基于LabVIEW的数字示波器的设计.docx

摘 要众所周知，示波器是测量电子信号的波形的一种仪器，它可以分析计算出波形的各种参数，包括频率、周期、电压等。以往的示波器在某些方面都存在些许不足之处，而利用近年来出现的图形化编辑环境LabVIEW即虚拟仪器的这个平台则可以完善老式示波器的不足，其优势在于可以由用户自己来选择与定义仪器的功能，能更高效率地完成新产品的研发，满足多样化需求。借助PC机的强大功能，将虚拟仪器的硬件和软件相结合，以完成虚拟示波器的设计。文中介绍了虚拟示波器拟达到的一些技术指标以及设计方案。主要包括数据采集、参数测量、频谱分析、波形显示和波形存储几大模块，可进行数据采集、显示、存储和分析处理，同时显示、记录和存储多通道显示出来的波形，还可以对波形进行数据分析和处理，即完成对模拟信号的数字处理，其中数据采集参数的设置、波形数据存储显示和分析处理都由软件实现，与传统的数字示波器相比，虚拟数字示波器在人性化程度、处理能力、性价比、可操作性等方面都具有明显的优势。关键词 ：虚拟仪器；LabVIEW；数字示波器；数据采集ABSTRACT As is known to all, oscillograph is a kind of electronic signal waveform measurement instrument, it can analyze the calculated waveform parameters, including frequency, cycle, voltage, etc. Previous oscilloscope is in some ways there are some deficiencies, and the use of LabVIEW graphical editing environment appeared in recent years is the platform of virtual instrument can improve the shortcomings of old oscilloscope, its advantages can be defined by the user to select and the function of the instrument, can be more efficient to complete the new product research and development, meet the demand of diversification. With the aid of the powerful features of the PC, combining hardware and software of virtual instrument, to complete the design of virtual oscilloscope. This paper introduces a virtual oscillograph is proposed to achieve some of the technical indicators and the design scheme. Mainly including data acquisition, parameter measurement, spectrum analysis, waveform display and waveform storage of several major modules, data acquisition, display, storage and analysis can be processing, at the same time display, recording and storage multi-channel display waveform, can also be the waveform data analysis and processing, the