虚拟双踪示波器.docx
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虚拟双踪示波器
虚拟仪器课程设计
说明书
设计题目：
虚拟数字双踪示波器
学院：
电气工程与信息工程学院
专业：
电子信息科学与技术
姓名：
学号：
指导老师：
目录
一、摘要：
3
二、绪论：
4
三、课设任务与要求：
6
四、总体设计原理及思路7
五、模块设计8
六、系统总体程序设计图：
15
七、系统总体调试：
17
八、分析和结论：
19
九、心得体会：
20
十、参考资料：
21
一摘要
双踪示波器主要部分是由示波管，放大器，扫描和触发系统组成，虚拟仪器是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，并利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的计算机仪器系统。
在测试领域中，示波器作为一种应用十分广泛的仪器倍受了人们的青睐。
在实际应用中，常常需要用示波器同时观测多个信号或需要比较同一电路中不同点之间信号的频率、幅值和相位，以及观测电信号通过网络后的相移和失真等情况。
为了对信号进行测量和比较研究，需要把不同信号或同一信号的不同部分同时显示在荧光屏上。
这些都需要在荧光屏上能同时显示几个波形。
为了实现这一目的，通常采用双扫描示波显示、多线显示或多踪显示。
双踪示波器主要应用于测定各种电信号的电压、电流、周期、频率、相位、失真度等参量。
随着各种换能技术的应用与发展，已使得温度、压力、振动。
速度、声、光、磁等非电量的物理量，可以转换为便于观察、记录和测量的电量，并以电子信号形式显示在电子示波器的屏幕上。
二绪论
1.设计背景
随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，测试技术与虚拟仪器在各行各业的应用正引起一场新的革命。
尤其是虚拟示波器在这方面的应用更是倍受青睐。
利用虚拟示波器不仅能实现传统示波器对信号的显示及测试功能，还能扩展信号测试功能，提高测试效率。
电子枪被灯丝加热后发射电子.聚焦极将电子枪发射的电子聚焦为极细的电子束,可使波形显示清晰.加速极上加有较高的正电压,吸引电子脱离电子枪高速运动;显示屏上加有极高的正电压,吸引电子撞击在显示屏面上,使显示屏面涂的荧光材料发光.垂直偏转板和水平偏转板上加有偏转电压,偏转电压的极性和幅值控制电子束撞击显示屏面的位置.当偏转电压跟随输入信号变化时,就可以使电子束在屏面上"画"出信号波形.
双踪示波器具有两路输入端,可同时接入两路电压信号进行显示.在示波器内部,将输入信号放大后,使用电子开关将两路输入信号轮换切换到示波管的偏转板上,使两路信号同时显示在示波管的屏面上,便于进行两路信号的观测比较。
2、虚拟仪器概述及设计依据
虚拟仪器（VirtualInstrument）是基于计算机平台的仪器。
利用其软件和硬件资源，实现比传统仪器更强大的功能。
传统仪器是由仪器厂家设定并定义好功能的一个封闭系统，它有固定的输入P输出接口和仪器操作面板。
计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。
粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓的智能化仪器。
随着计算机功能的日益强大及其体积的日趋缩小，这类仪器的功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。
另一种方式是将仪器装入计算机。
以通用的计算机硬件及操作系统为依托实现各种仪器功能。
虚拟仪器主要是指这种方式。
所谓虚拟仪器就是在通用计算机上选用一组软件和硬件，使得在操作这台仪器时就像使用一台自己设计的专用的传统仪器，操作人员可以通过友好的用户界面来控制仪器的启动、运行和结束，只需要向仪器发布一个测试指令，就可以获得最终的测试结果和信息。
完成对被测信号的数据采集、信号分析、波形显示、故障诊断、数据存储以及控制输出等功能。
3Labview简介
LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是一种图形化的编程语言，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。
LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。
它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。
这是一个功能强大且灵活的软件。
利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
