基于LabVIEW的虛擬示波器設計（共22頁pdf）測控儀器設計課程設計說明書

ID:427609 · 發表于 2018-11-16 11:12

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虛擬儀器包括硬件和軟件兩個基本要素，硬件功能是獲取被測的物理信號，提供信號傳輸的通道；軟件則是實現數據采集、分析、處理、顯示等功能，并將其集成為儀器操作與運行的一體化環境。總體而言，虛擬儀器硬件以 VXI、PXI等先進的計算機接口總線發展為標志，而軟件技術則是以VISA、SCPI、IVA等標準和LabVIEW、LabWindows/CVI等先進開發平臺為核心，構成一個完整的虛擬儀器技術體系。
示波器是以短暫掃跡的形式顯示一個量的瞬時值的儀器，也是一種測量、觀察、記錄的儀器，在科研和實驗室中應用十分廣泛。傳統的模擬示波器把需要觀察的兩個電信號加至示波管的 X、Y通道以控制電子束的偏移，從而獲得熒光屏上關于兩個電信號關系的顯示波形。這種模擬示波器體積大、重量輕、成本高、價格貴，并不適合于對非周期的、單次信號的測量。基于多功能DAQ卡和LabVIEW平臺開發的虛擬數字示波器，具有結構簡單、開發成本低等優點，在眾多領域已得到廣泛應用。

1．數據采集模塊
主要完成數據采集的控制，包括觸發控制、通道選擇控制、時基控制等。其中：
1）觸發控制包括觸發模式、觸發斜坡、觸發電平控制；
2）通道選擇主要控制單通道或雙通道測量；
3）時基控制主要控制采集卡掃描率、每一通道掃描次數(取樣數)。
2．波形顯示模塊
軟件需提供五種波形顯示模式：
1）A、B、A&B 模式：通過顯示通道選擇按鍵A  和B，可以任意顯示某一通道或兩通道輸入信號的波形。
2）XY 模式：當兩通道都處于選通狀態時，使用此模式來顯示李沙育(Lissajous)圖形、測量相位差或頻率。
3）A＋B，A－B 模式：當兩通道處于選通狀態時，使用此模式顯示兩通道信號代數相
加、相減后的波形。
4）A&A  積分
5）A&A  微分
3．參數測量模塊
主要模擬HP54603B 的參數測量功能，完成包括Vrms 等19  個電壓參數和頻率、周期等
7  個時間參數的測量，并顯示其測量結果。
4．頻譜分析模塊
采用快速FFT  算法，完成頻域信號分析。可實現的頻譜分析控制包括：
1）Window 選擇，提供9 種頻譜分析窗口；
2）Log/Linear 選擇，提供3 種坐標顯示模式；
3）DisplayUnit  選擇，提供8  種單位。
5．數據存儲和回放模塊
按鍵“寫盤”控制是否進行數據存儲；按鍵“讀盤”控制是否從數據文件中讀取數據。主面板提供了兩個文件名輸入框，前—個為信號波形數據文件名輸入框，后一個為采樣周期文件名輸入框，這兩個文件由寫盤功能和讀盤功能共用。從軟盤或硬盤上讀取的數據同實時采集的數據一樣，能夠進行自動參數測量以及顯示波形，并保留在顯示窗口(顯示模式可以設置為三種模式中的任意一種)，還可以根據需要設置進行頻譜分析。
二、主要控制結構
1．測量控制結構
通過邏輯按鍵“測量”控制是否進行測量；通過邏輯按鍵“通道”控制通道選擇。
2．自動調整掃描率控制結構
由邏輯按鍵組“自動”、“手動”來控制是自動調整掃描率，還是手動調整掃描率。

虛擬儀器設計方案
本虛擬數字存儲示波器是在對傳統示波器進行分析后，基于多功能 DAQ采集卡和LabVIEW開發平臺來設計的具有數字存儲示波器、數字萬用表、數字頻率計三者功能與一體的一個功能強大的電子測試儀器，主要由數據采集部分、數據處理部分、波形顯示部分、波形存儲和回放以及頻譜分析等部分組成，可以完成對信號的輸入及獲取、信號電壓參數及時間頻率參數的自動測量、信號的波形顯示及存儲回放和信號的頻譜分析等功能。
該示波器主要由數據采集DAQ（Data Acquisition）、接口總線、硬件驅動程序和虛擬數字示波器軟件構成。圖2.1所示為虛擬數字示波器的整體組成結構圖。信號檢測電路時信號調理輔助電路，接收傳感器傳送過來的物理信號，并從混合信號中提取出待測的微弱信號，輸出的多路信號時已經放大濾波和電平變換后的標準信號，送入數據采集卡板（由硬件程序驅動工作），通過系統總線送進計算機進行處理。在使用 DAQ卡之前必須對DAQ卡的硬件進行配置，這些控制程序用到了相應的底層DAQ驅動程序。

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