基于LABVIEW虚拟示波器的设计 精品.docx

基于LABVIEW虚拟示波器的设计 精品.docx

《基于LABVIEW虚拟示波器的设计 精品.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于LABVIEW虚拟示波器的设计 精品.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于LABVIEW虚拟示波器的设计精品

本科毕业设计论文

题目：

基于LABVIEW虚拟示波器的设计

系别：

电气与信息工程

专业：

测控技术与仪器

摘要

虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。

它推动着传统仪器朝着数字化，智能化，模块化，网络化的方向发展。

本文采用计算机声卡来代替工业用的数据采集卡。

所设计出的虚拟仪器成本低、通用性强，在对采样频率要求不高的情况下，可以用声卡取代数据采集卡进行采样充分利用了价格低廉的声卡进行数据采集。

文章阐述了虚拟仪器的背景、概念、发展、组成等，重点介绍了采用图形化编程软件LABVIEW设计虚拟示波器方法以及它的波形显示、频谱分析、参数显示等功能，最终实现开发一个能够对声音信号进行显示的虚拟示波器。

本文所设计的虚拟示波器经过测试可以对信号正确的采集和显示，达到了本次虚拟示波器的设计要求。

关键词：

虚拟仪器，LABVIEW，示波器

ABSTRACT

Virtualinstrumenttechnologyisnowthecomputersystemandinstrumentationsystemcombiningtheproductoftoday'scomputer-aidedtestingisanimportanttechnologyarea.Itadvancestowardsthetraditionaldigitalinstrumentation,intelligent,modular,network-baseddirection.

Inthispaper,computersoundcardtoreplacetheindustrialdataacquisitioncard.Thedesignofthevirtualinstrument,lowcost,versatility,lessdemandinginthecaseofsamplingfrequencycanbeusedtoreplacethesoundcarddataacquisitioncardtosamplethefulladvantageofthecheapsoundcardfordataacquisition.Paperdescribesthebackgroundofvirtualinstruments,concepts,development,composition,focusingontheuseofLABVIEWgraphicalprogrammingsoftwaredesignmethodanditsvirtualoscilloscopewaveformdisplay,virtualspectrumanalysis,parameterdisplayandotherfunctions,ultimatelyabletodevelopasoundsignalshowsavirtualoscilloscope.

Designedinthispapertestedthevirtualoscilloscopecancaptureanddisplaythecorrectsignal,reachingthesecondvirtualoscilloscopedesignrequirements.

KEYWORDS:

Virtualinstruments,LABVIEW,Oscilloscope

1绪论

1.1虚拟仪器背景

1.1.1虚拟仪器的产生

虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。

它推动着传统仪器朝着数字化，智能化，模块化，网络化的方向发展。

电子测量仪器发展至今，大体上可以分为四代：

模拟仪器、数字化仪器、智能一起和虚拟仪器。

第一代模拟仪器，这类仪器在某些实验室里还能看到，它是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表、晶体管电压表、指针式电流表等。

第二代数字化仪器，这类仪器现在相当普遍，这类仪器将模拟信号的测量值转化为数字信号，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量，如数字万用表、数字频率计等。

第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，可以进行自动测试和数据处理功能，可能代替部分脑力老公，习惯上称为智能仪器。

它的功能模块全部都是以硬件或固定软件的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。

第四代虚拟仪器，它是现在计算机软件技术、通信技术和测试技术高速发展孕育出的一项革命性技术，其导致了传统仪器的结构、概念和设计观点都发生了巨大的变革，它的出现使得人类的测试技术进入了一个新的发展纪元。

1.1.2虚拟仪器的概念

虚拟仪器是指通过应用程序将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面（通常叫做虚拟前面板，简称前面板）来操作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样，从而完成对被测信号的采集、分析、判断、显示、数字存储等。

虚拟仪器以透明的方式，通过软件对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口，把计算机资源（如微处理器、显示器等）和仪器硬件（如A/D、D/A、数字I/O、定时器、信号调理等）的测试能力和控制能力结合起来。

虚拟一起突破了传统仪器以硬件为主体的模式，实际上使用者是在操作具有测试软件的电子计算机进行测量，犹如操作一台虚设的电子仪器。

虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。

软件是虚拟仪器的关键，当基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。

用户可以根据自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用要求。

利用计算机丰富的软、硬件资源，可以大大突破传统仪器的数据的分析、处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。

它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领域，而且还可以用于进行设备的监控以及工业过程自动化。