传统文本编程语言根据指令的先后顺序决定程序执行顺序，但LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。
LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。
用户界面在LabVIEW中被称为前面板。
使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。
这就是图形化源代码，又称G代码。
LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图。
LabVIEW尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念。
因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。
它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。
使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件。
三课设任务与要求
1）.课设任务
利用labview8.6和相关NI设备完成如下模块的设计：
1.数据采集模块
2.波形显示模块
3.参数测量模块
4.频谱分析模块
5.数据存储和读取模块
2）.数字双踪示波器要求：
对实时信号进行采集、存储、分析、回放、以及打印，能够进行时域分析与频域分析，分析后得到信号的频率、频率响应等参数，并能完成数据显示，绘制图形，存储和查看测量数据等功能。
四总体设计原理及思路
我们把用LabVIEW实现的一个完整的LabVIEW应用程序成为一个虚拟仪器，称为VI。
所有的VI，它包括前面板、程序框图图以及图标/连结器三部分。
（1）前面板。
前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，前面板直接面向用户，是用户使用虚拟仪器的基本操作面板。
这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制和显示对象。
（2）程序框图提供VI的图形化源程序。
它的功能是对前面板上的控件进行定义、操作和连线以实现虚拟仪器的功能，是LabVIEW程序设计的核心。
在程序框图中存在着对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出。
它包括前面板上的控件和控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。
如果将VI与标准仪器相比较，那么前面板上的东西就是仪器面板上的东西，而流程图上的东西相当于仪器箱内的东西。
在许多情况下，使用VI可以仿真标准仪器，不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其功能也与标准仪器相差无几。
（3）图标/连接器。
VI具有层次化和结构化的特征，一个VI可以作为子程序，这里称为子VI，被其他VI调用。
图标与连接器在这里相当于图形化的参数。
LabVIEW的强大功能归因于它的层次化结构，用户可以把创建的VI程序当作子程序调用，以创建更复杂的程序，而这种调用的层次是没有限制的。
在VI设计过程中，可以利用工具选板、前面板中的控件选板、程序框图中的函数选板进行设计。
这些选板的详细功能及用法通过不断的学习设计VI的过程逐渐地掌握。
数字双踪示波器可分为波形采集、波形显示、波形存储、波形读取、波形分析几大模块，因此，应该先将各个模块的子程序做好并调试成功后，再将各部分连接起来运行调试，如能达到预期要求，就可以完成数字双踪示波器的设计。
五模块设计
1.数据采集及显示模块：
由于本软件没有安装虚拟采集卡，因此，用虚拟信号发生器来模拟两个通道的输入波形。
分别用正弦波、方波、三角波、锯齿波输入示波器，前面用一个选项卡来控制输入的波形类型，在其后的波形图上显示正确，即可完成该模块设计。
数据采集前面板：
数据采集程序框图：
2.数据存储模块
将采集到的数据经过动态数据转换接口后，写入电子表格，加上存储路径，这就完成了波形存储，在前面加上控制开关以及条件框控制是否存储即可。
本测试模块采用输入一个10Hz正弦波在波形图上显示出来，再存入C:
\Users\wyk\Desktop\吴永凯.doc路径中，如果存入该正弦波，则数据存储模块完成。
数据存储前面板：
数据存储程序框图：
3.波形读取模块
本模块用于读取以存储的波形，并正确显示出来。
本次测试将前面存入的波形读取出来，在示波器上显示出来，其路径为C:
\Users\wyk\Desktop\吴永凯.doc。
前面板：
程序框图：
4.参数测量模块：