completion of the analog signal digital processing, the data acquisition parameters setting, waveform display and data storage, analysis is implemented by software, compared with the traditional digital oscilloscope, virtual digital oscilloscope in the degree of humanization, capacity, cost performance, operability, etc have obvious advantages. Key words ：virtual instrument;labview;digital oscilloscope;data collection目 录1绪论11.1 研究背景与意义11.2 数字示波器的发展状况11.3 虚拟仪器31.3.1 虚拟仪器简介3 1.3.2 虚拟仪器与传统仪器对比.31.4 研究内容31.5 文章结构安排42 虚拟数字示波器设计方案5 2.1 LabVIEW52.1.1 LabVIEW简介52.1.2 LabVIEW的优势52.2 设计方案52.2.1 虚拟数字示波器的设计流程图52.2.2 软件设计63 数字示波器前面板设计73.1前面板所需模块73.1.1 数据采集模块73.1.2 触发控制模块8 3.1.3 时基模块.8 3.1.4 参数测量模块.8 3.1.5 频谱分析模块.8 3.1.6 波形显示模块.83.2 总体前面板设计9 3.2.1 波形显示控制部分.9 3.2.2 输入信号测量值的显示部分.9 3.2.3 数据存储与读取部分.10 3.2.4 波形打印部分.114 数字示波器后面板设计114.1 后面板所需模块114.1.1 波形显示模块124.1.2 输入信号测量值模块12 4.1.3 频谱分析模块.13 4.1.4 数据采集模块.13 4.1.5 数据存储与读取模块.14 4.1.6 自动扫描控制模块.154.2 总体后面板设计165 虚拟数字示波器的仿真与调试175.1虚拟数字示波器的仿真175.1.1 正弦波与三角波的仿真175.1.2 通道的选择以及频谱分析17 5.2 结果分析.21结束语22参考文献23致谢26VI1 绪论1.1 研究背景与意义传统仪器的功能都由生产厂家给定而用户不可随意改动，仪器笨重不易移动且耗费的资金巨大，技术更新却很慢。国外同类仪器的测量准确度和可靠性均高于国内，但是如果这些高档仪器都必须从国外进口的话，将耗费我国大量外汇，同时还不能满足国内所需的各种功能，这在某种程度上也造成了一种浪费，考虑到我国目前的局面，研制出智能化程度高、费用低、可用户自定义的数字示波器是形势所需。因此，论文将设计一款新型示波器：虚拟数字示波器。将虚拟仪器的软硬件相结合，使其能具有传统示波器所没有的优点，比如其显示出来的波形将可以以数据文件的形式存储起来，加上它成本低廉以及可根据用户的需求进行功能扩展的优势，使得它的设计与实现更具有开发的价值。1.2 数字示波器的发展状况数字示波器是一种电子测量仪器，它具备使用便捷、稳定性能好、耐用性能强等多个优点。数字示波器自上个世纪七十年代诞生以来，发展到现在，大致可分为四代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器、虚拟仪器。模拟示波器是最原始出现的示波器，它所用的是模拟电路（示波管，其根本是电子枪）电子枪向屏幕发射电子，发射出的电子可以被聚焦成电子束，然后再打在屏幕上，因为屏幕的内表面是先涂有荧光物质的，所以电子束所打到的位置就会发出亮光。它的优势在于操作简单、数据更新快、实时带宽和实时显示以及垂直分辨率高。