基于U16卡的数据采集软件设计文档格式.docx

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摘要

随着电子计算机技术和软件开发技术的快速发展，电子计算机在数据的分析和处理，显示，存贮等方面的优势突出比传统的仪器越来越明显。

与此同时，随着计算机价格不断在降和性能不断在提升，传统仪器的价格又长期居高不下，再加上传统仪器的功能单一，发展虚拟仪器已经成为一个不可阻挡的。

美国NI公司在这种环境下，率先发起了对虚拟仪器的研究开发，推出了Labview软件开发平台。

本论文在掌握了虚拟仪器的基本结构及信号处理的相关知识基础之上，设计了一套数据采集，通过USB接口连接外围电子设备与电子计算机。

并对虚拟仪器的概念，结构，发展趋势进行了相关分析。

介绍信号处理相关的基础知识，主要是数据的采集采集过程和数据分析。

虚拟仪器主要由硬件和软件两个部分构成。

本文对虚拟示波器的硬件即数据采集卡进行了初略的介绍，对其软件部分进行详细研究。

在此基础上完成对信号的采集，信号的输出和信号的产生。

本论文在U120816数据采集卡的硬件基础上，通过LabvieW软件对U120816数据采集卡的再开发，实现电脑对外围电子设备的数据联通。

关键词：

虚拟仪器虚拟示波器数据采集

Abstract

Alongwiththecomputertechnologyandsoftwaretechnologyisdevelopingrapidly,andtheelectroniccomputerinreal-timedataanalysisandprocessing,storage,show，theadvantagesofthecomparedwithtraditionalinstrumentsismoreandmoreobvious.Meanwhile,alongwiththecomputercost-effectiverising,thepriceoftraditionalinstruments,plushighandlong-termsinglefunctionoftraditionalinstruments,developmentvirtualinstrumenthasbecomeanirreversiblehistoricaltrend.TheUnitedStatesinthiskindofenvironmentinNI,pioneeredtheresearchanddevelopmentofvirtualinstrument,helaunchedaLabviewsoftwaredevelopmentplatform.

Thistopicontheconceptofvirtualinstrument,thestructure,thedevelopmenttrendforthecorrelationanalysis.Introducesandsignalprocessingrelatedbasicknowledge,mainlyFouriertransformation.Virtualinstrumentmainlybythehardwareandsoftwaretwoparts.Inthispaperthehardwarethatvirtualoscilloscopedataacquisitioncardofinitialslightly,anddiscussesitssoftwareaspartofadeepanalysis.Virtualoscilloscopesoftwareisdividedintoseveralrelativelyindependentmodules,suchasspectrumanalysismodule,storagemodule,displaymodule,filtermodulesetc.

Keywords:

virtualinstrument；

virtualoscilloscope；

datacollection

目录

摘要I

Abstract.................................................................................................................II

第一章绪论-1-

1.1虚拟仪器的基本概念-1-

1.2虚拟仪器的构成-1-

1.3虚拟仪器的较传统仪器的优势-1-

1.4虚拟仪器的现状及发展方向-1-

1.5本论文的主要工作-2-

第二章系统软件的开发平台Labview简介-3-

2.1labview的基本概述-3-

2.2labview的模板分析-4-

2.2.1工具模板-5-

2.2.2控件选板-6-

2.2.3函数选板-6-

第三章U120816数据卡硬件系统-8-

3.1数据采集技术-8-

3.1.1数据采集系统信号分类-8-

3.1.2基于计算机的数据采集系统各部分的作用-8-

3.2数据采集系统的设计-11-

3.2.1采样/保持器的工作原理-11-

3.2.2多路转换模拟开关-12-

3.3U120816的基本组成-12-

3.3.1U120816数据采集卡简介-12-

第四章虚拟示波器的软件设计-16-

4.1 

数据采集软件功能分析-16-

4.2 

模拟波形采集模块设计-17-

4.2.1数据采集功能实现-18-

4.3 

模拟波形采集模块测试-20-

4.4 

小结-21-

第五章结论和展望-22-

致谢.............................................................................................................-23-

参考文献-24-

第一章绪论

1.1虚拟仪器的基本概念

电子测量仪器发展到今天，总体上经过了四个历程，按出现的时间顺序依次为;

