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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的电子测量系统的设计摘要：随着科技的进展，虚拟仪器在数据处置中的作用愈来愈重要。
虚拟仪器的显现，打破了传统仪器由厂家概念，用户无法改变的工作模式，使得用户能够依照自己的需求，设计自己的仪器系统。
在电子测量中，运用虚拟仪器不仅能够实现对数据模拟仿真，而且可进行搜集分析。
本设计要紧通过软件LabVIEW编程,实现一个电子测量系统。
其要紧功能包括虚拟信号发生器、信号调幅解调器、数据搜集与分析。
虚拟信号发生器实现对正弦波、三角波、方波、锯齿波的产生。
信号调幅解调器，是对信号的调制与还原。
数据搜集与分析，通过硬件产生信号，应用数据搜集卡搜集信号到系统中，并进行读取与处置。
通过LabVIEW的编程，完成了电子测量系统的设计，在必然程度上节约了对仪器经费的投入，提高了教学科研的质量和效率。
关键词：LabVIEW；虚拟信号；调幅解调；搜集；处置Design of Electronic Measurement System Based onLabVIEWAbstract:With the development of science and technology, virtual instrument in data processing is becoming more an more important. The appearance of virtual instrument has broken the working style that the traditinoal instrument was defined by the fact ory and the users can’t change. The virtual instrument can make users design their own instrument system according to their own demands. In electronic measurement, the virtual instrument can be used to realize the data simulation, data acquisition and analysis.Through the software LabVIEW, the design realizes a electronic measurement system. Its main functions include virtual signal generator, signal amplitudemodulation demodulator, data acquisition and analysis. The virtual signal generator can produce sine wave,triangle wave, square wave and sawtooth wave.The signal amplitude modulation demodulator can realize signal modulation and signal recovery. In the data acquisition and analysis, a data acquisition card can be used to collect signals produced by hardware, and begin to read and process.The design of electronic measurement system based on LabVIEW can save the equipment investment and improve the quality and efficiency of teaching and scientific research.Keywords:LabVIEW; virtual signals; amplitude modulation and demodution; collection; processing目录序言 (1)第1章虚拟仪器系统的概论 (2)1.1虚拟仪器简介 (2)1.2 LabVIEW的概念 (2)1.3 LabVIEW的运行机制 (3)第2章整体设计介绍 (6)2.1整体设计 (6)2.2主程序前面板的设计 (7)主程序的程序框图设计 (8)．1 子VI的打开 (9)2.3.2 VI的链接 (12)第3章虚拟信号发生器的实现 (14)3．1信号发生器的介绍 (14)3.2虚拟信号发生器的设计 (14)．1虚拟信号发生器前面板的设计 (14)．2虚拟信号发生器程序框图的设计 (15)第4章信号调幅解调器的设计 (17)4.1调制解调原理 (17)解调原理 (17)4.1.2 乘积型同步检波器原理 (18)4.2 信号调幅解调器功能 (19)4.3 虚拟调幅波解调器设计进程 (19)4.3.1 选用同步解调的理由 (19)4.3.2 低通滤波环节 (19)4.3.3 虚拟调幅波解调器前面板设计 (20)4.3.4 调幅波解调器程序框图的设计 (20)第五章数据搜集分析系统的设计 (22)5.1数据搜集系统结构 (22)基于LabVIEW的数据搜集卡 (22)5.2数据搜集系统的设计 (23)数据搜集功能模块的实现 (23)数据存储模块的实现 (24)5.3数据的读取与分析系统的设计 (26)5.4函数信号发生器 (27)5.4.1电路原理 (27)5.4.2函数发生器的设计 (28)数据搜集分析调试 (28)结束语 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录 (33)附录一实物图 (33)附录二元器件清单 (34)附录三中英文翻译 (35)序言电子测量仪器是电子行业的基础，它在电子行业中长期占据着十分重要的地位，是一个时期的电子行业进展水平的标志，并随着科学技术的进展而不断地更新转变着。
基于Labview平台的自动检测系统设计林清馨;梁潇【摘要】虚拟仪器是当今仪器发展的热点,本文基于Labview设计的虚拟34401A 对于多种常见的计量仪器进行检测,发挥了计算机的功能和软件设计的灵活性.本设计能够进行参数测量、信号分析、信号波形显示等功能,并且能够同时出示原始记录、检定证书、校准证书并储存的功能.大大提高了工作效率和准确性.【期刊名称】《贵州科学》【年(卷),期】2013(031)001【总页数】3页(P53-55)【关键词】Labview;自动校准;自动检测【作者】林清馨;梁潇【作者单位】贵州大学理学院,贵阳550025;贵州大学理学院,贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TP231 引言在现代计量检测中，对于被检测仪器的准确性，实时性的要求越来越高。
