實驗室虛擬數(shù)字示波器設(shè)計

1、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢 業(yè) 論 文（設(shè)計） 題 目： 實驗室虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計姓 名： 呂友東學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)： 電氣工程及其自動化班 級： 2011.02 學(xué) 號： 20112478指導(dǎo)教師： 佟春明2015年 06月16日畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（設(shè)計）

2、作者簽名： 日期： 年 月 日畢業(yè)論文（設(shè)計）版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文（設(shè)計）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計）或與該論文（設(shè)計）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 II目錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc42

3、3946181 摘 要 PAGEREF _Toc423946181 h I HYPERLINK l _Toc423946182 Abstract PAGEREF _Toc423946182 h II HYPERLINK l _Toc423946183 1緒論 PAGEREF _Toc423946183 h 1 HYPERLINK l _Toc423946184 1.1課題研究背景及意義 PAGEREF _Toc423946184 h 1 HYPERLINK l _Toc423946185 1.2虛擬儀器的概述 PAGEREF _Toc423946185 h 2 HYPERLINK l _Toc

4、423946186 1.3 虛擬示波器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc423946186 h 3 HYPERLINK l _Toc423946187 1.4 課題的主要任務(wù) PAGEREF _Toc423946187 h 4 HYPERLINK l _Toc423946188 2 虛擬示波器的基本原理 PAGEREF _Toc423946188 h 5 HYPERLINK l _Toc423946189 2.1 通用示波器 PAGEREF _Toc423946189 h 5 HYPERLINK l _Toc423946190 2.2 數(shù)字示波器 PAGEREF _Toc42394619

5、0 h 6 HYPERLINK l _Toc423946191 2.3 虛擬示波器 PAGEREF _Toc423946191 h 7 HYPERLINK l _Toc423946192 3 LabVIEW編程環(huán)境介紹 PAGEREF _Toc423946192 h 9 HYPERLINK l _Toc423946193 3.1 LabVIEW 簡介 PAGEREF _Toc423946193 h 9 HYPERLINK l _Toc423946194 3.2 LabVIEW 程序的基本組成 PAGEREF _Toc423946194 h 9 HYPERLINK l _Toc423946195

6、 3.3 LabVIEW模板 PAGEREF _Toc423946195 h 10 HYPERLINK l _Toc423946196 3.4 子VI的創(chuàng)建和調(diào)用 PAGEREF _Toc423946196 h 11 HYPERLINK l _Toc423946197 4 虛擬示波器的設(shè)計方案 PAGEREF _Toc423946197 h 13 HYPERLINK l _Toc423946198 4.1 總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc423946198 h 13 HYPERLINK l _Toc423946199 4.2 各模塊具體設(shè)計步驟 PAGEREF _Toc423946199

7、 h 15 HYPERLINK l _Toc423946200 4.3 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc423946200 h 26 HYPERLINK l _Toc423946201 5 結(jié)論 PAGEREF _Toc423946201 h 28 HYPERLINK l _Toc423946202 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc423946202 h 29 HYPERLINK l _Toc423946203 致謝 PAGEREF _Toc423946203 h 30實驗室虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計摘 要虛擬儀器的設(shè)計觀念不同于傳統(tǒng)的儀器設(shè)計概念,原來要求由硬件來完成的功能,現(xiàn)都可以由軟件仿真

8、來實現(xiàn)。 本次設(shè)計的虛擬示波器全部由軟件編程完成,其原理參考的是通用的雙通道數(shù)字存儲示波器，并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了數(shù)據(jù)分析和處理功能。設(shè)計過程采用模塊化的設(shè)計思路,每個功能都有由一個子VI模塊完成,主要包括信號發(fā)生、通道選擇、濾波器濾波、頻譜分析、時間調(diào)節(jié)、幅值調(diào)節(jié)、參數(shù)測量共七個模塊。整個設(shè)計過程中所用到的軟件工具是美國 NI公司的 LabVIEW2012。關(guān)鍵詞: 虛擬儀器；數(shù)字示波器；LabVIEWDesign of Virtual Digital Oscilloscope in LaboratoryAbstractThe new theory, method and fields of t

9、he test and the new structure of instrument drove test and control instrumentVirtual Instrument() based on computer have got development. Virtual instrument have changed the notion of traditional instrument design, which makes the parts are realized by software which were completed by hardware, and

10、has obvious technical advantages in intelligence, processing and maneuverability.This article mainly completes software component, the virtual oscilloscope is the principle of the oscilloscope refers the universal double channel digital storage oscilloscope, then expands the instrument analysis and

11、processing function. The development tools of the whole development process are LabVIEW2012 of American NI company. Key Words：Virtual Instrument;Digital Oscilloscope;LabVIEW青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1緒論1.1課題研究背景及意義1.1.1課題研究背景由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在越來越多的領(lǐng)域里都會用到電子測量技術(shù)。傳統(tǒng)電子測量儀器是用來測量電量或非電量的儀器設(shè)備，近年來也發(fā)展的相當(dāng)迅速，數(shù)字萬用表、數(shù)字示

12、波器等都是傳統(tǒng)儀器的代表。這些傳統(tǒng)儀器被廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)生產(chǎn)生活，軍事國防，教育科研等領(lǐng)域，在電子工業(yè)有著至關(guān)重要的作用。然而傳統(tǒng)儀器也有著很多自身的局限性。比如機(jī)械操作方式式，在自動控制越來越普及的大環(huán)境下，這樣的儀器使用很不方便.而且也不能很好的與其他設(shè)備進(jìn)行資源的共享；制造成本高，嚴(yán)重的影響了設(shè)備的更新?lián)Q代，造成設(shè)備缺乏和陳舊。由于現(xiàn)代科技技術(shù)的高速發(fā)展，勢必會對電子測量技術(shù)的要求不斷高。在這樣的趨勢下傳統(tǒng)儀器越來越不適應(yīng)時代發(fā)展對測量設(shè)備的要求了，因此傳統(tǒng)的測量設(shè)備終將被其它更新更好的技術(shù)所代替。計算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展引領(lǐng)了世界第五次信息技術(shù)的革命使得現(xiàn)代電子測量技術(shù)朝著智能化、自動化、數(shù)

13、字化方向發(fā)展。并且在數(shù)據(jù)傳輸速率、設(shè)備的可擴(kuò)展性等方面有了巨大的提高。虛擬儀器是全新概念的儀器，其設(shè)計理念是對傳統(tǒng)測量儀器的一種值得飛躍。是傳統(tǒng)儀器與計算機(jī)設(shè)備的一種有機(jī)的結(jié)合。虛擬儀器開辟了電子測量領(lǐng)域的一個新紀(jì)元。我國的虛擬儀器的研發(fā)制造起步比較晚，因此像高性能的數(shù)字存儲示波器、功率分析儀等先進(jìn)設(shè)備，主要從國外進(jìn)口。這些高科技設(shè)備的加工工藝復(fù)雜，研發(fā)制造成本高，然而，如果利用虛擬儀器技術(shù)，我們就可以只采購那些必須的儀器的硬件設(shè)備，而自己利用工具軟件來設(shè)計性價格比高的先進(jìn)儀器系統(tǒng)。1.1.2 研究意義示波器一直以來都是實驗教學(xué)和科學(xué)科研中經(jīng)常用到的測量觀測設(shè)備。然而，臺式示波器的研發(fā)周期長，

