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基于LabVIEW的多功能虛擬示波器設(shè)計(jì)
2013-03-04
示波器是生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中應(yīng)用十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x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(kuò)展，但價(jià)格昂貴，維護(hù)升級(jí)成本高，短時(shí)間內(nèi)難以普及應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，出現(xiàn)了一種基于計(jì)算機(jī)和軟件的新型儀器——虛擬儀器。虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為核心，功能由用戶定義和設(shè)計(jì)，具有虛擬面板，其測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器的關(guān)鍵是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件的功能，實(shí)現(xiàn)“軟件即儀器”。本文應(yīng)用虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW開(kāi)發(fā)了一種多功能虛擬示波器，不僅擴(kuò)展了示波器的分析和計(jì)算能力，而且降低了儀器的價(jià)格，增強(qiáng)了儀器的通用性，實(shí)現(xiàn)了波形顯示、存儲(chǔ)、打印和讀取以及多個(gè)測(cè)量參數(shù)自動(dòng)顯示、相位差自動(dòng)計(jì)算等功能。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)多功能虛擬示波器結(jié)構(gòu)框圖虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。硬件平臺(tái)完成被測(cè)信號(hào)調(diào)理與信號(hào)采集，即獲取被測(cè)信號(hào)。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(cè)試系統(tǒng)、VXI儀器測(cè)試系統(tǒng)。1.1 儀器的結(jié)構(gòu)框圖 多功能虛擬示波器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。儀器由調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)等部分組成。調(diào)理電路將被測(cè)信號(hào)調(diào)理成-5~5V輸入信號(hào)，送數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)分析、計(jì)算、輸出處理，顯示、打印、保存觀測(cè)結(jié)果。
1.2 數(shù)據(jù)采集卡
國(guó)家自然科學(xué)基金（60272051）資助項(xiàng)目，湖南省杰出中青年專家基金（01JZY2101）資助項(xiàng)目多功能虛擬示波器采用美國(guó)國(guó)家儀器公司（NATIONAL INSTRUMENTS，簡(jiǎn)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(shí)時(shí)信號(hào)不間斷采集與存儲(chǔ)。這種數(shù)據(jù)采集卡支持單極性和雙極性模擬信號(hào)輸入，采樣速率可達(dá)200kb/s，信號(hào)輸入范圍分別為－5～＋5V和-10V～10V。提供16路單端／8路差動(dòng)模擬輸入通道、2路獨(dú)立的DA輸出通道、8位24線的TTL型數(shù)字I／O、2個(gè)24位20MHz的定時(shí)計(jì)數(shù)器，
4個(gè)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(shè)計(jì)示波器，還可以使用該卡設(shè)計(jì)數(shù)字萬(wàn)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(kuò)充保留余地。
1.3 多功能虛擬示波器功能設(shè)計(jì)多功能虛擬示波器的設(shè)計(jì)參考了傳統(tǒng)示波器的功能，并結(jié)合虛擬儀器的特點(diǎn)與計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力，在功能上進(jìn)行了擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了波形顯示、存儲(chǔ)、打印和時(shí)域、頻域參數(shù)自動(dòng)測(cè)量、顯示、查詢以及相位差的自動(dòng)計(jì)算功能。多功能虛擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)：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(biāo)尺：兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：硬盤(pán)或軟盤(pán)2 儀器軟件設(shè)計(jì)2.1 虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具虛擬示波器軟件設(shè)計(jì)采用的NI公司的虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具LabVIEW
來(lái)源：示波器 http://vntnorcwa.cn/
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)多功能虛擬示波器結(jié)構(gòu)框圖虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。硬件平臺(tái)完成被測(cè)信號(hào)調(diào)理與信號(hào)采集，即獲取被測(cè)信號(hào)。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(cè)試系統(tǒng)、VXI儀器測(cè)試系統(tǒng)。1.1 儀器的結(jié)構(gòu)框圖 多功能虛擬示波器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。儀器由調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)等部分組成。調(diào)理電路將被測(cè)信號(hào)調(diào)理成-5~5V輸入信號(hào)，送數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)分析、計(jì)算、輸出處理，顯示、打印、保存觀測(cè)結(jié)果。
1.2 數(shù)據(jù)采集卡
國(guó)家自然科學(xué)基金（60272051）資助項(xiàng)目，湖南省杰出中青年專家基金（01JZY2101）資助項(xiàng)目多功能虛擬示波器采用美國(guó)國(guó)家儀器公司（NATIONAL INSTRUMENTS，簡(jiǎn)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(shí)時(shí)信號(hào)不間斷采集與存儲(chǔ)。這種數(shù)據(jù)采集卡支持單極性和雙極性模擬信號(hào)輸入，采樣速率可達(dá)200kb/s，信號(hào)輸入范圍分別為－5～＋5V和-10V～10V。提供16路單端／8路差動(dòng)模擬輸入通道、2路獨(dú)立的DA輸出通道、8位24線的TTL型數(shù)字I／O、2個(gè)24位20MHz的定時(shí)計(jì)數(shù)器，
4個(gè)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(shè)計(jì)示波器，還可以使用該卡設(shè)計(jì)數(shù)字萬(wàn)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(kuò)充保留余地。
1.3 多功能虛擬示波器功能設(shè)計(jì)多功能虛擬示波器的設(shè)計(jì)參考了傳統(tǒng)示波器的功能，并結(jié)合虛擬儀器的特點(diǎn)與計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力，在功能上進(jìn)行了擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了波形顯示、存儲(chǔ)、打印和時(shí)域、頻域參數(shù)自動(dòng)測(cè)量、顯示、查詢以及相位差的自動(dòng)計(jì)算功能。多功能虛擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)：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(biāo)尺：兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：硬盤(pán)或軟盤(pán)2 儀器軟件設(shè)計(jì)2.1 虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具虛擬示波器軟件設(shè)計(jì)采用的NI公司的虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具LabVIEW
來(lái)源：示波器 http://vntnorcwa.cn/
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