完整版基于LabVIEW的虚拟示波器的设计毕业设计Word文档格式.docx
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1.4本论文的主要工作2
第二章LabVIEW3
2.1LabVIEW的概念3
2.1.1LabVIEW创建虚拟仪器3
2.2labview的模板3
2.2.1工具选板3
2.2.2控件选板（ControlPalette）5
2.2.3函数选板（FunctionsPalette）6
第三章系统硬件设计8
3.1数据采集与仪器控制8
3.2虚拟仪器10
3.2.1选择合适的总线10
第四章虚拟示波器软件设计12
4.1系统总体构成12
4.2滤波器模块13
4.3存储与回放模块14
4.4频谱分析模块16
4.5参数测量模块16
第五章虚拟示波器的调试18
5.1波形显示18
5.2频谱分析18
5.3参数测量19
第六章结论和展望20
参考文献21
致谢：
22
插图清单
图2-1工具图4
图2-2工具选板的功能图4
图2-3新式功能选板图5
图2-4控件各个子模板图6
图2-5函数选板框图6
图2-6编程的功能框图7
图3-1传感器图8
图3-2选择合适仪器图11
图4-1系统总体流程图12
图4-2系统总体前面板13
图4-3系统总体程序框图13
图4-4滤波器前面板14
图4-5滤波器程序框图14
图4-6存储和回放模块前面板15
图4-7a存储和回放模块程序框图15
图4-8频谱分析模块程序框图16
图4-9频谱分析模块前面板16
图4-10参数模块前面板17
图4-10参数测量程序框图17
图5-1波形显示结果18
图5-2频谱分析结果显示18
图5-3均方根分析结果19
图5-4相位分析19
图5-5全局结果的分析19
基于LabVIEW的虚拟示波器的设计
摘要
由于实验室大多驱动仪器硬件大多都是国外进口，不但前期的花费大，而且后期的维护、升级的使用也会花费大量的人力财力。
而采用虚拟仪器则没有这方面的忧虑，它不仅可以便携的携带和操作，而用户使用起来也很方便，对后期的维护也更简洁。
本文对LabVIEW的虚拟示波器进行探讨，伴随计算机的发展，在中国虚拟仪器的使用会越来越频繁。
LabVIEW是一种图形化的编程语言，在国外它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
它是一个功能强大且使用灵活的软件。
利用它方便地建立自己的虚拟仪器，使其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
本文论述虚拟仪器的发展历程，虚拟仪器的基本概念、组成，及总线技术。
还谈及LabVIEW的平台，虚拟示波器的硬件、软件、调式，最后对虚拟仪器发展趋势未来进行了总结。
关键词：
虚拟仪器；
总线技术；
LabVIEW
DesignofvirtualoscilloscopebasedonLabVIEW
Abstract
The
labsare
driving
instrumentnotonly
carryandoperateprotable
andtheuser
isalsoveryeasytouse,
maintenance
of
thelate
andmoreconcise.
The
virtualoscilloscope
ofLabVIEW
areintroduced,
alongwith
thedevelopmentofcomputer,
moreandmorefrequently
intheuse
ofvirtualinstrumentChinese.LabVIEWisagraphicalprogramminglanguagewhichiswidelyacceptedbyindustry,academiaandresearchlab.asastandarddataacquisitionandinstrumentsoftware.Thisisapowerfulandflexiblesoftware.Itcaneasilyestablishitsownvirtualinstrument,itsgraphicalinterfacemakesprogramminganduseoftheprocessarelivelyandinteresting.
Thispaperdiscussesthecourseofdevelopmentofvirtualinstrument,theconceptofvirtualinstrument,basiccomposition,andbustechnology.AbouttheLabVIEWplatform,thevirtualoscilloscope），亦或叫数据获取，是指从传感器及其它待测设备等被自动采集信息到上位机去分析、处理的过程。
DAQ是有许多部分组成，基于PC的数据采集由一些模块化硬件、计算机和驱动程序及应用软件等去测量的。
数据采集系统是基于了PC的软硬件的测量系统实现用户自定义和具有灵活功能的。
想要从一个基于计算机的数据采集系统得到合理的分析结果，就要充分依赖于系统每一个部分的协调和控制。
下面的部分是传感器、信号调理、DAQ卡、PC等，而许多厂商已将这些集成为标准的设备。
所以我们只是作一些简单介绍：
（1）传感器和变换器
一般来说传感器在测量系统中是将物理信息转化为可测量的电信号。