14、制作工藝復(fù)雜，造價高昂。但是用虛擬軟件編程設(shè)計的虛擬示波器可以很好的突破這些缺點和不足，不僅能實現(xiàn)臺式示波器的全部實驗功能，而且還能對其進(jìn)行功能擴(kuò)展，比如添加數(shù)據(jù)的存儲、分析、波形回放、鏈接網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等新的功能。并且用戶在使用虛擬示波器時，可以節(jié)約購買儀器的成本，設(shè)備操作更加方便，而且儀器功能更加齊全。1.2虛擬儀器的概述虛擬儀器（Virtual Instrument ）的出現(xiàn)是測量儀器領(lǐng)域的一個重大突破，它從根本上改變了傳統(tǒng)儀器的設(shè)計制造觀念，從根本上更新了測量儀器的，帶給人們一個全新的測量儀器的概念。由于虛擬儀器本身的優(yōu)點因此虛擬儀器將是未來儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大趨勢同時也代表著測量儀器

15、發(fā)展方向和潮流。1.2.1 虛擬儀器的含義虛擬儀器是在計算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出的軟件儀器，是當(dāng)代計算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)儀器設(shè)計相結(jié)合的產(chǎn)物。一般而言，電腦和儀器之間結(jié)合方式有兩種：第一種是把儀器作為核心部分，將軟件系統(tǒng)植入儀器之中；第二種把電腦作為核心，將儀器所功能裝入電腦或工控機(jī)中，通過電腦來實現(xiàn)各種儀器功能。目前的虛擬儀器設(shè)計概念就是使用第二種方式。1.2.2虛擬儀器的優(yōu)點與傳統(tǒng)儀器相比較虛擬儀器具用有4個優(yōu)點。第一，不強(qiáng)調(diào)物理上的實現(xiàn)形式。虛擬儀器的功能是通過軟件編程來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制，數(shù)據(jù)分析處理及數(shù)據(jù)的顯示這三部分功能。其充分利用計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，在電腦硬件的基礎(chǔ)上，用軟件來完成

16、數(shù)據(jù)的采集、分析和處理以及測試結(jié)果的顯示等功能，通過軟硬件的配合來實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能；第二，在虛擬儀器內(nèi)部實現(xiàn)資源共享。它完全顛覆了以往由廠家定義儀器功能的傳統(tǒng)制造方式，而是變由用戶自己來根據(jù)個人需要來定義儀器功能。通過不同的編程軟件編程可以在相同的硬件基礎(chǔ)上制作完全功能不同的測量儀器；第三，圖形化的軟件面板。虛擬儀器沒有用到傳統(tǒng)儀器的操作面板，而是利用電腦本身強(qiáng)大的圖形編輯能力，采用可視化的圖形編程語言，在電腦屏幕上建立圖形化的操作面板來替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。軟件面板上具有與實際儀器相似的開關(guān)，轉(zhuǎn)盤，顯示等控件。用鼠標(biāo)或鍵盤對操作軟面板進(jìn)行操作。第四，擁有巨大的數(shù)據(jù)記錄容量；自動化的測

17、試過程；用戶可以自定義分析方式和接口；可擴(kuò)展的工程函數(shù)庫；自動生成測試運行報告；高品質(zhì)的打印功能等。1.2.3 虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器可以由多種接口或具有這些接口的儀器，來連接構(gòu)成被測控對象的計算機(jī)。虛擬儀器的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡計算機(jī)是由硬件和軟件構(gòu)成的。因為虛擬儀器是以電腦或工控機(jī)為依托的，因此，虛擬儀器也是由硬件和軟件兩部分組成。虛擬儀器的結(jié)構(gòu)有硬件基礎(chǔ)和軟件程序兩部分構(gòu)成。GPIB接口儀器VXI接口儀器計算機(jī)工控機(jī)測控對象圖像采集儀器串行口儀器并行口儀器其他接口設(shè)備圖1-1虛擬儀器結(jié)構(gòu)構(gòu)成虛擬儀器的硬件成分是計算機(jī)的周邊電路，與電腦一同形成了虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)，是應(yīng)用

18、軟件運行的物質(zhì)保障；應(yīng)用軟件是虛擬儀器的核心，在硬件基礎(chǔ)確定以后，軟件通過不同功能模塊的組合構(gòu)成多種儀器，賦予系統(tǒng)不同功能，以實現(xiàn)不同的測量功能。1.3 虛擬示波器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀示波器一直以來都是電子行業(yè)應(yīng)用最廣泛的測量儀器之一，小到日常教學(xué)實驗，大到國家科學(xué)研究，等電子行業(yè)的方方面面示波器都被廣泛應(yīng)用。由于當(dāng)代計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和不斷成熟以及各種高新技術(shù)的不斷面世，特別是虛擬儀器這一新的測量儀器設(shè)計概念的產(chǎn)生，使得示波器突破了傳統(tǒng)的束縛，在制作工藝以及使用方法和功能等方面發(fā)生了革命性性的變化。虛擬儀器技術(shù)目前在國外發(fā)展相當(dāng)迅速，美國的各大高校都把它和圖形編程語言作為理工科學(xué)生的必修課程。近

19、年來，各個國家的虛擬儀器公司都開發(fā)了很多軟件開發(fā)平臺，以便不同的用戶利用公司提供的開發(fā)軟件平臺制作自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并編制測試軟件。在虛擬儀器市場上具有代表性的企業(yè)是美國國家儀器公司（NI公司）。他們已經(jīng)在市場上推出了各種各樣基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計的設(shè)備儀器。比較有影響力和代表性的開發(fā)軟件有NI公司的LABVIEW軟件和LAB WINDOWS/CVI軟件。 國內(nèi)對虛擬示波器的研究相對較晚，但是現(xiàn)在國內(nèi)的許多企業(yè)也已經(jīng)設(shè)計出許多品種的虛擬示波器。虛擬示波器的研究在我國的研發(fā)具有很大的顯示意義，其有利于提高我國儀器設(shè)計制造的整體水平，節(jié)省新儀器的開發(fā)成本和費用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)技