模拟仪器，数字仪器，智能仪器，虚拟仪器。

其中，为了与虚拟仪器区别开来，我们又把前三种称为传统仪器。

虚拟仪器是电子计算机技术与现代测量技术深层次结合的产物，是用户在普通PC机上，应用各种软件平台，根据自身的需要，设计和定义的软硬件相结合的一种测量仪器。

利用计算机强大的图形显示功能，建立虚拟仪器的控制面板，用户通过对面板的操作实现对虚拟仪器的操作，就像操作一台普通的测量仪器一样。

1.2虚拟仪器的构成

从构成要素上讲，虚拟仪器主要由计算机，仪器硬件（如数据采集卡）和应用软件构成；

从总线标注上讲，包括有PC-DAQ系统，GPIB系统,VXI系统等。

1.3虚拟仪器的较传统仪器的优势

（1）传统仪器的控制面板只有一个，在这个操作面板上，需要放置各种按钮，容易导致混乱和混淆。

而虚拟仪器可以有多个控制面板，各个面板之间的切换十分方便，使每个面板变得简单，从而提高了操作的正确性和方便性。

（2）虚拟仪器大量用应用软件来替代传统仪器中的硬件，从而使仪器的硬件变得简单。

（3）虚拟仪器使仪器的功能可以有用户自定义，而不是只能由厂家来定义，从而使得仪器更加好用，方便。

（4）由于用软件替代硬件，仪器的更新升级大都只要更新软件，从而使得仪器的升级换代更加迅速，研发周期缩短。

（5）虚拟仪器的发展可与计算机的发展同步，与网络及周边设备同步。

1.4虚拟仪器的现状及发展方向

虚拟仪器的概念最初是由美国国家仪器公司（NationalInstrumentsCorp，简称NI）于1986年提出，NI公司在80年代研制和推出了许多总线系统的虚拟仪器，后来，美国HP公司，Tektronic公司，Racal公司也在此方面有了很多进展。

虚拟仪器在国外发展很快，以NI公司为首的很多公司已经在市场上推出了大量基于虚拟仪器技术的电子仪器产品。

据“世界仪表及自动化”杂志预测，虚拟仪器在21世纪中期将占到仪器市场50%左右的份额。

虚拟仪器在本世纪发展很快，大有取代传统仪器的趋势。

近年来，世界很多公司推出了不少虚拟仪器软件开发平台，使仪器的使用者可以开发组建自己需要的虚拟仪器。

其中，比较具有代表性的是NI公司Labview平台和Labwindows/CVI平台。

相比而言，Labwindows是为熟悉C语言的传统软件开发人员所设计的。

作为一本新兴技术，虚拟仪器在国内尚属于起步阶段，但也初步取得了一些成果。

国内已有几家厂家在开发研制虚拟仪器，在数据处理软件方面做出了一些成就。

比如测量结果的频谱分析，快速傅里叶变换，各种数字滤波器，卷积分析，微积分等。

1.5本论文的主要工作

我国在科学技术方面与世界顶级国家还有一定距离，我国的高档仪器大部分还要依赖进口，这种仪器往往价格昂贵，使用面窄，花很多的外汇只能起到有限的作用，因此，研究虚拟仪器对我国来说具有很重要的意义。

开发虚拟仪器不仅可以实现仪器的自我生产，而且虚拟仪器易于改进，提升性能，通过软件和硬件的更换，还可以实现多方面的用途，大大提高了仪器的性价比。

本论文主要介绍虚拟示波器硬件和软件的开发过程，以及相关数据处理的基础知识。

虚拟示波器主要有硬件和软件两部分构成。

硬件部分主要是普通PC机和数据采集卡；

软件部分则包括了前面板，采集卡驱动程序及相关的应用软件（主要有频谱分析，数字滤波，数据存储和读取，波形显示等）

第二章系统软件的开发平台Labview简介

2.1labview的基本概述

Labview是美国国家仪器公司开发的，基于G语言（GraphicsLanguage）的虚拟仪器开发工具。

其特点是用图形化的符号来代替传统的文本语言，从而达到直观，简洁，易懂的目的。

1992年8月labVIEW2.5实现了从MaCintosh平台到Windows又砰台的移植，从LabVIEW3.0版本开始，LabVIEW作为一个完整优异的图形化软件开发环境得到了工业界和学术界的认可，并开始迅速占领市场，赢得了广大用户的青睐。

它的基本特点是

（1）具有良好的用户接口其用户接口类似于传统仪器的面板，包括按钮、旋钮、图形显示组件、控制组件等。

通过鼠标和键盘向程序输入数据，操作结果由软件在计算机屏幕上生成。

（2）编程方式简单、直观采用图形语一言（G语言）、图标和联机代替文本形式编写程序，是对具体编程问题的图形化解决方案。

（3）具有层次结构和模块化的特点每一个VI可以作为顶层程序，也可以作为其它程序的子程序。

（4）提供程序调试功能程序调试工具包括在源代码中可以设置断点，可以单步执行，也可以启动。

LabVIEW创建虚拟仪器过程

创建虚拟仪器的过程分为四步:

（1）创建前面板。

前面板是图形化用户界面，用于设置输入数值和观察输出量。

它模仿了实际仪器的面