常见的信号有5类模拟信号，分别是直流信号、时域信号、频域信号通断序列和脉冲数字信号。
转换器是将能量和信息从系统的某一部分传送到另一部分的器件，与此过程中能量形式也随之改变。
传感器如下图3-1所示：
图3-1传感器图
（2）信号的调理
被测物理量从传感器获得之后不可避免的会受到一些内部亦或是外部因素的影响。
此时的信号不可以使用，需要用户要将信号经过相关的调理的才能放入采集卡。
信号调理的方法主要包括了放大、衰减、滤波激励及多路复用、线性化等一系列的变换处理，使变换处理后的信号变成信噪比高的信号，一些调理方法如下：
1、放大和衰减
放大器通过提高输入信号的电平来提高ADC的输入范围大小，来提高测量精度和宁敏度。
而衰减是：
降低了输入信号的幅度来去调理使信号始终处于ADC范围之内，使得更稳定。
2、多路复用
多路复用技术提供多路信号通过一个系统传输至一个单一的数字仪器，从而提供了即省钱又可以拥有多路系统通道的数量。
3、线性化
对输出信号进行线性化，以补偿其自身的误差。
4、激励
激励在很多处都是非常有用的。
例如应变器和电热调节器都需要外部电压或电流激励信号，这个电路源将电阻的变化转换为一个可测量的电压。
（3）数据采集
1、模拟输入
模拟输出依靠的基本参数有许多，包括了通道数、采样速率、分辨率和输入范围等。
通道数——模拟输入通道又可以分为单端输入通道数和差分输入通道数。
输入方式一共有单端和差分两种输入方式。
分辨率——分辨率就是模拟信号的位数。
分辨率越高，则信号范围被分割成的区间数目就越多，能被测到的电压变量越来越小。
采样速率——该参数是每秒钟进行模数转换的次数。
输入范围——输入范围就是ADC可量化的电压最大值最小值之间的区间。
2、模拟输出
模拟输出经常用来采集系统提供激励源。
数模（DAC）转换器的一些技术转换指标决定了所产出输出信号的质量：
稳定时间、转换速率和输出分辨率。
3、定时IO
计数器定时器在部分应用中很重要，在对数字脉冲计时以及产生方波和脉冲，数字事件产生次数的计。
其指标较重要的有分辨率和时钟频率。
（4）PC与软件
数据采集系统所使用的计算机会极大地影响连续采集数据的最大速度，而当今的技术已可以使用Pentium级别以及多核的处理器，它们能结合更高性能的PCIPCIExpress、PXICompactPCI和IEEE1394（火线）总线以及传统的ISA总线和USB总线。
硬件是物理的，软件是逻辑的，软件想要表达出来必须通过硬件，比如你看到的图形，是靠硬件和操作系统（软件）还有其它的软件共同工作生产的，所以软件可以理解成一种信息或是语言。
硬件和软件的协调发展，他们之间相互依存，相互促进发展。
而我们这次选用的LabVIEW是一个开发上层应用程序的开发平台，它不但包含丰富的驱动的函数库，还拥有功能强大的DAQ助手，这样用户就节省了初始的操作时间，将主要精力放在数据的分析处理、使用其获得相应的结果。
3.2虚拟仪器
虚拟仪器技术和计算机技术和测试技术的伴生产物,由软件和硬件组成。
硬件获取需测的信号，软件控制实现数据采集、分析处理及显示等功能，并将其集成为仪器操作与运行的命令环境，它是一种基于计算机硬件和用于数字信号的、分析与处理等功能的测试系统。
通过计算机上的软件远程控制上的一台或多台仪器不仅需要将仪器或设备与计算机进行协同工作，还将根据用户需求功能需要延伸和扩展性。
一个完整的仪器控制系统除了计算机和仪器的基本构成外，还必须要建立仪器与计算机的通路以及上层应用程序。
通路是总线及针对不同仪器的驱动程序的，上层应用程序用于放送控制命令、仪器的控制面板显示以及数据的采集、处理、分析及显示和存储。
3.2.1选择合适的总线
总线是计算机个功能部件的公共通信干线，虚拟仪器通常会被提供一种或多种总线选择。
硬件总线影响测量的性能、系统搭建时间和便携等。
总线性能的三个主要被干扰因素是带宽、延迟及仪器的实现方式。
对于总线的操作，过程是用来完成两模块间的信息传递，在过程中只有一个主模块可占用总线。
总线按功能和规范分类可分为5类：
数据总线、地址总线、控制总线、扩展总线和局部总线。
数据总线：
在CPU和RAM之间来回传送需要处理或是要被存储的数据；
地址总线：
来制定RAM中存储数据的地址；
控制总线：
将微处理器单元的信号，传送到周边设备如USBBUS;
扩展总线：
可连接扩展槽和电脑之间；
局部总线：
用来取代高速数据传输的扩展总线。
3.2.2仪器驱动程序
计算机与仪器的通信方式有两种，分别是基于寄存器的通信方式和基于消息的通信方式，具体实现所需方式由仪器自己来决定。
在自动测试系统中仪器的编程任务就是由驱动程序来解决的，厂商会提供所有的驱动程序的。
采用基于消息的通信格式的有GPIB、串口、USB和一些VXI仪器，对于仪器发送的命令和读取的数据是ASCII字符串。
用户想要直接通过底层的通信方式由仪器通信，则用户必须要知道寄存器配置或者消息的具体格式。
仪器本身具有处理器负责解析字符串命令和发送字符串数据的功能，仪器驱动程序的目的就是解决这个目的。
仪器驱动程序包含的函数都与VISA的调用有直接或间接的联系，程序函数是标准的、统一的，VPP规范的出现界定了虚拟仪器函数程序的原型结构、参数结构与返回状态值。
仪器驱动程序对于仪器来说就像是可调用的功能函数，用户只有选择的权利。
大体的说NI建议在仪器驱动可得的情况下使用仪器驱动，因为它具有节约大量的时间，NI
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