20、術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和各種軟件的不斷產(chǎn)生，我國的虛擬儀器的研發(fā)和制造水平也一定會有一個質(zhì)地飛躍。1.4 課題的主要任務(wù)1.4.1設(shè)計的主要內(nèi)容本次設(shè)計的實驗室虛擬示波器主要用于實驗室教學(xué)研究，其主設(shè)計要求有信號采集、參數(shù)測量、濾波和波形存儲、頻譜分析和讀取子VI等功能。本次設(shè)計沒有硬件采集系統(tǒng),主要是采用內(nèi)部模塊產(chǎn)生模擬信號進(jìn)行信號仿真，再由各模塊的軟件設(shè)計對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析、處理最后顯示結(jié)果。 1.4.2資料、數(shù)據(jù)、技術(shù)水平等方面的要求 （1）查閱有關(guān)Labview及虛擬儀器的資料。 （2）查閱信號采集、信號處理的相關(guān)知識。 （3）形成完整的具有存儲功能地虛擬數(shù)字示波器。（4）完成

21、條理清晰，語言流暢地畢業(yè)論文。 2 虛擬示波器的基本原理示波器就是利用電子束映射在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，這樣可產(chǎn)生比較小的光點。而這種電子束是由狹窄的、高速的電子組成的，其實示波器就是把人類眼睛看不見的電信號轉(zhuǎn)換成能看得見的圖像的設(shè)備。2.1 通用示波器2.1.1 通用示波器的組成通用示波器由3部分組成，分別為主機(jī)，X系統(tǒng)，Y系統(tǒng)。主機(jī)由電子示波管及其控制部分組成。示波管是一種特殊的電子管也是示波器主要的組成部分，在示波器中有著非常重要的作用，它由電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏組成。電子槍用來產(chǎn)生高速的電子流，電子流打在熒光屏使其產(chǎn)生亮光，便于人們觀察；偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由相互垂直的兩個平行金屬板組成，分別控制

22、電子束在水平方向和垂直方向的運動，其偏轉(zhuǎn)的工作模式是靜電偏轉(zhuǎn)式。Y信道也就是垂直（Y軸）放大電路，因為示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度較低，所以，輸入的被測信號要由Y信道的放大作用才能用來控制電子束在Y方向的偏轉(zhuǎn)。其主要由衰減器、倒相放大器、探極、延遲線、前置放大器等幾個部分。X信道也就是水平（X軸）放大電路。它主要作用是產(chǎn)生一個隨時間線形變化的鋸齒波電壓。將這個鋸齒波電壓放大到足夠的幅度，再把這個電壓值加到水平偏轉(zhuǎn)板，這樣可以讓得到的波形圖在水平方向上有合適的大小。其X信道應(yīng)包括觸發(fā)電路、事基發(fā)生器、放大器等幾個部分。以此來獲得穩(wěn)定的波形。2.1.2 通用示波器的工作原理示波器的簡易工作原理如圖2-1所示

23、。“Y”端接收到信號后，信號經(jīng)衰減器衰減到合適值后送至放大器進(jìn)行放大。延遲一段時間后送至放大器Y2。放大后生成垂直方向地控制信號，加在Y軸偏轉(zhuǎn)板上使其電子束產(chǎn)生在Y方向的偏轉(zhuǎn)力實現(xiàn)電子束垂直方向的偏轉(zhuǎn)。為了獲得完整地穩(wěn)定波形，將Y信道第一次放大后地信號送到X信道觸發(fā)電路中產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，啟動時基發(fā)生器來產(chǎn)生時間掃描電壓。掃描電壓經(jīng)X信道放大器放大后，形成水平偏轉(zhuǎn)控制信號，將這個信號加到X軸偏轉(zhuǎn)板上。Z軸系統(tǒng)用于放大掃描電壓正程，并且轉(zhuǎn)化為矩形的正向電壓波，這樣顯示的波形圖像才有一定的亮度，并且在掃描回程中擦除舊的波形圖像。圖2-1 示波器簡化方框圖2.2 數(shù)字示波器數(shù)字示波器（Digital O

24、scilloscope）在設(shè)計制造和維修電子設(shè)備中不可缺少地電子測量設(shè)備。它具有波形發(fā)生、波形顯示、波形分析、參數(shù)測量、信號存儲等功能，使其越來越受到廣大工程師的喜愛。數(shù)字示波器主要分為三類，分別為數(shù)字熒光示波器、數(shù)字存儲示波器、混合信號示波器。圖2-2 數(shù)字示波器組成框圖數(shù)字示波器的組成結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。信號經(jīng)Y輸入到前置放大后送至數(shù)據(jù)采集與A/D裝換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，一串?dāng)?shù)據(jù)流就此產(chǎn)生，寫入隨機(jī)存儲器RAM中。R/W控制著RAM的讀寫操作模式，當(dāng)R/W=0時，RAM進(jìn)行寫操作；當(dāng)R/W=1時，進(jìn)行讀操作。RAM進(jìn)行寫操作時，RAM地址選擇器將寫地址輸出做為RAM地址；讀操作時，把讀地址輸出

25、做為RAM地址。在收到來自觸發(fā)放大器的觸發(fā)信號后控制邏輯電路就啟動一次寫入數(shù)據(jù)循環(huán)，同時寫地址地計數(shù)器開始工作產(chǎn)生計數(shù)。產(chǎn)生的計數(shù)將依次地址值送至存儲器，用來保證每組的數(shù)據(jù)都能保存到相應(yīng)的存儲單元中。存儲器中存儲的各數(shù)據(jù)都以各自的固定速度不斷讀出i地值而不管數(shù)據(jù)是以何種速度寫入存儲器。在讀出數(shù)據(jù)時信號將經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器送至Y的偏轉(zhuǎn)極板，以此來顯示Y的信息。2.3 虛擬示波器2.3.1 虛擬示波器組成虛擬示波器由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件部分通常是指計算機(jī)的周圍地外設(shè)硬件部分。計算機(jī)可以是個人電腦、工控機(jī)臺或?qū)I(yè)工作站等。周圍外設(shè)可以選擇GPIB、Vn、PXI等其他系統(tǒng)，或者是由兩種或兩種以上

26、系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)；軟件由示波器驅(qū)動器、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件三個層次組成。驅(qū)動程序是控制通信的一種軟件用來處理與特定儀器的通信功能。虛擬示波器的核心部分是示波器驅(qū)動器與通信接口及開發(fā)環(huán)境的聯(lián)系，這些方便的幫助使用者完成更好的使用示波器。示波器驅(qū)動器實現(xiàn)應(yīng)用軟件與周邊硬件設(shè)備的通信聯(lián)系。因為計算機(jī)擁有強(qiáng)大地數(shù)值計算能力以及開發(fā)軟件所具有地強(qiáng)大的函數(shù)庫功能，這將極大地提高虛擬示波器的數(shù)據(jù)分析和處理能力。如對采集到的信號進(jìn)行平滑、頻域轉(zhuǎn)換等功能。前面板是使用者與示波器之間人機(jī)交互的主要途徑。利用前面板去控制虛擬示波器的系統(tǒng)。虛擬示波器前面板最大的優(yōu)點就是使用者可以自定義前面板而不受生產(chǎn)廠家的影響，同時