这就意味着只有通过计算机才能更准，更快，更好的完成检测任务，并且极大的解放人力资源。
本文针对于电子仪器检测项目繁多的厂家，尤其是34401A，设计了一个以34401A 为基础的自动检测系统，从而大大解放工厂的人力。
2 虚拟仪器的硬件平台由于LabVIEW 对于现代测试仪器的兼容性和扩展性极强，对于RS232 接口、GPIB 接口、以太网口、USB 口都能完美兼容(侯国平等，2000)。
本文中主要用RS232 串口进行通讯，并利用VISA 编辑程序。
虽然RS232 的数据吞吐量较低，但是RS232的串口最普遍，最简单，足以胜任常规测量。
如果对采集速度有较高要求，或需同时运行多台设备则可利用GPIB 口进行硬件平台的搭建。
3 虚拟仪器的软件平台软件平台主要用于完成被测信号的调整与信号的采集，并完成前期处理，波形显示。
3．1 虚拟自动检测仪器的软件结构软件程序基本实通过仪器、通讯接口的设置，连接计算机进行测试。
主程序框图如图1 所示。
图1 主程序框图Fig.1 The main program block diagram3．2 虚拟自动检测仪器的函数面板设计程序面板是计算机与仪器的接口，是完成设计的主要部分，其中由三部分组成:仪器与计算机通讯部分，信号采集与分析部分以及数据处理部分。
一个基于LabVIEW的自动测试系统对于半导体（CMOS）芯片设计目前的趋势是在尺寸和功耗上尽可能减小。
这种趋势给测试工程师带来了不少困难，尤其是对没有自动探头站这种少数设备的工程师而言，完成这样的任务几乎是不可能的。
因此，为了减少工程师的工作量，提高测试效率和精度，一个基于LabVIEW的自动测试系统产生了。
整个系统中，包括使用PXI（PCI扩展仪器）系统数据建立的检测采集（DAQ）模块和源测量单元（SMU）模块，并依据LabVIEW为基础设计的测试程序已经在本文中被提出。
测试结果显示该系统能够改善检测效率，并实时评估测试结果。
由于软件是建立在不同模块，因此容易被扩展为不同的应用。
作为数字处理和模拟信号之间的界面传递信号，数字- 模拟转换器（DAC）已经广泛在集成电路（IC）中进行利用。
因此，在许多算法的基础上使用ADC 中已成为近年来的趋势。
并且，随着相关的检测仪器数据采集（DAQ）技术的快速发展，DAC的测试变得更方便，比以往任何时候都准确。
在这个项目中，高度集成的多功能互补半导体（CMOS）芯片被设计为一个应用发送接收（TR）系统。
它有两种功能，一种是控制该系统的工作状态逻辑功能，第二种是提供对于所有的有源器件的偏置电压，例如功率放大器（PA）通过使用其内建的DAC可以实现一些功能。
因此，芯片的逻辑功能，必须进行验证，以确保该芯片控制流程。
同时，由这些DAC提供的电压电平芯片内部已经被评估，从而保证供给到有源器件的偏压电压是在设计精度范围。
之所以这样设计是因为不同的偏压电压对于有源器件的性能增益会产生影响，从而进一步影响整个系统的整体性能。
在一般情况下，测试工程师对这种芯片的检测包括电源，信号发生器，数据采集系统，试验台，这需要很多连接从而导致检测仪器之间混乱。
最重要的是，它使校正该系统的误差变得困难，并且还引入了额外测试误差来确定最终结果。
此外，由于大量的数据已被简化和加工，因此自动测试系统必须设计成配合测量时间并且保留数据处理，同时减少通过手动操作和负载所带来的误差。
摘要液位计算机测量与控制实验系统是为西北工业大学航空学院民航工程系综合实验平台而开发的课程教学实验系统。
液位测量与控制系统集传感器信号的采集、调理、转换、检测和控制为一体，是实时交互式图形界面应用系统。
该系统采集液位信号并用计算机可视化界面实时显示液位高度的变化过程；通过交互式对话框设置期望的液位高度，在检测当前液位的基础上控制进/出水阀门，从而对实际液位高度进行控制。
论文介绍了液位计算机测量与控制系统的结构与功能；分析了硬件系统中测量与控制电路的组成及工作原理；计算了信号调理电路中测量放大器的增益及各元件参数；使用PROTEL软件绘制了信号调理电路图；介绍了多功能数据采集卡NI USB-6008的特点、功能及软件开发平台LabVIEW；分析了系统的软件程序；介绍了液位计算机测控系统的用户使用界面所能实现的功能。
针对实验系统对液位进行开关控制所带来的问题，提出了用PID控制方法进行改进的措施。
关键词：液位测控，压力传感器，信号调理，NI USB-6008 ，LabVIEWABSTRACTThe liquid level measurement and control computer experimental system is a course teaching experimental system which is used to develop the comprehensive experimental platform for Aviation Institute of Civil Engineering of NWPU. The liquid level measurement and control system with real-time interactive graphical interface is of the sensor signal acquisition, conditioning, conversion, testing and control functions. The system acquires the signals of liquid level and computer interface real-time to show the liquid level changing process. Through an interactive dialog box, the desired water level is set. The actual water level is controlled based on the current liquid level detection through the import / outlet valves.The structure and function of the liquid level measurement and control computer experimental system is introduced at first. The hardware system composition and working principle is analyzed, and the gain and each components parameters of measuring amplifier in signal conditioning circuit are calculated. The