缺点在于它的极限频率大概为1GHz，而它能显示的频率范围受CRT的限制，在低频处，被测信号以明亮而缓慢的点移动，这使得波形的观察有难度；而在高频处，则受CRT的写速度的限制，如果被测信号的频率超出CRT的写速度，那么波形则显得尤其暗淡，而难以分辨。模拟示波器示例图如图1所示。 图1 模拟示波器虚拟示波器是利用高性能的模块化硬件，结合具有强大功能的软件来完成测量和自动化应用，软件是它的核心部分。它的优势很多，比如性价比高、可扩展性强、开发效率高以及用户自定义。但是它也有不足之处，比如在使用虚拟示波器的时候要注意区分模拟带宽和数字实时带宽，在测量时一定要考虑其数字实时带宽，不然会产生较大的误差；还有就是它的采样速率，根据奈奎斯特定理，采样速率至少要是信号高频部分的两倍，也就是说如果采样速率达不到的话，就会发生混迭现象。虚拟示波器示例图如图2所示。 图2 虚拟示波器近些年电子技术取得突破性的发展，而这种迅猛发展的趋势也催生了更庞大的数字示波器需求市场，使得数字示波器的发展更趋向于不断满足行业标准、功能集成趋势更加明显以及设计更加美观且便于移动。1.3 虚拟仪器1.3.1 虚拟仪器简介虚拟仪器是电子通讯技术与计算机技术在飞速发展的情况下经过多年的应用和创新而催生出来的产物，基于计算机这个平台，它有虚拟面板，用户可根据自己的需求来设计和定义自己所需要的功能，是目前世界上唯一一种编译型图形化编程语言。虚拟仪器的工作原理是“数据采集、数据处理与分析、结果表达”。它一般由软件和硬件两大部分构成，硬件一般包括计算机和外围硬件设备；软件一般包括操作系统、仪器驱动器和应用软件。仪器驱动器是处理与特定仪器进行控制通信的一种软件，它不仅是虚拟仪器的核心，也是用户完成对仪器硬件控制的纽带和桥梁。1.3.2 虚拟仪器与传统仪器对比 传统仪器固定的面板上安装了各种操作原件，看上去错综复杂，识别起来和操作起来都可能造成很多错误，而虚拟仪器有前面板和后面板，可以借助多个面板来实现和传统仪器一样的功能，同时又使得操作变得更加简单，界面也变得清晰，这样就方便了使用者快速高效地完成操作。其次，传统仪器更新的方法只有不断购买新型仪器，耗费大量资金不说，还笨重，而虚拟仪器利用其可升级性和可扩展性就只需要不断更新相关软件即可达到功能扩展的要求。1.4 研究内容 以LabVIEW作为软件开发平台，课题将设计一款新型虚拟数字示波器，通过程序框图和前面板的设计来制作课题所需要的示波器。研究的主要内容如下：（1）设置两个通道，分别给两个通道赋予不同的信号类型，实现双踪。（2）完成其硬件电路设计和软件程序设计，实现波形显示、通道选择、电平幅度调节、扫描周期选择、触发控制等功能。（3）实现仿真并对仿真结果进行分析。1.5 文章结构安排第一章-绪论，介绍了论文的课题意义，数字示波器的历史进程和课题的设计思路。第二章-虚拟数字示波器的设计方案，简述了虚拟仪器的发展现状、LabVIEW的开发前景和示波器的设计方案。第三章-数字示波器的前面板设计，介绍了前面板所需要的模块、各个模块的功能、整体前面板的设计。第四章-数字示波器的后面板设计，介绍了后面板所需要的模块、各个模块的程序框图、整体后面板的设计。第五章-数字示波器的仿真与调试，设计并确定程序没有错误之后，选择不同的信号类型进行仿真，选择相对应的前面板的按钮来进行电平幅度调节、通道选择、扫描周期选择、触发控制等，实现仿真，最后对仿真结果进行分析。 2 虚拟数字示波器设计方案2.1 LabVIEW2.1.1 LabVIEW简介虚拟仪器（简称VI），其概念最初是由美国NI公司于1986年提出来的，实质是充分利用最新的计算机软硬件技术来实现和扩展传统仪器的功能，其最大优势在于可由用户自己定义仪器功能。它是一种图形化编程语言，利用这种语言来编程的话可以省去很多麻烦，使得整个过程简捷又有趣，因为可以不用写程序代码，而是只需要画流程框图就可以了，这是它尤为重要的一个优势。 LabVIEW是一个面向终极用户的工具，它可以提升用户构建自己的科学和工程系统的能力，利用它进行设计制作、测试与测量自动化应用的时候，能够替用户省去很多不必要的麻烦，提高效率。2.1.2 LabVIEW的优势LabVIEW利用“可见即可得”的可视化技术来建立人机界面，用图标来表示功能模块，用图标之间的连线来表示各模块间的数据传递。