基于LabVIEW的多功能虛擬示波器設計
2013-03-04
示波器是生產實踐和科學研究中應用十分廣泛的電子測量儀器。目前常用的模擬示波器，外型笨重，功能單一；數(shù)字示波器雖然有一定的功能擴展，但價格昂貴，維護升級成本高，短時間內難以普及應用。隨著計算機技術、信息處理技術和電子技術的發(fā)展，近年來，出現(xiàn)了一種基于計算機和軟件的新型儀器——虛擬儀器。虛擬儀器以計算機為核心，功能由用戶定義和設計，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)。虛擬儀器的關鍵是用軟件來實現(xiàn)硬件的功能，實現(xiàn)“軟件即儀器”。本文應用虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW開發(fā)了一種多功能虛擬示波器，不僅擴展了示波器的分析和計算能力，而且降低了儀器的價格，增強了儀器的通用性，實現(xiàn)了波形顯示、存儲、打印和讀取以及多個測量參數(shù)自動顯示、相位差自動計算等功能。
1 系統(tǒng)硬件設計多功能虛擬示波器結構框圖虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應用軟件兩大部分構成。硬件平臺完成被測信號調理與信號采集，即獲取被測信號。目前較常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PC-DAQ系統(tǒng)）、GPIB儀器測試系統(tǒng)、VXI儀器測試系統(tǒng)。1.1 儀器的結構框圖 多功能虛擬示波器的結構框圖如圖1所示。儀器由調理電路、數(shù)據(jù)采集、計算機等部分組成。調理電路將被測信號調理成-5~5V輸入信號，送數(shù)據(jù)采集卡，轉換成為相應的數(shù)字信號，再由計算機進行相關分析、計算、輸出處理，顯示、打印、保存觀測結果。
1.2 數(shù)據(jù)采集卡
國家自然科學基金（60272051）資助項目，湖南省杰出中青年專家基金（01JZY2101）資助項目多功能虛擬示波器采用美國國家儀器公司（NATIONAL INSTRUMENTS，簡稱NI）的數(shù)據(jù)采集卡PCI－6024E，它支持DMA方式和雙緩沖區(qū)模式，保證了實時信號不間斷采集與存儲。這種數(shù)據(jù)采集卡支持單極性和雙極性模擬信號輸入，采樣速率可達200kb/s，信號輸入范圍分別為－5～＋5V和-10V～10V。提供16路單端／8路差動模擬輸入通道、2路獨立的DA輸出通道、8位24線的TTL型數(shù)字I／O、2個24位20MHz的定時計數(shù)器，
4個模擬輸入范圍等多種功能。該數(shù)據(jù)采集卡支持的操作系統(tǒng)有：Windows 2000/NT/XP/Me/9x、Linux等。使用的軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI等。這些功能使得用戶不僅可以用該卡設計示波器，還可以使用該卡設計數(shù)字萬用表、波形發(fā)生器、邏輯分析儀等，做到一卡多用，為系統(tǒng)的后續(xù)擴充保留余地。
1.3 多功能虛擬示波器功能設計多功能虛擬示波器的設計參考了傳統(tǒng)示波器的功能，并結合虛擬儀器的特點與計算機強大的信息處理能力，在功能上進行了擴展，實現(xiàn)了波形顯示、存儲、打印和時域、頻域參數(shù)自動測量、顯示、查詢以及相位差的自動計算功能。多功能虛擬示波器的主要技術指標：采樣速率：200kb／s采樣位數(shù)：12bits波形顯示模式：雙通道X-Y mode定位標尺：兩個數(shù)據(jù)存儲：硬盤或軟盤2 儀器軟件設計2.1 虛擬儀器軟件開發(fā)工具虛擬示波器軟件設計采用的NI公司的虛擬儀器開發(fā)工具LabVIEW
來源：示波器 http://www.91zenqing.cn/
1 系統(tǒng)硬件設計多功能虛擬示波器結構框圖虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應用軟件兩大部分構成。硬件平臺完成被測信號調理與信號采集，即獲取被測信號。目前較常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PC-DAQ系統(tǒng)）、GPIB儀器測試系統(tǒng)、VXI儀器測試系統(tǒng)。1.1 儀器的結構框圖 多功能虛擬示波器的結構框圖如圖1所示。儀器由調理電路、數(shù)據(jù)采集、計算機等部分組成。調理電路將被測信號調理成-5~5V輸入信號，送數(shù)據(jù)采集卡，轉換成為相應的數(shù)字信號，再由計算機進行相關分析、計算、輸出處理，顯示、打印、保存觀測結果。
1.2 數(shù)據(jù)采集卡
國家自然科學基金（60272051）資助項目，湖南省杰出中青年專家基金（01JZY2101）資助項目多功能虛擬示波器采用美國國家儀器公司（NATIONAL INSTRUMENTS，簡稱NI）的數(shù)據(jù)采集卡PCI－6024E，它支持DMA方式和雙緩沖區(qū)模式，保證了實時信號不間斷采集與存儲。這種數(shù)據(jù)采集卡支持單極性和雙極性模擬信號輸入，采樣速率可達200kb/s，信號輸入范圍分別為－5～＋5V和-10V～10V。提供16路單端／8路差動模擬輸入通道、2路獨立的DA輸出通道、8位24線的TTL型數(shù)字I／O、2個24位20MHz的定時計數(shù)器，
4個模擬輸入范圍等多種功能。該數(shù)據(jù)采集卡支持的操作系統(tǒng)有：Windows 2000/NT/XP/Me/9x、Linux等。使用的軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI等。這些功能使得用戶不僅可以用該卡設計示波器，還可以使用該卡設計數(shù)字萬用表、波形發(fā)生器、邏輯分析儀等，做到一卡多用，為系統(tǒng)的后續(xù)擴充保留余地。
1.3 多功能虛擬示波器功能設計多功能虛擬示波器的設計參考了傳統(tǒng)示波器的功能，并結合虛擬儀器的特點與計算機強大的信息處理能力，在功能上進行了擴展，實現(xiàn)了波形顯示、存儲、打印和時域、頻域參數(shù)自動測量、顯示、查詢以及相位差的自動計算功能。多功能虛擬示波器的主要技術指標：采樣速率：200kb／s采樣位數(shù)：12bits波形顯示模式：雙通道X-Y mode定位標尺：兩個數(shù)據(jù)存儲：硬盤或軟盤2 儀器軟件設計2.1 虛擬儀器軟件開發(fā)工具虛擬示波器軟件設計采用的NI公司的虛擬儀器開發(fā)工具LabVIEW
來源：示波器 http://www.91zenqing.cn/