本模块将输入的波形进行参数分析，具体有幅值、频率、相位、最大值、最小值、标准差、算数平均、方差，用具体的测量模块测量。
测试时输入一个10Hz的正弦波，如在参数测量面板上显示出正确数字，即可完成本模块设计。
参数测量模块前面板：
参数测量程序框图：
5.频谱分析模块
本模块将输入信号的频谱图显示出来，具体是将信号的幅度响应、相位响应、功率谱、功率谱密度图放到示波器上显示。
本次测试是输入一个10Hz的正弦波，如在示波器上看到正确的频谱图，本模块设计完成。
频谱分析前面板：
频谱分析程序框图：
6.波形控制模块：
本模块用于控制波形显示的快慢和幅值范围。
分别用两个旋钮控制示波器x轴和y轴范围，用选择开关控制波形显示。
在示波器上引出两个属性节点，分别为Xmax/min和Ymax/min，将两个旋钮经过计算连入即可。
波形控制前面板：
波形控制程序框图：
六系统总体程序设计图
前面板：
程序框图：
七系统总体调试
1.）CH1:
2V50HZ锯齿波
CH2:
1V85HZ方波
不叠加
谱分析CH1波形
运行结果：
2.）CH1:
2V:
95HZ正弦波
CH2:
1V90HZ三角波
叠加
谱分析CH2波形
运行结果：
将波形存入C:
\Users\wyk\Desktop\吴永凯。
doc中以备后用。
3.）CH1，CH2通道均关闭
读取C:
\Users\wyk\Desktop\吴永凯。
doc中的数据
频谱分析读取后的数据
显示结果为：
八分析和结论：
本文所设计的虚拟示波器是参考通用的双通道台式数字存储示波器而设计的，并对仪器分析和功能上有所扩展。
示波器的各性能指标如下：
采样率：
可调（最大为10KS/s）
分辨率：
12Bit
波形显示模式：
1、2、1&2（即可双通道显示，也可单通道显示）。
时基：
刻度范围（0—100ms/div）
垂直灵敏度：
刻度范围（0—10v/div）
计算并显示信号的均方根，最大值，最小值，方差，频率，相位，幅值
频谱分析：
幅频，相频，功率谱，功率谱密度
数据存储：
电脑硬盘
测试结果显示：
所有结果同时显示本文所设计的虚拟示波器有数据采集模块、数据处理和分析模块、数据显示模块等组成。
采集到的波形直接在虚拟示波器的主面板上显示。
各个模块在主面板上都有相应的按钮对应。
当按下这些按键时，就执行相应的子程序并显示前面板。
采用信号发生模块产生的仿真信号作为输入信号，来验证虚拟示波器系统软件各个模块的可行性。
九心得体会：
经过三周的课程设计，我学到了很多东西。
对于以前不理解的知识，通过实践得到了理解，学会的知识也得到了进一步深化。
这学期开设的虚拟仪器技术课程设计是对虚拟仪器课程的延续，带着对虚拟仪器课程学习的兴趣，我满怀信心的开始了虚拟仪器课程设计。
在本学期的这三周，学院安排我们进行虚拟仪器课程设计。
学习数字双踪示波器的设计，本次课设内容为虚拟数字双踪示波器的设计。
利用Labview软件对数字双踪示波器进行设计。
大约用一周的时间查阅资料，进行知识补充，设计总体方案，任务的分解，然后进行数字示波器前面板的设计，再进行数据采集、波形显示、参数测量、频谱分析模块、最后进行数据存储和读取模块。
这次为期三周的虚拟仪器课程设计，给了我们一个很好的练习平台，我们在缑新科老师的带领下，基本完成了这次课程设计的任务，在课设的过程中，缑新科老师给我了很大的鼓励和帮助，使我们解决了许多遇到的难题。
在此，我想对热心帮助我们的缑老师说声谢谢！
谢谢您对我们的关心和指导。
通过这次课设，我了解了Labview的使用方法，认识到了它的强大功能，它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。
使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
编程非常方便，易学。
在此过程中，老师和同学给了我不少帮助，比如他们把借的的资料给我看，还有一起动脑动手实现了某个困难的操作，这让我深深体会到团队协作的重要性和同学之间友谊的可贵。
十参考资料
1.《LabVIEW程序设计与应用》杨乐平，电子工业出版社，2005
2.《LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计》侯国屏，清华大学出版社，2005
3.《虚拟仪器设计与实践》雷勇，电子工业出版社，2005
4.《LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发》张凯，国防工业出版社，2004
5.《LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发》曹玲芝，北京航空航天大学出版社，2004
6.《数字信号处理教程》（第2版）程佩清，清华大学出版社，2001
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