其优势是：(1)图形化的编程方式不需要写任何文本格式的代码，不用受语言严谨性的约束，而只要连接各个图标就可以了。(2)LabVIEW的兼容性使得它能与其他编程语言并存，并提供丰富的数据采集、分析及存储的库函数，功能强大。(3)图形化语言使得编程更加简单、直观、而且开发速度快。(4)强大的Internet功能，可以连接互联网。(5)LabVIEW不像传统仪器那样需要耗费大量资金不断更新设备，而只需要不断更新相关软件就可以达到扩展功能的目的，节约资金。(6)LabVIEW体现了一种“数据流”的概念。(7)LabVIEW中的程序自带了语句检测功能，在编程中如果出了差错，它都会通过最简单的提示来告知用户错在何处，从而达到降低程序易错性的目的。2.2 设计方案2.2.1 虚拟数字示波器的软件功能框图 课题要求设计的虚拟数字示波器要求其前面板有波形显示、通道选择、电平幅度调节、扫描周期选择、触发控制等功能，波形显示可选择方波、正弦波、三角波、锯齿波等多种波形，在程序框图设计面板上选择不同的波形，点击高亮运行程序，最后采集到的波形会在虚拟数字示波器的前面板上显示出来。虚拟数字示波器的软件功能框图如图3所示。图3 虚拟数字示波器软件功能框图 各个模块在主面板上都有相对应的按钮，当按下这些按钮的时候就执行各模块相对应的子程序，因为不同的信号有不同的波形显示，所以最终的结果将根据信号的不同将波形显示在主面板上。通道选择就是通过改变通道的信号类型，来观察波形的改变情况；电平幅度调节是指改变信号波形的幅度，然后观察波形的变化；扫描周期选择就是通过改变时基来观察波形的形状变化；触发控制就是为了使扫描信号与被测信号同步，设定一些条件，将被测信号不断的与这些条件相比较，直到扫描信号的频率与被测信号相同或存在整数倍的关系，也就是同步。2.2.2 软件设计软件设计分三个步骤：（1）设计虚拟仪器的前面板，选择课题需要的按钮、旋钮、控件等，为各个控件输入需要的数据。（2）设计虚拟仪器的程序框图，根据每一个模块的需要来选择控件，按照连线的颜色提示将各个控件连接起来。（3）确定程序框图的设计与连接没有错误后，方可运行程序，通过前面板观察结果。文中的软件设计部分包括波形产生模块、波形显示模块、参数测量模块、频谱分析模块、数据采集模块以及自动扫描控制模块，最后实现数据采集、数据处理和分析以及显示结果等功能。3 数字示波器前面板设计LabVIEW前面板是用作设置输入数值和观察输出数值所用的一个窗口，是虚拟示波器软件的核心，用户通过前面板中的开关和旋钮模拟传统仪器的操作，当按下相应的按钮时就可调用该子程序。3.1 前面板所需模块在LabVIEW的控制模板中，分别在设计面板上放入模拟实际控键的显示器、通道选择控键、电平幅度控键、触发源、触发电平、时基控键等。3.1.1 数据采集模块数据采集（Data AcQuisition,DAQ）是虚拟示波器软件的核心部分，其性能指标直接影响数字示波器采样速率、精度等主要性能指标。数据采集是一个从传感器或者其他待测量设备中去采集系统所需要的各种信息的过程，它是一个自动的过程。一个完整的数据采集系统包括了很多部分，比如传感器、数据采集硬件、分析硬件、变换器、计算机、驱动程序、信号调理设备和应用软件等。传感器是一种能感应物理信息并生成可测量的电信号的仪器，比如热电偶和电阻式测温计（RTD）可以把温度转变为ADC可测量的模拟信号，其他仪器比如应力计也可以测量力的参数，在所说的各种情况下，传感器都可以生成它们所检测的物理量呈比例的电信号。信号调理能够通过提高信号的信噪比来尽量减少外界传来的干扰信号给测量带来的影响，它的处理能力直接影响到对数据进行分析的结果，这些信号只有在经过信号的调理之后才能被允许进入到采集系统。信号调理的方法有放大、衰减、加窗等。数据采集设备与已经通过信号调理后的信号相连接。NI的数据采集设备支持的总线类型包括PCI、PCI Express、PXI、PCMCIA、USB、CompactFlash、Ethernet以及火线等各种总线。