signal conditioning circuit is drawn with PROTEL, and the features and functions of the multi-function data acquisition card NI USB-6008 and software development platform LabVIEW are introduced. The system software program is also analyzed. For the control problems of import / outlet valves of the liquid level measurement and control computer experimental system, a PID control method is proposed to improve the system performances.KEY WORDS：liquid level measurement and control，pressure sensor，signal conditioning ，NI USB-6008 ，LabVIEW目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题背景............................................................................. 错误！未定义书签。
1．绪论1. 1课题背景在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，这对调动学生积极性，培养创新精神，加强实践动手能力都十分不利。
虚拟仪器的出现很好的解决了这个问题。
美国国家仪器公司（National Instruments）在20世纪80年代最早提出虚拟仪器（Virtual Instrument）的概念，同时推出了用于虚拟仪器开发的工程软件包LabVIEW。
NI公司宣称“The Software is the Instrument”，即“软件就是仪器”[1]。
虚拟仪器利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。
虚拟仪器是计算机技术与电子仪器相结合而产生的一种新的仪器模式。
它通常是由个人计算机、模块化的功能硬件与用于数据分析、过程通信及图形用户界面的应用软件有机结合构成，使计算机成为一个具有各种测量功能的数字化测量平台。
它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板，完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。
虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响，同时对改善高校实验教学仪器设备，提高教学质量也是一个福音。
在虚拟仪器系统中，用计算机灵活强大的软件代替传统仪器的某些部件，用人的智力资源代替许多物质资源，通过一组软件和硬件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所不具备的特殊功能的新型仪器结合数据库技术和软件技术，可以在虚拟仪器的基础上形成虚拟仪器实验室。
编号：毕业设计说明书题目：基于LabVIEW的自动测试系统实验平台院（系）：电子工程与自动化学院专业：测控技术与仪器学生姓名：彭彪指导教师：殷贤华职称：讲师题目类型：理论研究√实验研究工程设计工程技术研究软件开发2010年5月14日摘要随着科学技术的发展，对电子测量与仪器的要求越来越高。
自动测试系统孕育而生，发展非常迅速。
“自动测试系统课程”是测控技术与仪器专业的主干课程，自动测试系统实验包括自动测试系统软件开发和组建，这对理论学习非常重要。
开发基于局域网的自动测试系统实验平台，终端共享实验设备，节约实验成本，提高实验效率。
根据自动测试系统课程的实验项目的需要，在对图形化软件开发工具LabVIEW以及用VISA为底层工具开发的虚拟仪器驱动程序进行深入研究的基础上，设计了基于LabVIEW的自动测试系统实验平台。
它由硬件系统和测试软件组成，硬件系统由计算机、网关、GPIB仪器、VXI机箱及仪器模块和多功能实验板组成，测试软件包括虚拟任意波形发生器、虚拟示波器、虚拟万用表以及各实验项目测试程序。
多功能实验板作为测试对象，可以根据各个实验项目的不同要求灵活设置。
该实验平台可以完成对交直流电压电流信号、电阻、幅值、频率、周期、相位等基本参量的测量，满足自动测试系统实验项目的要求。
通过测试验证，达到了预期设计目标，可以应用到自动测试系统实验当中。
关键词：仪器驱动程序；虚拟仪器；实验平台AbstractWith the development of science and technology, the requirements of Electronic Measurement and Instruments is been more and more important, thus the Automatic Test System is emerged and is developing rapidly. Automatic Test System（ATS）is the main course in the major of measurement&control technology and instrumentation. The experiment of ATS includes software development&formation and is of great importanceto theoretical study. The ATS experimental platform is based on Local area network, which makes equipments be shared in the terminal. In addition,the ATS experimental platform also saves the experiment cost as well as improves the efficiency.To meet the needs of the experiment item of ATS，the ATS experimental platform is designed，based on the study of LabVIEW whichis a kind of graphical tools and virtual instrument driver which is developed by VISA. It consists of