27、使用者也可根據(jù)自己的用途來組成各式各樣的示波器地控制面板。2.3.2 虛擬示波器的分辨力和精度虛擬示波器的分辨率主要分為水平分辨力和垂直分辨力兩部分，精度也分為水平精度和垂直精度兩種，這些參數(shù)對于示波器都非常的重要。存儲器的采樣點數(shù)也至關(guān)重要，因為虛擬示波器的水平分辨力就是由它的參數(shù)值所決定地。同時這兩個參數(shù)也有關(guān)聯(lián)，采樣頻率與水平分辨力之間有著正比例關(guān)系。2.3.3 虛擬示波器的帶寬使用者總是希望自己的觀測目標(biāo)自己所關(guān)心的目標(biāo)波形，同時這些信號失真也最小。帶寬是用來衡量虛擬示波器可靠度的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)示波器的帶寬是一個不變的長值，而虛擬示波器有模擬和數(shù)字兩種帶寬模式。模擬帶寬指虛擬示波器無失

28、真的狀態(tài)下能接收最高輸入信號的頻率值，它的值取決于虛擬示波器的信號調(diào)理電路。數(shù)字帶寬是虛擬示波器隨機(jī)采樣所能采集到的最高帶寬。2.3.4 虛擬示波器的工作原理 虛擬示波器是虛擬技術(shù)與傳統(tǒng)儀器相結(jié)合的產(chǎn)物，它擁有和傳統(tǒng)示波器基本相同的操作面板和各項功能，而虛擬示波器卻沒有傳統(tǒng)示波器的硬件電路，只是使用個人電腦及接口電路或采集卡來采集現(xiàn)場信號，并通過電腦強(qiáng)大的圖形處理功能在電腦屏幕上模擬示波器的操作面板，同時實現(xiàn)信號調(diào)理、信號分析處理和結(jié)果顯示輸出等功能。虛擬儀器的信號采集卡把外部的模擬信號輸送到虛擬儀器的內(nèi)部，在儀器內(nèi)部經(jīng)濾波、衰減、放大電路等部分，把無規(guī)則的外部信號轉(zhuǎn)變成A/D轉(zhuǎn)換器能接受的高

29、低電平信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并存儲到存儲器中。同時由虛擬儀器的軟件部分編輯成的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、存儲、顯示、打印輸出等功能。3 LabVIEW編程環(huán)境介紹3.1 LabVIEW 簡介對于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫，本次使用的是專業(yè)圖形化編程軟件即NI公司的LabVIEW進(jìn)行編寫。它是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Vitural Instrument Engineering Workbench)的簡稱，是美國國家儀器公司(M)的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，是目前全世界使用最廣泛、發(fā)展速度最快、功能最齊全最強(qiáng)大的圖形化軟件開發(fā)平臺。LabVIEW 是圖形化的編程語言，它提供了大

30、量的函數(shù)模型和各種工具給使用者。如各種信號發(fā)生函數(shù)、波形分析函數(shù)、Express VI 等。這些條件使得使用者可以用最短的時間和資金來構(gòu)建自己的儀器測試平臺。LabVIEW 的優(yōu)點主要有： (1) 提供了豐富的圖形控件。用圖形代替了枯燥無味難以理解的程序代碼，因此使得LabVIEW變的直觀明了，簡單易學(xué)，讓人們在使用時更加快速的入手成為了可能，更加適合實驗室人員、工程師、生產(chǎn)人員的使用。 (2) LabVIEW內(nèi)有編譯器這可以讓用戶編寫程序的同時軟件自動在后臺完成了編譯工作。并時時提醒可能出現(xiàn)的錯誤，這些避免了像其它軟件那樣后期編譯時有錯誤不好發(fā)現(xiàn)的弊端。 (3) 采用模塊化設(shè)計。第一LabV

31、IEW中使用的各種函數(shù)都是一個個小的模塊，都可以直接使用非常方便；第二用戶編寫的程序除獨立運行外還可以制作成一個子VI供其他的程序使用。3.2 LabVIEW 程序的基本組成目前虛擬儀器的開發(fā)采用的開發(fā)軟件都是用的美國 NI 公司的測控軟件，而LabVIEW 就是其中的代表軟件。用LabVIEW 創(chuàng)建的程序被稱為 VI。所有的 VI 都由三部分組成：前面（Front Panel）、程序框圖（Block diagram）以及圖標(biāo)（Icon）。前面板相當(dāng)于真實儀器的操作面板，使用者可以在前面板上對要創(chuàng)建的虛擬儀器進(jìn)行操作面板的設(shè)計。該界面上有輸入和輸出兩類控件，例如開關(guān)、旋鈕按鈕顯示顯示器等。 程

32、序框圖相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的功能部件，其包含了實現(xiàn)VI功能的圖形化源代碼。節(jié)點和連線是程序框圖的兩個重要組成部分。連線將節(jié)點、一些函數(shù)和子VI連接起來組合成具有特定功能的程序框圖。圖標(biāo)是 VI 的圖形化標(biāo)簽，圖標(biāo)的使用使得創(chuàng)建子VI變得簡便易行、直觀明了。大多數(shù)情況下在前面板和程序面板的右上角看到的那個標(biāo)簽就是圖標(biāo)，這個是在創(chuàng)建新 VI 時系統(tǒng)自動默認(rèn)生成的。圖標(biāo)可以按照使用者自己的需要自己從新定義制作。3.3 LabVIEW模板LabVIEW 根據(jù)函數(shù)的各自特點和屬性將所有的函數(shù)和 VI 進(jìn)行了分門別類的整理，把屬性相同的函數(shù)和 VI 放一起就構(gòu)成了 LabVIEW 的各個模板。使用那個控件時，就

33、可以根據(jù)它的屬性找到其所在的模板然后用鼠標(biāo)把它拖出放到前面板或后面板中。 LabVIEW 有三個模板，包括工具模板、控件模板和函數(shù)模板。下面將簡單的介紹這三個模板。3.3.1 工具模板工具模板為整個編程過程提供各種工具，使用起來非常的方便快捷?？梢栽诓藛螜谥姓业健安榭础边x項單擊鼠標(biāo)左鍵在下拉菜單欄中找到“工具選板”單擊就可以看到工具模板了。前面板和后面板中工具模板的使用方法相同。3.3.2 控件模板控件選板集合了各式各樣的輸入和輸出控件，把這些前面板設(shè)計中能用到的所有控件放在一塊能在使用時方便的找到，方便了用戶使用。3.3.3 函數(shù)選板函數(shù)模板是由若干個不同的子模板有序的堆積在一起形成的，在該