数据采集卡的功能包括模拟输入与输出、数字I/O、触发采集和定时I/O。数据采集系统的主要任务采集原始信号，其主要组成部分有多路开关、放大器、采样/保持器以及A/D转换器，此四个部分处于PC的前向通道。数据采集卡在实现自身功能之前必须，必须根据用户自身需求来进行参数设置，此为其软件驱动，需设置的参数有设备号及地址码，除此之外还有模拟输入部分的设置顶，包括信号的输入方式、增益的选择和量程的选择，另外还有A/D转换部分的设置顶，包括信号输入通道号、采样点数和采样速率的设置。数据采集卡的结构图如图4所示。 图4 数据采集卡的结构图而文中由于缺少硬件支持，故而只应用了软件设计，利用的是LabVIEW自带的丰富的数据采集函数库（位于Function-Programming AGaphi&Sound sound子模块中）来实现数据采集任务，调用了Acquire.vi、Configure.vi等函数实现信号的采集。3.1.2 触发控制模块虚拟示波器的触发控制模块的输入端有两路波形数据输入（通道A、通道B）、触发极性（单触发、双触发）、触发电平、触发源输入（立即触发、通道A、通道B）。程序运行时，根据用户触发源的选择分别执行相应的case，该过程运用到了子程序“触发电平.vi”。3.1.3 时基控制模块在虚拟示波器中，为了保证能够对输入的信号采集到足够数量的采样值，并且确保能在正确的时刻采集到所有的采样值，这里就需要用到时基控制模块。由采样速率=1/采样间隔、采样间隔=实际设置（s/格）/采样点数这两个公式，设置每个采样点数，即可得到时基设置值。3.1.4 参数测量模块参数测量模块包括峰峰值、频率以及实现双通道信号采集时的相位差测量并显示结果。3.1.5 频谱分析模块 频谱分析模块主要用来观察波形的幅值谱，它能把复杂的信号分解成单一的频率成分，所以那些不能在时域分析中分析的信号，在频谱分析中就能清楚地观察到。 3.1.6 波形显示模块软件提供五种显示模式：u A、B、A&B模式：选择A和B，任意显示某一通道或两通道输入信号的波形。u XY模式：两个通道都打开，显示李沙育(Lissajous)图形、测量相位差或频率。u AB，AB模式：两个通道都打开，显示两通道信号代数相加以及相减后的波形。u A&A积分：通道打开，显示A信号和A信号对采样间隔的离散积分的波形。u A&A微分：通道打开，显示A信号和A信号对采样间隔的离散求导的波形。3.2 总体前面板设计 前面已经把设计虚拟数字示波器所需要的各个模块都做了简单介绍，通过选取各个模块所需的控件，将这些控件放置好，因为虚拟仪器的前面板是直接面向最终用户的，所以在放置各个控件的时候需要注意其简洁与美观，当然，这种简洁与美观要以能实现课题所要求的功能为前提条件。经过一番选择与放置，总体前面板如图5所示。 图5 虚拟双踪示波器前面板3.2.1 波形显示控制部分波形显示控制部分可以控制波形在波形图上更好的显示出来，可以改变通道A、通道B的幅值，拨动相应旋扭波形图上每一个单位表示的电压值；改变时基控制的扫描率，拨动时间按钮来决定每一个单位表示的时间。诸如此类的操作最终都是为了让波形更直观地显示在前面板上。通过子VI程序的功能来控制输出电平和幅度的改变；通过获取波形成分、触发和创建波形来控制输出的频率；通过设计一个子程序来实现多路波形的叠加。这些控制部分如图6所示。 图6 波形显示控制部分前面板3.2.2 输入信号测量值的显示部分点击前面板上相应的按钮来改变用户想要改变的参数值，比如通道的选择、触发源的选择、极性、模式的改变等，拨动相位旋钮改变相位，条件扫描率控制波形的快慢，最后还可以对波形进行频谱分析。其前面板如图7所示。 图7 测量参数显示部分前面板3.2.3 数据存储与读取部分得到波形之后对波形进行处理，按下写盘按钮，弹出一个对话框，确定写入文件名，选择存储文件路径，再按下读盘按钮，同样弹出一个对话框，输入文件名，选择读取文件路径。这部分前面板设计如图8所示。 图8 数据存储与读取3.2.4 波形打印部分当波形在前面板显示出来结果之后，可以按下波形打印的按钮进行波形打印。