基于Labview的虚拟示波器设计课程设计报告书

工程学院课程设计课程设计题目：基于Labview的虚拟示波器设计工程学院课程设计任务书课程设计题目：基于Labview的虚拟示波器设计系别自控系班级测本101 学生顾亚辉学号 2010312113指导教师雷彦华职称助工课程设计进行地点：实训F430 任务下达时间： 13年 3月4日起止日期： 13年3月4日起——至13年3月8日止教研室主任年月日批准基于Labview的虚拟示波器设计成绩评定表系部：自控系班级：测控本101 学生:顾亚辉中文摘要在现代测量领域中，为了对电路功能进行检测，有许多的测量仪器可供使用。

只要电量不随时间变化，借助于仪器来掌握数值的大小就足够了。

但是，对于曲线形状、周期或频率以及最大值的附加数据都属于交流量的电路，由于交变量的曲线形状是多种多样的，以至于只有用图像才能充分加以描述。

因此一般的电过程差不多都可以用图像语言来描述，且只有这样才便于理解。

作为这类“电”图像的中介物，示波器在现代电子学中是不可缺少的。

它经常代替一系列单个仪器：电压表、电流表、频率计、相位计等。

由于传统的示波器加工工艺复杂，对制造水平要求高，生产突破有困难，因此价格非常昂贵，容易损坏，且开发和维护的费用高，技术更新周期长，对于一般用户很不实用。

随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化方向发展。

虚拟仪器概念的提出并得到了迅速的发展，虚拟仪器技术的发展，标志着二十一世纪测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。

所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能，使用者操作这台计算机，就像是在使用一台专门的电子仪器。

虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，是一种具有仪器功能的软硬件组合。

它充分利用计算机技术，在基本硬件支持下，通过调用相应的软件模块来完成数据采集、控制、分析、处理以及结果显示，从而实现各种传统仪器的功能。

本设计便是利用虚拟仪器设计一个虚拟示波器并实现它的虚拟频谱分析功能的一台简单的示波器。

在掌握了虚拟仪器的基本结构及信号的相关知识基础之上，设计了一套虚拟示波器。

在此基础上完成了频谱分析模块、存储模块、显示模块、滤波模块和测量模块的设计。

关键字:虚拟仪器示波器数据采集目录目录 (1)1 课程设计要求 (2)1.1 设计主要容及要求 (2)1.2 对设计论文撰写容、格式及字数的要求 (2)1.3 时间进度安排 (2)2 课程设计思路 (3)3 设计流程图 (5)4 各模块设计 (6)4.1 数据采集模块 (6)4.2 信号分析及处理模块 (8)4.3 频谱分析模块 (10)4.4 波形显示模块 (12)4.5 波形存储和回放模块 (14)4.6 程序集成 (15)总结 (18)致 (20)参考文献 (21)附录 (23)1课程设计要求1.1设计主要容及要求基于DAQ的虚拟示波器1）波形来自外来的信号发生器（信号发生器一台）2）通过DAQ采集此信号（波形采集）3）主界面要求为一个典型的示波器界面，各个调节按钮的功能应该均具备。

4）要求显示波形的特征量。

5）存储并回放波形。

1.2对设计论文撰写容、格式及字数的要求1)课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。

2)学生应撰写时应做到文理通顺，容正确完整，书写工整，装订整齐。

3)论文要求打印，打印时按《工程学院毕业设计（论文）撰写规》的要求4)课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。

1.3时间进度安排2课程设计思路本虚拟数字存储示波器是再对传统示波器进行分析后，基于多功能DAQ采集卡和LabVIEW开发平台来设计的具有数字存储示波器的电子测试仪，主要有数据采集部分、数据处理部分、波形显示部分、波形存储和回放以等部分组成，可以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、信号波形显示及存储回放等功能该示波器主要由数据采集DQA、接口总线、硬件驱动程序和虚拟数字示波器软件构成。

数据采集卡把采集到的电压信号经过处理，通过系统总线送进计算机进行处理。

在使用DAQ卡之前必须对DAQ卡的硬件进行配置，这些控制程序用到了相应的底层DAQ驱动程序。

根据设计要求，程序应包括以下模块：第一部分：数据采集。

主要完成数据采集和控制，包括设备号和通道号的选择控制，选择信号连接的方式，设置采样率和采样点数以及选择适当的采样方式。

第二部分：波形显示。

对采集到的信号进行实时显示，可以对时间和幅度调节，同时也能显示经过处理后的波形。

第三部分：信号处理。

主要完成对采集到的信号进行测量和频谱分析。

能测定信号波形的电压，峰峰值，频率，周期，和均方根等参数；并对输入信号进行幅度分析，显示幅度图第四部分：波形的存储和回放。

可随时将原始信号或处理过后的信号以LABVIEW 特有的LVM文件格式存储在本地硬盘上，以便日后分析或处理，并能将波形以JPEG图片格式存储在本地硬盘上供日后查看。

回放功能随时将存储的LVM格式波形文件提出显示在示波器的前面板的波形回放显示控件上。

这样就完成了虚拟示波器的基本功能，这与传统仪器一样，由数据采集与控制，数据分析，结果显示等组成。

3设计流程图4各模块设计4.1数据采集模块利用LabVIEW强大的数据采集功能，通过DAQ的模拟输入来达到数据采集的目的。

设计中使用初级模拟输入模块，它们位于Date Acquisition子选板下的DAQ助手，首先对DAQ设置并选择通道，主要完成数据采集和控制，包括设备号和通道号的选择控制，选择信号连接的方式，设置采样率和采样点数以及选择适当的采样方式。

