完美升级版基于LabVIEW的虚拟示波器的设计毕业论文设计.docx

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完美升级版基于LabVIEW的虚拟示波器的设计毕业论文设计

基于LabVIEW的虚拟示波器的设计

毕业论文

摘要

虚拟仪器是现代测量技术和计算机技术相结合的产物，标志着自动测试与电子测试仪器领域技术发展的一个崭新方向．随着信息技术和计算机技术的高速发展，数字信号处理作为一门新兴的学科，其重要性日益在各个领域的应用中体现出来。

本文介绍了利用LabVIEW图形编程语言进行虚拟仪器开发的方法，设计了一种基于PC机声卡的虚拟示波器，说明了虚拟仪器在现代测试领域中的重要地位以及其广阔的发展前景．从某种意义上说，“软件就是仪器”。

关键词　LabVIEW,虚拟仪器，示波器

ThedesignofvirtualwavedisplayerbasedonLabVIEW

Abstract

Virtualinstrumentistheproducethatmergesthecomputertechnologyandmeasurementtechnique．Itstandsforabrandnewdevelopmentdirectoryinthefieldofauto-measurementandelectronicmeasurement。

Withtherapiddevelopmentofinformationtechnologyandthecomputertechnology,thedigitalsignalprocessingtakesanemergingdiscipline,itsimportancedisplaysdaybydayineachdomainapplication.Thisarticleintroduceshowtodevelopvirtualinstrumentsusinggraphprogramminglanguage-LabVIEW,designsavirtualsignaldisplayerbasedonPCandexplainstheimportantpartandwidedevelopmentprospectsofvirtualinstrumentinmodernmeasurementtechniquefield．Inasense,“Thesoftwareisaninstrument”.

Keywords　LabVIEW,virtualinstrument

第1章绪论1

1.1虚拟仪器的概述1

1.1.1什么是虚拟仪器1

1.1.2虚拟仪器的构成2

1.1.3虚拟仪器的优点3

1.1.4虚拟仪器的发展现状4

1.1.5虚拟仪器的发展趋势4

1.2图形化编程语言LabVIEW4

1.2.1什么是LabVIEW5

1.2.2LabVIEW的主要特点5

1.2.3LabVIEW调试与运行6

第2章示波器的原理7

2.1模拟示波器7

2.1.1示波器的基本结构7

2.1.2示波器的扫描原理8

2.2数字示波器9

2.2.1数字示波器的基本原理9

2.2.2数字示波器的特点11

2.3虚拟示波器12

第3章系统的硬件设计14

3.1声卡14

3.1.1声卡的工作原理14

3.1.2声卡的基本结构14

3.2硬件设置16

3.2.1实验中声卡的参数设置16

3.2.2虚拟示波器中声卡的连接方式16

3.3前置运算电路17

第4章系统的软件设计18

4.1虚拟示波器工作流程图18

4.2数据采集模块18

4.3频谱分析模块22

4.4数据测量和显示模块23

第5章系统调试与程序显示25

5.1虚拟示波器性能25

5.1.1程序设计思路25

5.1.2虚拟示波器操作界面25

5.1.3虚拟示波器总程序框图26

5.2虚拟示波器波形显示27

结论30

致谢31

参考文献32

附录34

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第1章绪论

1.1虚拟仪器的概述

虚拟仪器是计算机技术和传统的仪器仪表技术相结合的产物,它是在以计算机为核心的硬件平台上,由用户设计和定义其功能,具有虚拟面板.虚拟仪器技术具有高效、易用、开放、灵活、更新快、功能强大、性价比高、用户定义等诸多优点.目前在我国应用的虚拟仪器开发平台主要有美国NI公司的LabVIEW及其相应组件和Agilent公司的HP-VEE,其中NI的LabVIEW系列产品在我国使用比较广泛.LabVIEW是当前用于数据采集、信号处理和虚拟仪器开发的一个标准工具,而且是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具,设计者可利用它方便快捷地建立自己的虚拟仪器程序而无需复杂的程序代码编写.它适用于多种操作系统,用LabVIEW设计的虚拟仪器程序可以脱离LabVIEW开发环境,最终用户看见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板