其前面板如图9所示。 图9 波形打印部分前面板 按下波形打印按钮会弹出如图10的图框。 图10 波形打印 4 数字示波器后面板设计4.1 后面板所需模块4.1.1 波形显示模块 前面说到波形显示控制部分的原理，并设计展示了其前面板，所以相应地也设计并展示了其后面板，这里通过前面数据采集部分接收到各种参数测量值，比如电压值和扫描周期，再在函数选板中选择了捆绑函数，捆绑函数它可以改变现有簇中独立元素的值，而无需为所有元素指定新值，还能调整函数的大小，显示新簇中元素个数，如果现有簇连线簇输入端，则不能调整该函数的大小，创建新簇时，必须连线所有的输入，输出簇中的元素顺序必须与输入元素一致，连线现有簇至函数中间的接线端时，输入为可选。LabVIEW仅替换连线的簇元素，得到各种数据，再经过数据的处理与分析，最后在前面板显示出波形。其程序框图如图11所示。 图11 波形显示控制部分程序框图4.1.3 输入信号测量值模块通过对输入信号测量值控制部分的前面板的设计，其程序框图的设计也相应地设计出来了。输入信号测量值模块的程序框图选用了索引数组，索引数组它可以调节函数的大小，再一个还用到了选择函数，所谓选择函数就是用来根据用户的需要对通道进行选择，最后通过测量将结果显示在前面板上。参数测量模块主要包括Vrms等12个电压参数和频率、周期等7个时间参数的测量并显示其测量结果，主要对交流电压AC、直流电压DC、采样周期、峰值电压、均方根电压、最大电压、最小电压、最大压差、上升时间、下降时间等参数进行测量。主要节点有均方根节点、平均值节点、交直流分量估计节点、脉冲参数节点。其程序框图如图12所示。 图12 测量参数模块程序框图4.1.4 频谱分析模块 傅里叶变换是是数据和信号处理的一种重要分析工具，它能讲时域和频域的信号结合起来，其中大部分信号都是实数，所以在这里我们采用LabVIEW高级程序分析库中的Real FFT VI，采用单边傅里叶变换。这里选用了一个选择函数来选择通道，以分析所选通道的数据，选择一个索引数组来调节函数的大小，再通过一个创建波形图然后对各种参数值进行分析，这个时候再解除捆绑函数，单独对各数值进行分析，然后通过一个频谱单位转换函数来转换功率谱、幅值谱或增益（幅值比）谱，在包括Log(分贝和dbm)和谱密度在内的各种格式间切换，利用功率及频谱估计函数计算时域信号在功率谱中的峰值频率附近的估计功率和频率，最后再对所有测量到的参数值进行再次捆绑，得到频谱分析结果。其程序框图如图13所示。 图13 频谱分析模块4.1.5 数据采集模块 LabVIEW环境下需要安装硬件驱动程序，否则将不能直接对硬件数据采集卡进行驱动，这个时候就需要用到动态链接库，此时需要调用DLL。LabVIEW自带的很多复杂的函数，比如数据采集、硬件驱动以及数据处理，终究都是利用了DLL的调用机制。动态链接库是程序在运行时链接库的一种实现机制，函数库存储在它自身的文件中，并不被编译到应用程序的可执行文件中去，而DLL则在运行程序时才被链接，文中用到的板卡已经有动态链接库，直接调用即可。其程序框图如图14所示。 图14 数据采集模块4.1.6 数据存储与读取模块Labview自带丰富的文件操作函数库，方便对文件的读写(I/O)操作与控制。在数据存储的前面板放置输入数值，并与写盘”按钮相对应，按下写盘”按钮会弹出一个文件存储对话框，要求用户输入存储文件名并选择存储路径，这样，一个文件的存储操作就完成了。接下来就是读盘了，一样需要设置读取的文件名并选择数据文件路径。其程序框图如图15所示。 图15 数据存储与读取模块4.1.7 自动扫描控制模块自动扫描模块运用多次比较函数来测量扫描率。此模块可以选择自动控制模式或者手动控制模式，由用户自己选择。其程序框图如图16所示。 图16 自动扫描控制模块4.2 总体后面板设计每个VI程序的前面板都对应着一段框图程序，可以把它理解成传统程序的源代码。所有VI源程序的框图都是由节点（Nodes）、端子、图框和连线（Wines）四种元素组成。