34、選板中包含了創(chuàng)建框圖程序要用到的所有 VI 和函數(shù)控件。有兩種方法可以找到函數(shù)模板，第一種是在后面板的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵彈出函數(shù)模板，第二種是在菜單欄中點擊“查看”項在彈出的下拉菜單中單擊“函數(shù)選板”項。3.4 子VI的創(chuàng)建和調(diào)用LabVIEW中的子VI和文本編程語言中的子程序、函數(shù)很類似，換言之，子VI是可以在其它的編程中直接調(diào)用的自己創(chuàng)建的VI。在LabVIEW這種圖形化編程環(huán)境中，圖形連線會占據(jù)較大的屏幕空間，我們不可能把所有的程序都放在同一個VI的程序框圖中來實現(xiàn)。因此，通過構(gòu)建使用子VI能把復(fù)雜的任務(wù)劃分成多個簡單的小任務(wù)來分別完成，從而能夠使得VI程序框圖的結(jié)構(gòu)更加的簡潔明了，實現(xiàn)

35、LabVIEW的層次化和模塊化編程的要求，使其變得更加的簡單，清晰，更加的橙刺分明，更加容易理解。3.4.1 創(chuàng)建和編輯圖標(biāo) 在LabVIEW中，每個VI在前面板和后面板的右上角都有一個由徽標(biāo)和數(shù)字構(gòu)成的圖標(biāo)，這個圖標(biāo)可以根據(jù)自己的需要創(chuàng)建和編輯該圖標(biāo)。創(chuàng)建和重新編輯該VI圖標(biāo)的工作在圖標(biāo)編輯器中完成。把鼠標(biāo)指針放在該圖標(biāo)上雙擊，或單擊鼠標(biāo)右鍵，就可以彈出快捷菜單，在該菜單中選擇“編輯VI圖標(biāo)”這一項，在彈出如的“圖標(biāo)編輯器”對話框中對圖標(biāo)進(jìn)行編輯。3.4.2 定義接線端子 子VI圖標(biāo)是該子VI程序功能的圖形化表示，連接器作為一個編程接口，定義了子VI輸入輸出端口與主程序之間的參數(shù)形式和接口類

36、型。在VI圖標(biāo)上右擊鼠標(biāo)，選擇“模式”，從中選擇出所需的端子模式。 選擇接線端子模式后就要開始連接（即定義）接線端子了。如圖3-1所示。首先將鼠標(biāo)放在接線端圖標(biāo)上，鼠標(biāo)變成線軸狀，單擊該端子，然后將鼠標(biāo)移至前面板上的控件上，單擊該控件。這樣該端子就與控件連接在一起了。按照同樣的方法定義全部的接線端子。圖3-1 定義連接端子 接線端子和圖標(biāo)都定義好后，將VI保存到合適的位置。至此，子VI就創(chuàng)建成功了。創(chuàng)建好的子VI可以被其他程序調(diào)用。3.4.3 子VI的調(diào)用在子VI創(chuàng)建好后就可以被其他的VI調(diào)用了。在一個新的VI的編程中想要調(diào)用自己創(chuàng)建的子VI，可以在函數(shù)選板中選擇“選擇子VI”項，從自己保存子

37、VI的地方打開以保存地子VI，將其放入程序框圖即可。在調(diào)用子VI后要對VI節(jié)點進(jìn)行設(shè)置，在子VI的圖標(biāo)上右擊鼠標(biāo)，選擇“設(shè)置子VI節(jié)點”“子VI節(jié)點設(shè)置”。4 虛擬示波器的設(shè)計方案本虛擬示波器主要功能包括：數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、參數(shù)測量、濾波、波形存儲、讀取子VI等功能。此示波器為虛擬雙蹤示波器，其顯示模式有A、B通道單獨顯示以及AB通道共同顯示。在本次的設(shè)計中沒使用數(shù)據(jù)采集卡來采集外部測量信號，而是使用了LaBVIEW內(nèi)部自帶的信號發(fā)生器來來設(shè)計的內(nèi)部仿真測量信號。LabVIEW自帶的信號發(fā)生器有正弦波、方波發(fā)、鋸齒波、三角波發(fā)生器等，用這些基本的信號產(chǎn)生模塊來仿真出測量信號來檢驗示波器的功能

38、。4.1 總體設(shè)計方案 本次示波器設(shè)計主要用LabVIEW 圖形化編程軟件來完成數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、濾波、波形顯示與存儲等功能。此次設(shè)計總體結(jié)構(gòu)如圖4-1所示：數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集觸發(fā)選擇通道選擇幅值調(diào)節(jié)時間調(diào)節(jié)波形顯示參數(shù)測量濾波器子VI濾波功能頻譜分析波形保存圖4-1 示波器總體結(jié)構(gòu)框圖 為實現(xiàn)本次虛擬示波器的這些功能，程序主要包括信號發(fā)生模塊，通道選擇、時間調(diào)節(jié)、幅值調(diào)節(jié)、濾波、頻譜分析、參數(shù)測量模塊。4.1.1 虛擬示波器前面板虛擬示波器模仿傳統(tǒng)示波器功能，前面板主要設(shè)有用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量的控件并模仿真實儀器的操作面板。程序框圖是利用LabVIEW圖像化編程 語言編寫的，相當(dāng)于傳

39、統(tǒng)程序的源代碼。虛擬示波器的各個功能模塊就是由這些代碼構(gòu)成。在程序的前面板上所有控件都是以各種圖形形式出現(xiàn)，例如旋鈕、按鈕、圖表、圖形、開關(guān)等，這些控件使得前面板看起來更像真實儀器的操作面板，如圖4-2所示。圖4-2 示波器前面板4.1.2 虛擬示波器的程序框圖 虛擬示波器所有功能的實現(xiàn)都是通過對后面板的程序框圖進(jìn)行編程來實現(xiàn)，本次設(shè)計的核心部分就是對后面板程序框圖的設(shè)計，如圖4-3 所示是虛擬示波器的中的程序框圖。圖4-3 示波器后面板4.2 各模塊具體設(shè)計步驟本次設(shè)計采用模塊化設(shè)計，利用子VI來創(chuàng)建自己的模塊化來簡化設(shè)計的難度，便于程序框圖的設(shè)計和理解。主要分為如下7部分：信號發(fā)生、通道選

40、擇、濾波、頻譜分析、時間調(diào)節(jié)、幅值調(diào)節(jié)和參數(shù)測量模塊?，F(xiàn)詳細(xì)介紹各個模塊的功能及設(shè)計過程。4.2.1 信號發(fā)生子VI本次測量信號部分采用的是LabVIEW內(nèi)部系統(tǒng)自帶的基本信號發(fā)生器來制作仿真信號模塊；這些發(fā)生器有正弦波、方波、鋸齒波、三角波發(fā)生器，如圖4-4所示三種信號發(fā)生器圖標(biāo)。使用這幾種信號發(fā)生器來產(chǎn)生所需的測量信號既方便又節(jié)省資金，這非常有利于實驗教學(xué)。三種信號發(fā)生器的各接線端子都有其特定的功能和意義，重置相位輸入端是確定的初始相位，默認(rèn)值為True。如果重置相位的值為真，則LabVIEW可設(shè)置初始相位為相位輸入；如果為假，則LabVIEW可設(shè)置信號發(fā)生器的初始相位為上一次VI執(zhí)行時相

