基于labview的虚拟示波器的设计与实现111

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1、万方数据基于LabVIEW的虚拟示波器的设计与实现刘恩华(江苏信息职业技术学院江苏无锡214061，lT技术摘要：介堪了虚拟仪器的基本概念，绻合虚拟仪器的霞计过程，重点介岛了基于墨彤亿I瞄程语言LabVIEW的虚拟示嵌嚣设计方案与实现方法。关键词：虚拟仪器LabVIEW虚拟示波嚣中图分类号：TP391．6文献标识码：A文章编号11674-098X(2008)07(b)一0024一ol引言虚拟仪器(VirtualInstrument，VI)是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化

2、界面的仪器。用户通过鼠标和键盘操作虚拟仪器软面板的各种“旋钮”进行测试工作，并可以根据不同的测试要求通过窗口切换不同的虚拟仪器，或通过修改软件来改变，增减虚拟仪器的功能与规模。虚拟仪器具有的这种“可开发性”．和“可扩展性”等优越特点使其具有强大的生命力和竞争力。数字示波器是科研和实验室中经常使用的一种通用台式仪器，用于各类简单信号、复杂信号，单次信号和周期信号波形的测量，记录、存储、分析。目前这类仪器加工复杂，价格昂贵。用虚拟仪器技术只需配置必要的通用数据采集硬件，应用图形化编程语言LabVIEW

3、的虚拟编程环境，采用模块化设计方法，可以实现虚拟示波器。1虚拟示波器的实现方案虚拟示波器是由信号调理器、数据采集卡组成的外部采集系统和软件构成的分析处理系统组成。被测信号送到信号调理电路，进行隔离、放大、滤波整流后送数据采集卡进行A／D转换，最后由控制软件对测试信号进行数据处理，完成波形显示，参数测量，频谱分析等功能。虚拟示波器的结构框图如图l所示。2虚拟示波器的硬件体系(1)硬件组成硬件部分主要包括传感器、信号调理电路及数据采集卡。而传感器和信号调理电路针对不同的测试对象有不同的选择和设计。数据

4、采集是硬件部分的核心，主要完成数据采集的控制，数据的读取及数据的转换。它的性能直接影响数据采集的速度和精度。另外，LabVIEW可对NI公司的数据采集卡进行驱动和配置，可充分利用采集卡的性能。(2)数据采集卡数据采集模块采用N’I公司的数据采集卡PCI一6024E，它支持DMA方式和双缓冲区模式，保证了实时信号不间断采集与存储。这种数据采集卡支持单极性和双极性模拟信号输入，采样速率可达200kb／s，信号输入范围分别为一5～+5V和一10V～l0V。提供l6路单端／8路差动模拟输入通道、2路独立的

5、D／A输出通道、8位24线的TTL型数字I／O、2个24位20MHz的定时计数器，4个模拟输入范围等多种功能。数据采集卡通过多路开关、A／D转换新片和数据缓存的几个部件将多通道的模拟信号转换成数字信号并贮存在其缓存中，而计算机通过LabVIEw中的数据采集VI对数据采集卡中的几个部件的运作进行控制，数据采集卡和计算机之I．日l通过计算机总线含通信，交换数据和控制信息。一个多通道波形数据采集的过程一般包括以下几个步骤：(I)数据采集卡有关的采样参数(频率、次数、通道．数据缓存的大小)(2)采样开始，

6、多路开关对采样通道进行一次扫描，每个通道采样一个点。(3)A／D转换。(4)数字信号存到数据缓存。(5)重复2～4，直到采集到了所需的采样次数，全部数据顺序存储到缓存中。(6)从数据采集卡的缓存中读取数据到计算机的内存中。3虚拟示波器的软件体系在硬件环境确定以后，虚拟仪器的功能就完全由软件决定。虚拟示波器主要由软件来完成信号的采集，处理和输出。系统软件包括前面板生成、数据采集、数据处理、波形湿示、参数测量、相位差计算，打印，记录等模块。主程序结构框图如图2所示。(1)数据采集模块设计NI公司提供了

7、完善的数据采集卡设置软件Measurement&Automation，用于连接数据采集卡硬件和计算机软件。虚拟示波器采用了工具DAQ节点(UtilityVIs)。在DataAcquisition子模板中选AnalogInput中的AnalogInputUtilities一>AIWave-formScan．vi节点，能够满足虚拟示波器对数据采集和显示结果控制方面的众多要求。该数据采集节点可以设置设备号、通道、扫描次数，采样点，扫描速率；在触发方面，它有强大的设置功能：5种触发方式，2个触发源可选。可

8、输出所采集数据的扫描周期。(2)数据处理模块设计虚拟示波器数据处理模块具有数据读写．数据存储、信号测量、相位分析、功率测鼍等功能。数据采集后，需进行数字滤波，参数计算、频谱分析等数据处理。根据LabVIEw软件的特点，在编写程序时每一项功能对应一个子程序(SubVl)，通过各子程序的调用与连接来完成数据处理任务。4虚拟示波器程序框图虚拟示波器实现了参数的自动测量，分析．处理功能，节省了测量时间，提高了参数测量的精度，实现r波形、数据的存储和礁示，具有相位差的自动计算与显示功能。虚拟