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虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計與實現(xiàn)
2013-03-04
結(jié)合一個虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計開發(fā)，介紹了虛擬儀器的基本組成，并重點介紹了基于圖形化編程語言LabVIEW的虛擬儀器編程方法與實現(xiàn)技術(shù)。
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)儀器開始向計算機化的方向發(fā)展。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，就是在通用的計算機平臺上定義和設(shè)計儀器的測試功能，使用者操作這臺計算機，就象是在使用一臺專門設(shè)計的電子儀器。
傳統(tǒng)臺式儀器是由儀器廠家設(shè)計并定義好功能的一個封閉結(jié)構(gòu)，它有固定的輸入／輸出接口和儀器操作面板，每種儀器實現(xiàn)一類特定的測量功能，并以確定的方式提供給用戶。從一般的儀器設(shè)計模型看，一種儀器無非是由數(shù)據(jù)采集、分析處理、人機交互和顯示等幾部分功能模塊組成的整體。因此，我們可以設(shè)想在必要的數(shù)據(jù)采集硬件和通用計算機支持下，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)儀器的全部功能，這就是虛擬儀器設(shè)計的核心。
2.1 軟件開發(fā)環(huán)境
虛擬數(shù)字示波器軟件設(shè)計采用了先進的圖形化編程語言工具LabVIEW 5.1 for Windows98／NT。LabVIEW編程的主要特點就是將虛擬儀器分解為若干基本的功能模塊（相當(dāng)于硬件設(shè)計中的集成電路），模塊的引腳代表輸入／輸出接口。編程者可以通過交互式手段，采用圖形化框圖設(shè)計的方法，完成虛擬儀器的邏輯和測量分析功能設(shè)計。圖2是虛擬數(shù)字示波器頻譜分析模塊程序。
由圖2可以看出，LabVIEW程序設(shè)計過程與人們設(shè)計儀器的思維過程十分相近，程序框圖就實現(xiàn)了程序代碼功能，避免了一般程序設(shè)計從框圖構(gòu)思到程序表示的繁瑣。LabVIEW編程的另一個優(yōu)點是將軟件的界面設(shè)計與功能設(shè)計獨立開來，修改人機交互界面無需對整個程序進行調(diào)試，這對設(shè)計像儀器操作面板這樣復(fù)雜的人機界面而言是十分方便的。LabVIEW還為用戶提供了函數(shù)擴展功能，利用LabVIEW中的Code Interface Node（CIN），可以調(diào)用用C等傳統(tǒng)編程語言寫的程序代碼；利用LabVIEW中的Call Library Function可以調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)鏈接庫（.DLL）。總之，LabVIEW 作為圖形化編程語言環(huán)境，為虛擬儀器開發(fā)提供了一種快捷、方便和功能強大的軟件工具。
2.2.3 參數(shù)測量模塊
參數(shù)測量模塊主要模擬HP54603B的參數(shù)測量功能，完成包括Vrms等12個電壓參數(shù)和頻率、周期等7個時間參數(shù)的測量并顯示其測量結(jié)果。
2.3.3 正常顯示、記憶顯示控制結(jié)構(gòu)
由雙功能邏輯驅(qū)動鍵“正常/記憶”控制，缺省為正常顯示。處于正常狀態(tài)時，最多只能顯示A、B兩通道輸入的2個信號的波形；處于記憶狀態(tài)時，最多可以記憶顯示A、B兩通道輸入的17個信號的波形（A通道可記憶顯示16組信號數(shù)據(jù)，B通道只能記憶顯示１組信號數(shù)據(jù)）。在實際應(yīng)用中，記憶顯示功能主要用于測量信號的抖動情況或比較分析兩個以上的信號波形。
本文介紹的虛擬數(shù)字示波器不僅具有一般臺式數(shù)字存儲示波器的功能，而且充分發(fā)揮了微機強大的功能和軟件設(shè)計的靈活性，主要技術(shù)特點表現(xiàn)在：
?（1）采用圖形化編程語言LabVIEW和面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，軟件開發(fā)效率高，可操作性和可維護性好；
?（2）為數(shù)字存儲示波器增加了頻域分析功能；
?（3）充分利用了計算機的存儲與外設(shè)連接的能力，測量結(jié)果和波形可直接打印輸出或通過網(wǎng)絡(luò)共享；
?（4）硬件具有開放性，允許通過升級硬件來提高其性能；
?（5）在相同硬件條件下，可以通過修改或增加軟件模塊，形成新的儀器功能。
虛擬儀器設(shè)計已經(jīng)成為測試與儀器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。隨著高速A／D芯片和電路的進一步集成化，可以設(shè)想在不遠(yuǎn)的將來，一臺安裝有虛擬儀器軟件的標(biāo)準(zhǔn)微機成為一個多功能的測量儀器站，從根本上改變目前專用儀器的研制和生產(chǎn)方式，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在經(jīng)濟效益。來源：示波器 http://vntnorcwa.cn/
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