41、位輸出的值。采樣輸入端是信號發(fā)生器的采樣數(shù)，默認(rèn)值為128。幅值輸入端是信號發(fā)生器輸出信號的幅值，默認(rèn)值為1.0 。頻率輸入端是信號發(fā)生器輸出信號的頻率，單位為周期/采樣的歸一化單位。相位輸入端是重置相位輸入端為真時信號發(fā)生器的初始相位。相位輸出端是信號發(fā)生器產(chǎn)生信號的下一個采樣的相位，以度為單位。錯誤輸出端子返回VI的任何錯或警告。將錯誤連接至錯誤代碼至錯誤簇轉(zhuǎn)換VI，可將錯誤代碼或警告轉(zhuǎn)換為錯誤簇。 圖4-4 三種信號發(fā)生器 在形成的信號中需要加入噪聲信號，如圖4-5為高斯信號白噪聲VI的詳細(xì)信息。其中初始化、采樣、錯誤與三種信號發(fā)生器的端口相同；標(biāo)準(zhǔn)差輸入端是高斯概率密度函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，默

42、認(rèn)值為1 。種子輸入端是用來確定隨機(jī)數(shù)生成的內(nèi)部狀態(tài)。當(dāng)初始化為真時，若種子大于0則VI將通過種子生成內(nèi)部狀態(tài)，若種子小于等于0則VI將通過隨機(jī)數(shù)生成內(nèi)部狀態(tài)；初始化為假時，VI將忽略種子默認(rèn)值為-1 。高斯信號輸出端時返回符合高斯分布的隨機(jī)信號。圖4-5 高斯噪聲信號發(fā)生器在前面板中用簇選板將控制信號產(chǎn)生的個物理參數(shù)集合成一個簇元素作為輸入信號，再添加一個數(shù)組元素作為產(chǎn)生信號的輸出。如圖4-6所示信號發(fā)生器的前面板。圖4-6 信號發(fā)生模塊前面板在程序框圖中信號發(fā)生器調(diào)用LabVIEW中的case語句來實現(xiàn)，在此控件屬性的邊界欄中編輯4個分支標(biāo)簽，分別為關(guān)閉、正弦波、方波、三角波，將正弦波、方

43、波、三角波放入這四個分支中，其中在分支0中將正弦波信號發(fā)生器的幅值設(shè)置為0以此來實現(xiàn)無信號輸出的關(guān)閉狀態(tài)。這樣就實現(xiàn)了信號發(fā)生器的關(guān)閉，正弦信號，方波信號，三角波信號四種狀態(tài)。最后再將這四種信號和高斯噪聲信號相加形成帶有噪聲的仿真信號。如圖4-7所示。圖4-7 信號發(fā)生模塊后面板4.2.2 通道選擇模塊虛擬示波器的通道選擇功能可以用LabVIEW的case語句來實現(xiàn)，包括A、B和A&B三種顯示模式。將滑動桿的輸出數(shù)字作為條件結(jié)構(gòu)的分支，來形成A、B、A&B三個分支結(jié)構(gòu)，然后再在這三個分支中添加信號發(fā)生子VI，在后面板中右鍵，在彈出的對話框中選擇“選擇子VI”選項，選擇自己制作的信號發(fā)生子VI將

44、其拖到通道選擇模塊的程序框圖中。最后將AB通道的控制信號連接到該子VI完成了通道選擇模塊的設(shè)計并制作成一子VI。如圖4-8所示。圖4-8 通道選擇模塊程序框圖4.2.3 濾波器模塊虛擬示波器濾波功能在處理數(shù)據(jù)時非常重要，這次利用LabVIEW自帶的濾波模塊設(shè)計濾波器子VI。數(shù)字濾波器可以用比較低的階數(shù)達(dá)到比較好的濾波效果，IIR濾波器的類型有巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、反切比雪夫濾波器、貝塞爾濾波器、橢圓濾波器等。如表4-1所示各濾波器。表4-1 濾波器圖標(biāo)列表函數(shù)節(jié)點名稱函數(shù)節(jié)點圖標(biāo)巴 特 沃 斯 濾 波 器切 比 雪 夫 濾 波 器（端口如上）反 切 比 雪 夫 濾 波 器（端口如上）

45、貝 塞 爾 濾 波 器（端口如上）這四種濾波器的端口相同各端口功能如下，濾波器類型端口用來指定濾波器的帶通，分別有低通、高通、帶通、帶阻四種類型。X是濾波器的輸入信號。采樣頻率是X的采樣頻率并且必須大于0，默認(rèn)值為1Hz，當(dāng)采樣頻率小于等于0時VI可設(shè)置濾波后的X為空數(shù)組并返回錯誤。高截止頻率以赫茲為單位默認(rèn)值為0.45Hz ，若濾波器類型為低通或高通時忽略該參數(shù)，為帶通或帶阻時必須大于低通截止頻率。低通截止頻率必須滿足Nyquist準(zhǔn)則，若低通截止頻率小于0或大于采樣頻率的一半，VI可設(shè)置濾波后的X為空數(shù)組并返回錯誤。階數(shù)指定濾波器的階數(shù)必須大于0，默認(rèn)值為2，如階數(shù)小于等于0將輸出空數(shù)組并

46、返回錯誤。初始化控制內(nèi)部狀態(tài)的初始化，默認(rèn)值為假。VI第一次運行時或初始化的值為假時，LabVIEW可使內(nèi)部狀態(tài)初始化為0 。如初始化的值為真，LabVIEW可使內(nèi)部狀態(tài)初始化為VI實例上一次調(diào)用時的最終狀態(tài)。如需處理由小數(shù)據(jù)塊組成的較大數(shù)據(jù)序列，可為第一個塊設(shè)置輸入為假，然后設(shè)置為真，對其它的塊繼續(xù)進(jìn)行濾波。濾波后的X為該數(shù)組包含濾波后的采樣。LABVIEW軟件有現(xiàn)成的濾波模塊,我們可以直接調(diào)用濾波模塊的子VI。點擊鼠標(biāo)右鍵或選擇函數(shù)模板選擇條件結(jié)構(gòu)，有四個分支，分別是巴特沃斯濾波器，切比雪夫濾波器，反切比雪夫濾波器和貝塞爾濾波器。點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇信號處理中的這四個濾波器，分別放入四個分支

