 -引言实验室是教学、科研的重要基地,实验室的建立也反映了学校的教学体系、学科建立和管理体制的水平。

本科毕业论文（设计）开题报告姓名：***学号：***学院：信息技术学院专业：电子信息工程班级：指导教师：开题日期：2013年月日毕业论文（设计）题目基于LabVIEW的虚拟示波器设计课题来源□科研■应用□教学□其它成果类别□论文■设计一、课题的研究意义示波器是生产实践和科学研究中应用十分广泛的电子测量仪器。

示波器主要由模拟示波器、数字示波器和组合示波器组成。

目前常用的模拟示波器，外形笨重，功能单一，数字示波器虽然有一定的功能扩展，但价格昂贵，维护升级成本高，短时间内难以普及及应用。

随着计算机技术、信息处理技术和电子技术的发展。

近年来，出现了基于计算机和软件的新型仪器---虚拟仪器。

虚拟仪器是以计算机为核心，功能由用户定义和设计，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现。

虚拟仪器的关键是用软件实现硬件的功能，实现“软件即仪器”。

虚拟示波器系统集成了示波器、信号发生器和频谱分析模块，具有很大的应用价值，主要为：(1)可以加强实验室技术基础建设。

实验室仪器仪表的现代化水平反映了实验室技术基础，而基于计算机技术的虚拟示波器系统极大地降低了仪器成本，使大部分学校的实验室都能配备，这给学生的实验操作带来了极大的方便。

同时，虚拟示波器系统是计算机技术和测量技术的完美结合，不仅提高实验仪器的技术含量，还符合实验室仪器仪表现代化的教学要求。

(2)缩短测量系统的开发时间。

虚拟示波器系统提供良好的性能扩展能力，用户可以通过自定义模块快速开发出一整套测量系统，提高系统的开发效率。

(3)远程数据测量。

有的测量环境十分恶劣，用传统仪器测量数据可能会使测量人员的人身安全受到威胁，用虚拟示波器系统可以进行远程数据测量，使测量人员远离危险环境。

(4)仪器智能化。

虚拟示波器系统是计算机技术与测量技术的完美结合，利用它可以实现24小时无人值守的参数测量、数据分析、数据存盘等功能，为数据的实时测量提供保障。

二、课题研究的主要内容虚拟示波器是虚拟仪器平台测控系统输出部分中常用的电子测试仪器之一，是一种分析和比较信号的综合性仪器，能在荧光屏上将电压或电流以时间函数的形式描绘出来，是电信号的时域测量和显示仪器。