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虛擬數(shù)字示波器的實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)
2013-02-19
虛擬儀器是９０年代提出的新概念。虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動測試與電子測量儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。所謂虛擬儀器，就是在通用的計(jì)算機(jī)平臺上定義和設(shè)計(jì)儀器的測試功能，使用者操作這臺計(jì)算機(jī)，就象是在使用一臺專門設(shè)計(jì)的電子儀器。
虛擬儀器技術(shù)目前在國外發(fā)展很快，以美國國家儀器公司（NI公司）為代表的一批廠商已經(jīng)在市場上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計(jì)的商品化儀器產(chǎn)品。數(shù)字示波器是在科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的一種通用儀器。下面結(jié)合一個虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)開發(fā)具體介紹虛擬儀器的基本組成和基于圖形化編程語言LabVIEW的虛擬儀器編程方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
１ 虛擬示波器的結(jié)構(gòu)與組成
本虛擬數(shù)字示波器主要由一塊PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡和相應(yīng)的軟件組成。將它們安裝在一臺運(yùn)行Windows95/98/NT的PC機(jī)上（建議配置在PENTIUMⅡ／233以上），即構(gòu)成一個功能強(qiáng)大的可存儲數(shù)字示波器。該數(shù)字示波器操作與顯示主面板如圖1所示。
1.1 數(shù)據(jù)采集卡
PCI總線傳輸速率高?數(shù)據(jù)吞吐量大?是今后數(shù)據(jù)采集板卡設(shè)計(jì)的主流。本設(shè)計(jì)采用的PCI－1200數(shù)據(jù)采集卡是一塊性價比較好的產(chǎn)品，支持DMA方式和雙緩沖區(qū)模式，保證了實(shí)時信號不間斷采集與存儲。它支持單極和雙極性模擬信號輸入，信號輸入范圍分別為－5～＋5V和0～10V。提供16路單端／8路差動模擬輸入通道、2路獨(dú)立的DA輸出通道、24線的TTL型數(shù)字I／O、3個16位的定時計(jì)數(shù)器等多種功能。這些功能使得我們不僅可以用該卡設(shè)計(jì)虛擬示波器，也可以設(shè)計(jì)虛擬函數(shù)發(fā)生器或虛擬計(jì)數(shù)器，做到一卡多用。當(dāng)然，限于經(jīng)費(fèi)條件，我們選擇的PCI－1200卡的采樣速率只能達(dá)到100kS／s，對實(shí)際示波器而言，這遠(yuǎn)不能滿足信號帶寬的要求。目前市場上采樣速率達(dá)200MS／s的PCI數(shù)據(jù)采集卡已有成熟產(chǎn)品，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)高帶寬的虛擬示波器不存在問題。實(shí)際測量時輸入信號通過BNC接頭從輸入端子進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集。
1.2 儀器功能
本虛擬數(shù)字示波器設(shè)計(jì)參考了HP公司的雙通道臺式數(shù)字存儲示波器HP54603B的功能，并在儀器分析和處理功能上有所擴(kuò)展。儀器主要功能包括：雙通道信號輸入、觸發(fā)控制、通道控制、時基控制、波形顯示、參數(shù)自動測量、頻譜分析、波形存儲和回放等。本虛擬數(shù)字示波器還提供網(wǎng)絡(luò)接口，允許通過TCP／IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)儀器共享或遠(yuǎn)程控制。表1是本虛擬數(shù)字示波器與HP54603B的功能對照表。
由表1可以看出，除了由于經(jīng)費(fèi)原因使得所選數(shù)據(jù)采集卡采樣速率低于HP54603B外，本虛擬示波器在顯示、測量、分析、存儲和外部連接等方面的功能都不低于甚至高于HP54603Bhttp://www.91zenqing.cn/
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