47、結(jié)構(gòu)中去來連接成所需的濾波器子模塊，如圖4-9所示。圖4-9 濾波器選擇子模塊程序框圖將上述的濾波器選擇子VI放到分支結(jié)構(gòu)中，以滑動桿的輸出量為為分支結(jié)構(gòu)的控制量來控制實現(xiàn)AB通道的濾波功能，如圖4-10所示。如圖4-10 濾波器控制模塊程序框圖濾波模塊前面板如圖4-11所示，有調(diào)節(jié)濾波器的運行的各種參數(shù)，例如采樣頻率、階數(shù)、高低截止頻率和濾波器類型選擇，在運行時通過改變這些輸入量來達(dá)到控制其濾波效果。圖4-11濾波器模塊前面板4.2.4 頻譜分析模塊在對數(shù)字信號分析處理時頻域分析是最常用和最重要的方法。很多在時域內(nèi)毫無規(guī)律難以分析的信號，但是當(dāng)把這些信號放在頻域內(nèi)分析往往就可以把復(fù)雜的信號分

48、解成簡單的信號，其信號特性也就非常明顯了。傅里葉變換是頻域分析的主要計算分析方法。 LabVIEW 系統(tǒng)中共有兩類頻域分析函數(shù)，一類是譜分析函數(shù)面板中的幅度譜、相位譜、功率譜等；另一類在變換函數(shù)面板中的各種變換函數(shù)，如傅里葉變換、小波變換等。如圖 4-12 所示此次頻譜分析模塊中用到的函數(shù)。該功率譜VI的X為輸入序列，功率譜返回的是X的雙邊功率譜，如果輸入信號以伏特為單位（V），功率譜的單位為伏特-rms平方；如果輸入信號不是以伏特為單位，則功率譜的單位為輸入信號單位-rms平方。圖4-12 功率譜分析函數(shù) 將上述的功率譜分析控件放到三個選擇分支中以滑動桿的輸出值來決定選擇那條分支以此來實現(xiàn)A

49、通道、B通道、AB通道的頻譜分析功能。如圖4-13所示頻譜分析模塊的程序框圖。圖4-13 濾波器控制模塊程序框圖4.2.5 時基調(diào)節(jié)模塊時基也稱為水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)，指示波器顯示器在水平方向(X軸)上每小格所代表的時間常量，常以s/div或ms/div表示。水平分度調(diào)節(jié)處理功能模塊使用創(chuàng)建的常量數(shù)值作為波形圖控件的水平分度變化的輸入，可實現(xiàn)顯示波形在水平方向上的伸縮和變化。在實現(xiàn)這個功能模塊時，首先將水平旋鈕“時間”的輸出作為條件結(jié)構(gòu)選擇器的終端輸入，然后根據(jù)不同的選擇條件在相應(yīng)的分支中創(chuàng)建簇常量作為波形圖控件標(biāo)尺范圍的屬性節(jié)點的設(shè)定值。這里使用的是X標(biāo)尺范圍（XScale.Range）的屬性節(jié)點，

50、用來調(diào)節(jié)X標(biāo)尺的范圍和分度增量。在程序框圖面板的波形圖控件上右鍵單擊，在菜單中選擇“創(chuàng)建屬性節(jié)點X標(biāo)尺范圍 全部元素”即可創(chuàng)建此屬性節(jié)點，其輸入數(shù)據(jù)類型為簇5元素，從上向下依次為最小值，最大值，增量，二級增量和起始值。如圖4-14時基調(diào)節(jié)模塊的程序框圖。圖4-14 時基調(diào)節(jié)程序框圖 LabVIEW中的引用句柄可對文件、目錄、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行操作?？墒褂?HYPERLINK /reference/zhs-XX/help/371361H-0118/lvhowto/types_of_refnum_controls/ 不同類型的引用句柄控件將引用句柄輸入或輸出VI。其中引用句柄的添加方法如下，在前面

51、板中點擊右鍵在彈出的函數(shù)選板中選擇“經(jīng)典”中的“經(jīng)典引用句柄”把其中的“VI引用句柄”放到前面板中，然后在該控件上點擊右鍵在彈出的菜單中單擊“選擇VI服務(wù)器類”“通用”“圖形對象”“控件”“圖形圖表”“波形圖”，這樣既可添加波形圖的引用句柄了。4.2.6 幅值調(diào)節(jié)模塊幅值調(diào)節(jié)又稱垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)，指在示波器屏幕的垂直方向（Y軸）每格所代表的電壓幅值，常以V/div或V/cm表示。首先將幅值分度旋鈕的輸出作為條件結(jié)構(gòu)選擇器的終端輸入，然后根據(jù)不同的選擇條件在相應(yīng)的分支中創(chuàng)建簇常量作為波形圖控件標(biāo)尺范圍的屬性節(jié)點的設(shè)定值。這里使用的是Y標(biāo)尺范圍（Yscale.Range）的屬性節(jié)點為，用來調(diào)整Y標(biāo)尺的

52、范圍和分度增量等。波形圖控件上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出地菜單中選擇“創(chuàng)建屬性節(jié)點Y標(biāo)尺范圍全部元素”即可。如圖4-15所示。圖4-15 幅值模塊程序框圖4.2.7 參數(shù)測量模塊參數(shù)測量模塊是對虛擬示波器采集到的被測信號進(jìn)行各項參數(shù)的測量，一般主要完成對信號頻率，周期，最大、最小值，峰峰值和均方值等參數(shù)的測量，并且能夠同時將測量的結(jié)果顯示出來。主要用幅值和電平測量控件來測量最大最小值、峰峰值、均方值；用信號的時間與瞬態(tài)特性測量控件來測量頻率和周期。參數(shù)測量模塊的程序框圖如圖4-16所示。圖4-16信號測量程序框圖 在測量的信號中, 相鄰兩次同方向通過中間參考電平的時間間隔，以秒為單位。倒數(shù)為信號頻率

53、，單位為赫茲。最大值是測量信號的最高正峰值，最小值是測量的信號的最低負(fù)峰值，峰峰值是測量信號的最高正峰值和最低負(fù)峰值之間的距離，均方根是測量周期性輸入信號完整周期的均方根值。4.2.8 存盤和讀盤模塊 該模塊主要用到的是寫入電子表格文件VI和讀取電子表格文件VI。寫入電子表格文件VI將字符串、帶符號整數(shù)或雙精度的二維或一維數(shù)組轉(zhuǎn)換為文本字符串，寫入字符串至新的字節(jié)流文件或添加字符串至現(xiàn)有文件。通過連線將二維數(shù)據(jù)或一維數(shù)據(jù)連接到輸入端。其中%.3f表示的是它的默認(rèn)格式，表示vi可以創(chuàng)建包含數(shù)字的字符串，小數(shù)點后有三位數(shù)字。如圖4-17所示，將該VI放在條件結(jié)構(gòu)中當(dāng)條件為真時執(zhí)行存盤動作，將濾波后

