基于虚拟仪器技术的示波器的设计

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1、万方数据第26卷第1期2009年2月华东交通大学学报JournalofEastChinaJiaotongUniversityV01．26No．1Feb．，2009文章编号：1005—0523(2009)05—0047—05基于虚拟仪器技术的示波器的设计杨丰萍1，姜志玲2(1．华东交通大学，江西南昌330013；2．西南石油大学，四川成都610500)摘要：介绍了虚拟仪器的特点及其较传统仪器的优势，并由此设计出基于LabVIEW平台上的多功能虚拟双通道数字示波器．给出了以ADC和DSP为核，心的数据子系统的硬件设

2、计和实现方案．接着详细介绍了虚拟示波器的软件设计．调试结果表明，该示波器的精度、可靠性等性能指标明显优于传统仪器，而且可操作性、可维护性强．关键词：虚拟仅器；示渡器；教字信号处理器；LabVIEW中图分类号：TP2文献标识码：A示波器是一种用途十分广泛的测量仪器，它在科研和工业生产中起着重要的作用．模拟示波器一般频带较宽，功能单一，不能对波形进行存储；数字示波器由于引入了微处理器，弥补了模拟示波器存在的缺陷，但价格昂贵，功能、模式固定，不适应多种用户的需求．由于计算机技术的发展和应用，数字式仪器向虚拟仪器发展已

3、成为仪器发展的趋势．本文基于虚拟仪器思想，充分利用计算机的有利资源和强大的运算处理能力，将传统的分立硬件仪器功能软集成，设计出虚拟示波器系统，该系统简单实用，测试方便，易于共享，可满足多用户的需求．1虚拟示波器原理及结构虚拟仪器(VirtualInstruments，VI)技术是当今计算机辅助测试(CAT)领域的一项重要的新技术．虚拟仪器就是在通用计算机上使用相应软件创建测试仪器，使用户在操作这台计算机时，就像是在操作一台他自己设计的专用电子仪器．在虚拟仪器系统中，硬件是为了解决信号的输入输出，软件才是仪器的关

4、键，任何用户都可通过改写软件，来改变、增减仪器的功能，即“软件就是仪器”．虚拟仪器技术可以将许多信号处理方法应用于测量中，彻底打破了传统仪器的框框．用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，满足多样性需求．具体来讲，虚拟示波器是使用个人计算机及其信号采集接口电路来捕捉信号波形，并通过图形用户界面来模拟示波器的操作面板，完成对信号的测量、测试．虚拟示波器系统包括硬件和软件两部分见图1．硬件由信号调理电路、数据采集电路和计算机组成．测试软件采用图形化编程软件LabVIEW来编写，功能强大且灵活‘¨．信号一圈一罔一

5、网一网信号—◆l调理l—◆l采集l—◆l算l·～l芸是ll电路ll机ll研广rl图1虚拟示波器原理框图收稿日期：2008—03—19作者简介：杨丰萍(1967一)，女，江西萍乡人．教授．万方数据华东交通大学学报2009年本系统中输入信号先通过信号调理电路将其变换为适合采集电路采样的一5V到+5V电压信号，以防止由于输入信号电压过小影响采集精度或输入信号过大导致的信号扭曲．由数据采集电路对调理后的信号进行采样，采样后的数据送人计算机中由虚拟示波器进行分析、存储、显示等．2采集系统的硬件设计数据采集系统，主要由信号

6、调理电路、A／D芯片、D／A芯片、DSP、控制逻辑电路、电源部分、PCI接口电路、电平转换电路等组成如图2所示．信号图2虚拟示波器的硬件电路框图本系统中A／D芯片采用BB公司的ADS7864，芯片为六通道全差分输入的12位A／D转换器，内有两个可同时转换的12位ADC，能以500kHz的采样频率同时进行六通道信号采样．D／A芯片采用BB公司的DAC7512，该芯片是一个低功耗，单信道，12位缓冲电压输出D／A转换器．芯片内含精密输出放大器，使轨对轨输出成为可能，它采用通用的三线串行接口，操作时钟频率高达30MH

7、z，与标准DSP接口兼容．信号的采集由DSP(数字信号处理器)芯片控制，系统中选用了1'I公司的TMS320C5410处理器．该芯片是，11公司于1996年推出的定点数字信号处理器，它运行速度快，处理能力可达到100MIPS．采用多总线技术，一条指令可以同时访问数据和程序空间，具有高度并行性．具有改进型的8位HPI接口，主机通过HPI口可以访问DSP系统任何一个存储器单元。而且外部访问和DSP内部操作相互独立，互不干扰旧J．软件可编程等待状态发生器，可灵活地用不同速度的器件组建系统．片上集成一个16位定时器、六

8、通道直接存储器访问(DMA)控制器、三个多通道缓冲串口(McBSP)，完全满足虚拟示波器数据采集的要求．接El芯片采用PLX公司的PCI9054，它功能强大，接口简单，采用先进的PLX数据流水线结构技术，是32位、33MHz的PCI总线主I／O加速器，有M、C、J三种模式，针对不同的处理器及局部总线特性可选三种模式中的一种．PCI9054具有可选的串行E2PROM接口，本地总线时钟可和