基于VB与PCI1712数据采集卡的虚拟示波器的设计.docx

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基于VB与PCI1712数据采集卡的虚拟示波器的设计

丽水学院

毕业设计（论文）

（2012届）

题目基于VB与研华PCI-1712数据采集卡的虚拟示波器的设计

指导教师

院别

班级

学号

姓名

二〇年月日

摘要

上位软件设计与数据采集是虚拟示波器的主要部分。

使用研华高数采集卡可完成对信号的高速采集与传输。

软件与硬件的通信功能由VB6.0常用控件结合采集卡底层驱动函数与功能控件来实现，并运用DMA触发方式以保证传输速率。

为了能清晰的显示波形，使用中值滤波算法对波形进行滤波，且程序简易。

应用快速傅里叶变换算法解决对波形的频谱分析问题。

目前,此设计已应用到兰州陆军总院骨质疏松治疗仪中的虚拟示波部分。

经过反复试验，运行效果良好。

关键词：

虚拟示波器，PCI数据采集，DMA传输，VisualBasic，滤波，频谱分析.

DesignofVirtualoscilloscopeBasedonVBandPCI-1712DataAcquisitionCard

Abstract:

Softwaredesignanddataacquisitionisthemainpartofthevirtualoscilloscope.UsingYanHuanhigh-speeddataacquisitioncancompletethesignalofhigh-speedacquisitionandtransmission.ThefunctionofSoftwareandhardwarecommunicationcanbeachievedwithVB6.0ActiveXcombinedwithacquisitioncardbottomdrivefunction,theDMAtriggermodecanensurethetransmissionrate.Usethemedianfilteringalgorithmforwaveformfiltering,programissimpleandwaveformdisplayclear.UseFFTforwaveformfrequencyspectrumanalysis.Atthepresent,thisdesignhasbeenappliedtothevirtualoscilloscopepartof.lanzhouarmyinstituteosteoporosis treatmenttherapy.Thepracticeprovesitsoperatingeffectisgood.

Keywords:

Virtualoscilloscope,PCIdataacquisition,DMA transmission,VisualBasic,filtering,spectrumanalyzer.

0引言

在电子测量系统中，示波器是必不可少的电子测量设备。

传统示波器由硬件电路集成，软件固化在硬件中很难修改，且结构复杂，造价高，设备不易维修。

目前，随着集成电路与RAM的高速发展，现代工业测量系统，越来越趋向于软件测试系统，并有了虚拟仪器的概念。

所谓虚拟仪器，就是利用目前种类繁多，功能强大的应用软件通过windows操作平台，并结合板卡底层的驱动函数来实现硬件的部分功能。

本文研究设计的虚拟示波器就是利用这种思想设计完成的，这不但扩展了硬件功能，且具有开发周期短，稳定性高等特点。

1系统硬件结构

如图1为系统硬件的整体设计图。

图1系统硬件结构图

如图1所示，系统的硬件部分主要由计算机，PCI板卡，信号调理电路组成，完成信号的采集、调理、放大、输出等功能。

其中信号的采集是系统硬件的关键部分，使用研华厂家提供的PCI-1712采集板卡来完成。

PCI-1712是一款高速多功能PCI总线数据采集卡。

它有1M转换速度的12位A/D转换器，卡上带有FIFO缓冲器（可存储1KA/D采样值和32KD/A转换数据）。

PCI-1712提供16路单端或8路差分的模拟量输入（也可单端差分混合使用），2路12位D/A模拟量输出通道，16路数字量输出通道，以及3个10MHz时钟的16位多功能计数器通道。

完全满足了本设计的高频率波形输出和高速数据采集的需要。

PCI-1712/1712L是一个即插即用设备，完全符合PCI规格Rev2.1标准。

在安装插卡时，用户不需要设置任何跳线和DIP拨码开关。

实际上，所有与总线相关的配置，比如基地址、中断，均由即插即用功能自动完成。

触发源既可以是模拟量，也可以是数字量。

模拟量触发信号可以由一个专门的输入管脚产生。

信号调理电路就是信号调理辅助电路，通过多路传感器检测各种被测信号的物理量,并从混合信号中提取出待测的微弱信号，再经过功率放大器进行放大。

此时输出的多路信号是已经放大滤波和电平变换后的标准信号，通过采集卡的模拟量输入通道（AI）送入进计算机进行处理。

功率放大器输入端通过端子排ADAM-3968和PCI-1712的模拟量输出通道相连，接受采集卡输出的电压范围为-10-10V，频率在0-1000HZ之间的电压波形信号。

PCI-10168（两端针型接口的68芯SCSI-II电缆,1米和2米）将PCI-1712与ADAM-3968（可DIN导轨安装的68芯SCSI-II接线端子板）连接，这样PCI-1712的68个针脚和ADAM-3986的68个接线端子一一对应，可通过将输入信号连接到接线端子来测试PCI-1712管脚。