54、的波形數(shù)據(jù)儲存起來。圖4-17 存盤程序 讀盤程序中用到的是讀取電子表格文件VI。該VI在數(shù)值文本文件中從指定字符串偏移量開始讀取指定數(shù)量的行或列，并使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成雙精度的二維數(shù)組，數(shù)組元素可以時數(shù)字、字符或整數(shù)。其中1表示的是行數(shù)即VI讀取行數(shù)的最大值，對于該VI行是由字符組成的字符串并以回車、換行或回車加換行結(jié)尾，以文件結(jié)尾終止的字符串，或字符數(shù)量為每行輸入字符最大數(shù)量的字符串，當(dāng)行數(shù)小于零時可讀取整個文件。將該VI的輸出連接到一個波形顯示控件，將存儲的數(shù)據(jù)以波形的形式顯示出來。如圖4-18所示讀盤程序。 圖4-18 讀盤程序4.3 系統(tǒng)調(diào)試 在編寫完程序后調(diào)試是一項必不可少的工作,因為在編

55、寫的過程中一般無法一次性無錯誤的編寫完成，因此掌握調(diào)試技術(shù)對于編寫好程序有很大的幫助。下面介紹幾種常用的系統(tǒng)調(diào)試方法： （1）顯示錯誤語法 如果在程序中存在錯誤，則在前面板和后面板的工具欄中的運行按鈕將是一個斷了的箭頭，此時程序是無法運行的。用鼠標(biāo)點擊該圖標(biāo)則會彈出一對話框列出所有的錯誤，雙擊任何一項就會以高亮形式顯示錯誤位置。 （2）將程序設(shè)置為高亮運行 在工具欄中有一燈泡樣式的按鈕，點擊該按鈕后再運行程序時程序會以較慢的速度運行。正在執(zhí)行的程序?qū)吡溜@示，而未執(zhí)行的程序?qū)⒁曰疑@示。以此來跟蹤數(shù)據(jù)的流動狀態(tài)。 （3）使用探針 探針可以插入任何的連線中來查看程序流經(jīng)該線段時的數(shù)據(jù)。 （4）

56、設(shè)置斷點與單步執(zhí)行 我們經(jīng)常需要框圖程序一個節(jié)點一個節(jié)點的執(zhí)行來查找程序中的邏輯錯誤。設(shè)置好斷點后當(dāng)程序框圖運行到斷點處就會自動暫停。在暫停后可以在斷點處執(zhí)行單步操作，或使用探針來探測即時數(shù)據(jù)。單步運行時，每單擊一次執(zhí)行一次，在循環(huán)程序或子VI內(nèi)部時同樣繼續(xù)單步執(zhí)行。 綜合運用這幾種調(diào)試方法最終順利的完成了虛擬數(shù)字示波器系統(tǒng)的調(diào)試工作，完成了設(shè)計要求的各項功能要求。這一章節(jié)的內(nèi)容是虛擬示波器設(shè)計的核心內(nèi)容，該虛擬示波器由信號發(fā)生、通道選擇、濾波、頻譜分析、時間調(diào)節(jié)、幅值調(diào)節(jié)、參數(shù)測量共七個模塊構(gòu)成。該章節(jié)對這七個模塊功能進(jìn)行了詳細(xì)的描述以及對其設(shè)計步驟的簡要介紹，讓人們對虛擬示波器的工作方式工

57、作原理有了深刻的理解，對今后更好的使用示波器的各項功能做了充分的準(zhǔn)備。對示波器的結(jié)構(gòu)組成有了更深刻的認(rèn)識，能更好的理解模擬示波器的設(shè)計過程。5 結(jié)論現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、測量技術(shù)和通信技術(shù)三者是虛擬儀器的技術(shù)基礎(chǔ)。虛擬儀器的設(shè)計概念是對傳統(tǒng)儀器設(shè)備概念的完全顛覆，研發(fā)制造周期短，硬件結(jié)構(gòu)簡單易于維護(hù)和升級，制造及使用成本低廉這些虛擬儀器的優(yōu)勢顯現(xiàn)的越來越明顯。而且，虛擬數(shù)字示波器可以做到很多傳統(tǒng)示波器根本無法完成的功能?；贚abview的虛擬示波器的設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單,靈活多變,可以根據(jù)用戶的要求隨意刪減或添加其內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而達(dá)到理想的效果。而且在沒有硬件的支持下,可以實現(xiàn)所有示波器的顯示功能,能很好的

58、應(yīng)用于實驗教學(xué)中。本文詳細(xì)的介紹了虛擬數(shù)字示波器的結(jié)構(gòu)組成及設(shè)計過程。同時在設(shè)計過程中涉及到的虛擬儀器理論等內(nèi)容也都進(jìn)行了詳細(xì)介紹。此次虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計完成了最初的設(shè)計要求。但由于作者水平和能力有限，本課題設(shè)計仍有不足之處，在軟件設(shè)計方面,還可以用更好的模塊設(shè)計去解決相關(guān)的問題, 增加信號的高級分析與實時處理功能。由于計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計算能力使得在很短的時間內(nèi)完成龐大復(fù)雜的計算成為現(xiàn)實。因此可以在虛擬示波器中添加高級分析功能，例如功率分析、相位分析分析等，使設(shè)計的儀器具有更高的實用價值。 虛擬儀器已成為測量儀器發(fā)展的一個新的方向，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和各

59、種軟件的不斷產(chǎn)生，促使虛擬示波器的發(fā)展更加的快速。其低成本、多功能、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點越來越被人們所關(guān)注，人們對它的研究熱情及資金投入都將更加的大，這勢必將促進(jìn)我國的虛擬儀器產(chǎn)業(yè)有一個快速的發(fā)展呢。參考文獻(xiàn)1 豈興明，田京京，夏寧.LabVIEW入門與實踐開發(fā)100例.北京：電子工業(yè)出版社，2011.32 彭勇，潘曉燁，謝龍漢.LabVIEW虛擬儀器設(shè)計及分析.北京：清華大學(xué)出版社，2011.93 豈興明，周建興，矯津毅.LabVIEW8.2中文版入門與經(jīng)典實例（修訂版）.北京：人民郵電出版社，2010.64 林靜，林振宇，鄭福仁.LabVIEW虛擬儀器程序設(shè)計從入門到精通.北京：人民郵電出版社，

60、20105 姜碧瓊.基于 LabVIEW 的虛擬示波器的設(shè)計.西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2008: 1-476 胡仁喜，王恒海，齊東明.LabVIEW8.2.1虛擬儀器實例知道教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20087 陳樹.LabVIEW使用工具詳解.北京：電子工業(yè)出版社，20148 趙中義.示波器原理維修與檢定.北京：電子工業(yè)出版社，20009 張乃國.新型電子示波器.中國計量出版社，200110 江建軍，孫彪.LabVIEW程序設(shè)計教程.北京：電子工業(yè)出版社，201211 淘沙.基于LabVIEW虛擬示波器的設(shè)計: 碩士學(xué)位論文.福建師范大學(xué),201213 高軍芳.基于LabVIEW的