该模块主要完成数据采集的任务，其中，模块采用了测量I/O模板→Data Acquisition子模板→Analog Input子模板→Analog Input Utilities子模板中的AI Waveform Scan(scaled array).vi来控制数据采集卡进行数据采集，此VI图标如图3.1.1所示。

注：应用此类VI，计算机需安装Traditional NI-DAQ。

整个程序框图的其他连线点都是AI Waveform Scan(scaled array).vi服务的，由于牵扯到硬件，和该vi的解释，所以在此不再过多解释框图含义。

图4.1 AI Waveform Scan(scaled array).vi模块程序框图如下：图4.2 DAQ生成DAQmx子代码数据采集切换到前面板，调整各控件的大小和位置，并设置各控件的标签的字体颜色和大小，相应的数据采集前面板输入控制如下图：在这里可以选择采集数据的物理通道，我的数据采集通道为Dev1/ai1（设备1，模拟输入通道1）；信号连接方式设置为：差分，以及采样率和采样点数，采样方式。

图4.34.2信号分析及处理模块本模块主要模拟示波器的参数测量功能，完成包括Vrms等12个电压参数和频率、周期等7个时间参数的测量，并显示其测量结果。

对信号进行采集后，需要对信号进行一定的处理，如对信号的测量，滤波处理和频谱分析等。

这里首先对信号测量进行设计。

波形测量模块应分为测量直流信号和交流信号两种情况。

因此这里会用到条件结构。

对于直流信号只需测量它的直流电压值，对于交流信号要测量的就比较多了：电压波形的频率，周期，最大值，最小值，峰峰值，和均放置等等。

并且还要将测量的值显示出来。

在测量之前要在条件结构的外边加一个选择布尔，选择是测量直流还是交流。

设计过程如下：1.切换到前面板窗口，添加一个“菜单下拉列表”控件。

在选项卡中设置“直流”和“交流”项，对应于条件结构的“0”和“1”2.切换到程序框图窗口，再循环添加一个条件结构，并将对应的选择器分支连接好。

在条件结构的0分支框，添加“幅值和电平测量ExpressVI，用来测量直流信号的电压值。

程序框图如下：图4.4打开前面板观察到显示如下图：图4.54.3频谱分析模块首先根据通道的选择提取要分析的信号，然后完成信号加窗，自功率谱的输出，最后完成对显示坐标及频谱单位的转换，并送入频谱分析显示模块，另外通过功率和频率估计节点来提取信号基频，供其他模块使用。

通过分析逻辑按键和一个条件结构决定是否调用其显示模块。

频谱分析显示模块是将输入的df（频谱间隔）和频谱通过捆绑成簇，然后送入频谱图（XY图）显示，输入的频谱单位通过一字符显示控件显示在频谱图相应位置。

另外，通过在其前面板上添加了暂停和返回按键和两个条件结构，使其可以暂停分析和关闭该子VI。

当按键暂停按键未按下时，第一个条件结构执行假时的程序进行频谱分析；当暂停按键按下时，第一个条件结构执行真时的空程序，频谱分析暂停。

返回按键未按下时，第二个条件结构执行假时的程序，通过对应用程序控制属性节点的调用和一个布尔真常量，使其前面板始终处于打开状态，且输出（送入分析按键的局部变量）为真，该子VI持续运行；当返回按键按下时，第二个条件结构执行真时的程序，通过对应用程序控制属性节点的调用和一个布尔假常量，是其前面板由打开转为关闭状态，且输出（送入分析按键的局部变量）变为假，分析按键被弹起，该子VI停止运行。

程序框图如下：为“真”交流信号图4.6 交流信号图4.7直流信号4.4波形显示模块波形显示模块的功能是对采集到的信号进行实时显示，并能显示经过处理后的波形，如滤波波形和频谱图，同时还能进行时间和幅度的调节。

将选项卡控件置于前面板窗口，调整至合适大小。

默认的选项卡控件有两个选项，在任意一个选项上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择前面或后面添加选项卡，使其具有三个选项卡，并分别命名为波形图，幅度图，波形回放。

然后将三个波形图控件分别置于这三个选项卡中，如下图所示，这样只需用鼠标单击选项卡标签，就能观察到相应的信号。

程序框图如下：图4.8 波形显示框图通过对电压二维数组的索引分别提取波形的幅值数据，在根据对应的通道按钮来决定是否将其数据清零，然后根据信号基值的位置相应的改变其幅值数据，最后通过对横纵坐标的参数数值捆绑成簇，以便显示在display显板（即XY图）。

A的积分和微分运算分别通过积分X(t)和微分X(t)节点来实现波形数据离散积分和微分，其求导时间参数采用扫描周期（即采样间隔）。

而图形采样模式的改变时通过一个条件结构来实现的。

波形显示前面板如下：主要显示幅度图、波形图、波形回放4.9 波形显示4.5波形存储和回放模块传统的示波器存储的数据一般是易失性的存储器，但这样保存的数据容易丢失，而该虚拟示波器使用的存储工具是软盘或硬盘，数据不易丢失且携带方便，实现了数据的保存和读取，对波形的事后分析有很大的意义。

按键“存储”控制是否进行数据存储；按键“回放”控制是否从数据文件中读取数据。

主面板提供了一个文件名输入框，这一个文件由写盘功能和读盘功能共用。