2.系统软件部分

软件部分是设计的核心内容，完成信号分析与处理功能，系统在开发方式上采用研华提供的设备底层驱动函数和功能控件，并结合VB6.0常用的一些控件进行设计。

在软件开发之前，将PCI板卡插入PCI插槽内，开机，计算机自动扫描硬件，发现有新的硬件，计算机自动给硬件分配地址，并在硬件资源管理器中可看到有研华板卡的图标，表示计算机已经识别到硬件。

然后安装板卡驱动程序，驱动程序兼容多种编程语言，选择VB进行安装。

安装完成之后，在工具箱内添加板卡的控件，编写程序时就可以调用板卡控件及库函数来对板卡进行控制。

如图2所示为虚拟示波器的操作界面。

图2虚拟示波器操作界面

2.1信号输出的设计

操作界面的左侧部分为信号输出部分，此部分实现的功能是通过数据采集卡的模拟量输出通道，输出电压幅值在-10-10V，频率在0-1000HZ的正弦波、三角波、锯齿波、方波、脉冲波等。

除此之外，用户还可以根据需要，编辑相应的波形输出程序。

在编写代码之前应先加载Adsapi32.lib库文件和Driver.h头文件，并添加相应的ActiveDAQ控件，此部分主要调用AdvAO模拟量输出控件，这些文件中声明了有关常量、变量、DLL函数及相应的结构，在设计中只需按要求使用即可而无需再次定义。

在波形输出界面内，提供了波形种类，及其幅值，频率的选择。

另外还添加了波形输出时间，即用户可根据需要设置波形输出时间。

软件将波形参数记录在TextBox控件内，txtMagnitudeTextBox控件为幅值选择，RaceRateTextBox控件为频率选择。

设置好的波形参数将以变量的形式应用在程序中。

对于AO通道参数使用函数AdvAO的ChannelExportStart属性设定起始通道号，ChannelExportCount属性设置通道数，这两个属性共同决定了输出通道的宽度（这里系统可根据需要扩展多通道同时输出，本系统根据陆军总院的用户需要只使用一路模拟量输出通道。

）。

在参数设置时需要考虑到，板卡的转换速度是1M/S如果选择周期内采样点过多，图形显示会更清晰准确，但是上线频率会受到限制，反之亦然。

综合考虑，系统选择每秒800个采样点，上限频率可达到1000HZ，也可以显示相对较清晰的波形。

程序中波形函数定义的点以一维数组的形式存储在C:

\DocumentsandSettings\Owner\MyDocuments\AoRawdata.dat文件中。

当点击开始输出时，被选通的AO量通将按设置好的参数输出相应波形。

以下为三角波波形输出程序如下：

PrivateSubcmdRun_Click（）’开始输出按钮执行代码

……

AdvAO1.ChannelExportStart=0’设置起始通道编号

AdvAO1.ChannelExportCount=1’设置通道数

AdvAO1.DataPacerRate=CLng（PacerRate.Text）’设置输出频率

b=AdvAO1.SetValueRange（0,LowRange.Text,HighRange.Text）’设置0通道电压范围

……

IfcmbWaveForm.Text="三角波"Then’三角波输出，一个周期800个点，分四段

k=0

Forj=0Tocount/800–1’三角波第一段

Fori=0To200-1

voltage（k）=txtMagnitude.Text*（i/200）+txtOffset.Text*1

k=k+1

Nexti

Fori=200To400–1’三角波第二段

voltage（k）=txtMagnitude.Text*（1-（i-200）/200）+txtOffset.Text*1

k=k+1

Nexti

Fori=400To600-1’三角波第三段

voltage（k）=-txtMagnitude.Text*（（i-400）/200）+txtOffset.Text*1

k=k+1

Nexti

Fori=600To800-1’三角波第四段

voltage（k）=-txtMagnitude.Text*（1-（i-600）/200）+txtOffset.Text*1

k=k+1

Nexti

Nextj

……

b=AdvAO1.ConvertAnalogValueToDigital（voltage,vs,count）’数字型转模拟数据

b=AdvAO1.TransferBulkDataFromMemory（count,vs,-1,1,False）’调用函数输出波形

EndSub

这里只以三角波输出为例，正弦波，方波等常用周期波形的编程算法与此相同。

程序中还设置了各种提示，当输入的参数为空或是超出制定范围时，则使用msgbox函数提示参数设置错误，起到保护硬件设备的作用。

2.2信号采集

如图2所示界面的右侧部分为信号显示部分。

传感器将现场信号经信号调理电路转换为标准的电压信号传送给PCI采集卡。

采集卡先将这些电压量数据存储在板卡自带的缓冲区内，再调用板卡提供的AdvGraph控件显示波形。

具体实现方法如下：

选择一路模拟量输入通道作为信号采集通道，与从信号调理电路转换过来的标准信号相连接。

当触发按钮控件的click事件时，计时器开始计时，并对模拟量输入通道进行初始化。

调用AdvAI函数，设置其ChannelScanStart、ChannelScanCount、DataSampleRate的值来获得模拟量输入的通道号、通道个数及获取FAI方式的采集频率（单位Hz）的参数值。

SetValueRange属性