hardware system and test software. The hardware system includes computer, gateway, GPIB instruments, VXI box& module and multi-functional Panel. The test software consists of virtualprofile generator, virtual oscilloscope, virtual multimeter and some labtests programs. As the tested objects, the multi-functional experimentalboard can be seted flexibly on the basis of different requirements. Thisplatform accomplish measurements of AC or DC voltage, resistance, amplitude, frequency, cycle, phase and other basic parameters as well as experiment item. The test results show that it achieve the expected goalsand can be applied to the Automatic Test System experiment.Key words：Instrument Driver ; Virtual Instrument ; ExperimentalPlatform目录引言.............................................................................1 自动测试系统实验平台概述...............................................1.1 自动测试系统实验项目.......................................................1.2 实验平台软件结构............................................................1.2.1 VISA（虚拟仪器软件结构）.................................................1.2.2 仪器驱动程序..............................................................1.2.3图形化软件开发工具LabVIEW ...............................................1.3 实验平台硬件工具............................................................1.4 实验平台系统结构及工作原理.................................................2 自动测试系统实验平台软件开发..........................................2.1 实验平台软件开发环境的配置.................................................2.2 虚拟仪器软件开发............................................................2.2.1虚拟任意波形发生器（一）.................................................2.2.2虚拟示波器 (1)2.2.3虚拟任意波形发生器（二） (1)2.2.4虚拟万用表 (1)2.3 实验项目测试程序开发 (1)3 多功能实验板设计 (1)4 自动测试系统实验平台集成 (2)4.1 实验平台组建 (2)4.2 实验平台调试 (2)4.3 实验平台功能验证 (3)结论 (3)谢辞 (3)参考文献 (3)附录 (3).引言随着科学技术的发展，对电子测量与仪器的要求越来越高，测试项目和测试范围与日俱增，测试对象也逐渐复杂，测试的参数繁多，测试速度和测量的要求不段提高，这就使得自动测试系统（ATS）的发展越来越广泛、越来越迅速。
于此同时自动测试系统虚拟仪器开发环境也有很大的发展，特别是图形化开发环境LabVIEW运用越来越广泛。
自VXI总线测试系统提出后，国内的很多家科研院所在这些方面做了大量卓有成效的科学研究，如航天测控、电子科技大学、哈尔滨工业大学、桂林电子科技大学等。
桂林电子科技大学在VXI总线测试技术方面做了大量的工作，成功研制了基于寄存器基的VXI接口电路，以此基础上开发了扫描A/D、多功能控制、多通道数字I/O等多种通用测试功能模块，成功组建了若干套自动测试系统。
并将研究成果成功地运用于《自动测试系统》课程的实验，使得学生可以从理论到实际对本课程有整体的理解。
本课题将在对图形化软件开发工具LabVIEW以及用VISA为底层工具开发的虚拟仪器驱动程序进行深入的研究的基础上，组建GPIB、VXI 总线自动测试系统，编写测试软件，对每一个仪器、模块的虚拟仪器基本功能进行单项测试，以及滤波器幅频特性测试程序的调试，完成对各项参数测试后通过数据分析验证实验平台的准确性和实用性。
运用LabVIEW进行自动测试系统实验平台的设计开发，提供了人性化的人机交互界面凸显自动测试系统的快捷性和优越性。
通过对整个系统的组建，应用虚拟面板对智能仪器及模块化仪器进行控制以实现各个仪器的基本功能，使同学们在实验过程中了解到自动测试系统的工作原理，感受到自动测试系统的优势。
本实验平台能够较好的指导同学们的理论学习，可以运用到自动测试系统实验当中。
1 自动测试系统实验平台概述自动测试系统简称ATS（Automatic Test System）是以计算机为核心，在程控指令的指挥下，能够自动完成某种测试任务而组合起来的测量仪器和其它设备的有机整体。
自动测试系统的研究工作始于1956年美国的SETE计划，以解决美国军方在军用电子设备（如航空电子系统和导弹系统等）的维护工作问题。
经过四十多年的发展，自动测试系统已经具有功能强、精度高、测量速度快、自动化程度高和良好人机界面等诸多优点。
1.1 自动测试系统实验项目《自动测试系统》课程详细介绍了VXI总线规范、VPP规范、VXI 仪器硬件模块的设计、符合VPP规范的软件设计（包括仪器驱动程序、软面板、VISA库应用程序的设计）、VXI系统的组建、IEEE488.1、IEEE488.2和SCPI标准，另外还对PXI总线测试系统以及IVI规范做了介绍。
自动测试系统实验要求掌握GPIB、VXI总线自动测试系统的构成和工作机制，掌握常用GPIB、VXI总线仪器模块的使用和程控命令。