虚拟仪器还可以广泛用于电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面[1]。

1.1.3虚拟仪器的构成

虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构成分式上讲则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统，或已GPIB，VXI，Serial和Fieldbus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、VXI系统、串口系统和现场总线系统等多种形式[2]。

虚拟仪器的构成如图1-1所示。

图1-1虚拟仪器的结构

1.1.4虚拟仪器的优点

一台性能优良的虚拟仪器不仅可以实现传统仪器的大部分功能，而且在许多方面有传统仪器无法比拟的优点，如使用灵活方便、功能丰富、价格低廉、可一机多用、可重复开发等。

与传统仪器相比虚拟仪器主要有以下几个优点：

（1）融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能。

而且高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置。

（2）利用计算机丰富的软件资源，一方面，实现了部分仪器硬件的软件话，节省了物质资源，增加了系统的灵活性；一方面，通过软件技术和相应的数值算法、实时、直接的对测量数据进行各种分析和处理；另一方面，通过图形用户界面（GraphUserInterface）技术，真正做到界面友好，人机交互。

（3）基于计算机总线和模块化仪器总线，使仪器的硬件实现了模块化、系列化，大大缩小了系统的尺寸，可方便的构建模块化仪器（InstrumentonaCard）。

（4）基于计算机网络技术和接口技术，使VI系统具有方便、灵活的互联能力，广泛支持诸如CAN，FieldBus，PROFIBUS等各种工业总线标准。

因此，利用VI技术可方便的构建自动测试系统（ATS，AutomaticTestSystem），实现测量、控制过程的网络化。

（5）基于计算机的开放式标准体系结构。

虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。

因此，用户可以根据自己的需要选择不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活、效率更高，缩短了系统组建和维修的时间[3]。

1.2虚拟仪器的现状

1.2.1国外虚拟仪器的研究现状

虚拟仪器技术目前在国外发展很快，以美国国家仪器公司（NI公司）为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。

在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言，已作为各大学理工科学生的一门必修课程。

美国的斯福坦大学的机械工程系要求三、四年级的学生在实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。

近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。

最早和最具有影响力的开发软件，是NI公司的LABVIEW软件和Labwindows/CVI开发软件。

LABVIEW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。

Labwindows/CVI是为熟悉C语言的开发人员准备的、在windows环境下的标准ANSIC开发环境，除了上述优秀的开发软件之外，美国HP公司的HP-VEE和HPTIG平台软件，美国Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS软件，以及美国的HEMData公司的Snap-Master平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。

当今虚拟仪器的系统开发采用的总线包括传统的RS232串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线，以及已经被PC机广泛采用的USB串行总线和IEEE1394总线（即Firewire，也叫做火线）。

世界各国的公司，特别是美国NI公司，为使虚拟仪器能够适应上述各种总线的配置，开发了大量的软件以及适应要求的硬件（插件），可以灵活的组建不同复杂程度的虚拟仪器自动检测系统。

虚拟仪器开发商不仅注意使虚拟仪器能够适应各种通用计算机总线系统，使之为虚拟仪器服务，而且也注意建立各种仪器专用的总线系统。

美国NI公司在1997年9月1日推出模块化仪器的主流平台PXI，这是与CompactPCI完全兼容的系统。

这种虚拟仪器模块化主流平台PXI/CompactPCI的传输速度已经达到100Mb/s。

是目前已经发布的最高传输速度[4]。

1.2.2国内虚拟仪器的研究现状

目前主流的虚拟仪器主要是VXI.PX各种计算机总线和总线标准的各种插卡和仪器模块间或有其它总线式的仪器模块，工作方式多是插入各种总线机箱内或直接插入计算机机箱内，少数情况下是独立模块以接口形式接入计算机。

它们多数属于中低频范围，主要是工程应用类仪器设备。

我国VXI总线技术是反映我国目前虚拟仪器水平的一个方面，互联网已经使数据共享进入新阶段，加速了虚拟仪器的新网络技术及远程计算机技术的发展，而这些技术是传统仪器不可能实现的，虚拟仪器很好的利用了互联网的功能，因此可以把来自测量和设计的数据直接发布到网上。

国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统，上海复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学、华中理工大学、四川联合大学等。

近一、两年来这些学校在原有的基础上，又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。

其中，华中理工大学机械学院工程测试实验室将其开发成果在网上公开展示。

四川联合大学的教师基于虚拟仪器的设计思想，研制了“航空电台二线综合测试仪”将8台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统，使用方便、灵活。

清华大学利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，