1.1.1什么是虚拟仪器

所谓虚拟仪器，就是在通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。

使用者用鼠标点击虚拟面板，就可操作这台计算机系统硬件平台，就如同使用一台专用测量仪器一样。

虚拟仪器的“虚拟”二字主要包含以下两个方面的含义：

第一，虚拟仪器的面板是虚拟的。

虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。

如由各种开关、按键、显示器等实现仪器电源的：

“通”、“断”；被测信号的“输入通道”、“放大倍数”等参数的设置；测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。

传统仪器面板上的器件都是“实物”，而且是由“手动”、“触摸”、来进行操作的，而虚拟仪器面板控件是外形与实物相象的“图标”，每个图标的“通”、“断”、“放大”等，对应着相应的软件程序。

这些软件已经设计好，我们只需选用代表该种软件程序的图形“控件”即可。

因此，设计虚拟仪器前面板,就是在前面板设计窗口中摆放所需的图标，然后对图标的属性进行设置。

第二,虚拟仪器测量功能是通过对图形化软件流程图的编程来实现的。

以PC计算机为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器的功能的。

因为可以通过不同测试功能软件模块的组合来实现多种测试功能，所以，在硬件平台确定后，就有“软件就是仪器”的说法。

1.1.2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。

虚拟仪器的构成如图1.1所示。

图1.1虚拟仪器构成图

第一，基于数据采集卡的虚拟仪器,是以信号调理电路、数据采集卡（DAQ）及PC机为仪器硬件平台,采用PCI或ISA计算机总线,将DAQ直接插入PC机的相应标准的总线扩展插槽,因此,这种虚拟仪器又叫PCI-DAQ/PCI插卡式虚拟仪器。

　　第二，基于串行总线仪器的虚拟仪器,是由Serial标准总线仪器及PC机为仪器硬件平台,包括符合RS-232/RS422标准的PLC和单片机系统。

　　第三，基于通用接口总线GPIB接口的虚拟仪器,是以GPIB接口仪器、GPIB接口卡及PC机为仪器硬件平台,GPIB仪器具有独立的仪器操作界面,可以脱离计算机使用,也可以通过标准GPIB电缆连接计算机实施程序控制。

　　第四，基于VXI仪器的虚拟仪器,是以VXI（VMEbusextensionforinstrumentation）标准总线仪器模块及PC机为仪器硬件平台,由主机箱、控制器和仪器模块构成。

VXI控制器包括嵌入式PC控制、嵌入式工作站控制器和外置工作站控制器,可根据测试功能的不同要求来选用。

　　第五，基于PXI仪器的虚拟仪器,它是以PXI（PCIextensionforinstrumentation）标准总线仪器模块及PC机为仪器硬件平台,PXI总线方式是在PCI总线内核技术上增加多板同步触发总线和参考时钟技术规范和要求形成。

标准的PXI模块化仪器系统有8个插槽,还可与CompactPCI交互操作,可与GPIB或VXI集成,组成大规模、多用途系统。

第六，基于现场总线设备的虚拟仪器,是以Fieldbus标准总线仪器及PC机为仪器硬件平台。

　　无论上述哪种形式的虚拟仪器，都是通过应用软件将仪器的模块化功能硬件与各类计算机相结合的,其中基于GPIB、VXI、PXI的方案主要适合构成大型高精度集成测试系统；PCI-DAQ/PCI、串行口方案主要适合构成普及型的廉价测试系统；现场总线方案主要适合构成大规模的网络测试系统。

如测试任务需要,也可将上述几种方案结合构成混合测试系统。

1.1.3虚拟仪器的优点

1.性能高。

虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全"继承"了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能卓越的处理器和文件I/O，使用户在数据高速导入磁盘的同时，就能实时进行复杂的分析。

此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。

2.扩展性强。

得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进用户的整个系统。

在利用最新科技的时候，用户还可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加快产品上市时间。

3.开发时间少。

在驱动和应用两个层面上，高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通信方面的最新技术结合在一起。

NI设计这一软件架构的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使用户轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

4.集成。

虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。

随着产品在功能上不断趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。

虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。

1.1.4虚拟仪器的发展现状

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.

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。

传统仪器有复杂的工艺问题和知识产权问题，发达国家的传统仪器市场已具有相当规模。

而虚拟仪器是一个全新的领域，大力发展虚拟仪器技术可以略过传统仪器的发展阶段，迅速进入虚拟仪器发展阶段，与国外大公司处于同一起跑线，形成跨越式发展。

目