其中，端子用来传递前面板的控件和指示器之间的数据；节点用来实现函数和功能调用；图框用来实现结构化程序控制命令；连线表示程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流向。前面第三章和第四章已经对所有模块的前面板和程序框图进行了设计，并且保证了程序的正确无误，最后设计出了总体的后面板即总体程序框图，程序框图从上到下、从左到右分别是数据存储和读取模块、参数测量模块、打印当前波形模块、手动/自动切换按钮模块、数据采集模块、频谱分析模块、波形显示模块、自动扫描控制模块。如图17所示。 图17 虚拟双踪示波器总体设计框图 5 虚拟数字示波器的仿真与调试5.1 虚拟数字示波器的仿真如果总体的前面板和后面板的设计都已经完成了，并且没有出现错误的话，那么在虚拟仪器的工具栏上有一个代表运行的箭头符号，此时它就会呈现出透明的状态，即表示程序没有语法错误，可以执行。如果代表运行的那个箭头符号呈现的是断裂的虚拟箭头，则表示程序存在语法错误，不能运行，这个时候需要点击断裂的虚拟箭头，弹出错误的提示并对其进行修改，直到运行的箭头显示为透明的，方可运行并进行调试。箭头旁边会有一个灯泡样的按钮，为“高亮执行”按钮，点击它变成高亮形式，再点击运行，程序就会以较慢的速度运行，没有被执行的代码呈灰色，已经被执行的代码则高亮显示，并显示数据流线上的数据值。正在执行中的程序是不能进行编辑操作的，点击进入前面板可观察波形的输出结果。5.1.1 正弦波与三角波的仿真完成了虚拟数字示波器的设计后，为了验证其功能是否完好，能否达到课题的要求，需要将程序进行仿真。将通道A信号类型选择为正弦波，通道B信号类型选择为三角波。5.1.2 通道的选择以及频谱分析设置通道A信号类型为正弦波，通道B关闭，同时设置通道A扫描率5kS/s，其他数值保持一致，然后在前面板点击运行按钮进行仿真，其仿真结果如图18所示。 图18 通道A正弦波，通道B不加载波形此时，通道A波形显示的频谱分析图如图19所示。 图19 通道A频谱分析 设置通道A关闭，通道B信号类型为三角波，同时设置通道B扫描率为2kS/s，其他数值保持一致，然后在前面板点击运行按钮进行仿真，其仿真结果如图20所示。 图20 通道A部加载波形，通道B三角波此时通道B波形显示的频谱分析图如图21所示。 图21 通道B频谱分析设置通道A信号类型为正弦波，通道B信号类型为三角波，此时波形可实现叠加，同时设置通道A与通道B扫描率一致，均为2kS/s，其他数值也都一样，然后在前面板点击运行按钮进行仿真，其仿真结果如图22所示。 图22 通道A正弦波，通道B三角波此时通道A和通道B的频谱分析图如图23所示。 图23 通道A和通道B的频谱分析5.2 结果分析文中虚拟函数示波器的设计通过运行程序基本可以实现课题所需，其主要功能如下：(1) 实现双踪。 (2)波形显示，其电平幅度可调节、扫描周期可选择以及触发控制等。(3)实现仿真。在课题的设计中也遇到了不少问题。在程序调试过程中发现，如果直接点击运行程序，在前面板并没有观察到任何波形的输出，最后通过同学的帮助，发现原来是没有选择高亮显示执行过程，在后面板执行箭头的旁边有一个灯泡形状的按钮即为高亮显示执行过程按钮，只要先点击此按钮，再点击执行按钮，就可以在前面板观察到各波形的输出显示，此时程序就会以较慢的速度运行，没有被执行的代码以灰色显示，而执行了的代码则以高亮显示，并显示数据流线上的数据值，这样就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执行。其次，在选择通道A条件结构的“假”分支时，因为此选项表示不输出波形，所以没有选择输出隧道，这个时候系统提示出现错误，点击错误提示可以看到这个错误显示输出隧道未赋值，刚开始不懂到底是什么意思，后来经过查资料和请教同学，最后发现是因为条件结构中多个分支的输出隧道为公用输出，仅执行结构的某一帧，各个帧必须给所有的输出赋值，在没有赋值的情况下必须选择默认才能顺利执行程序。其解决的方法是右键单击隧道并选择“未连线时使用默认”，这样就可以解决此问题了。再其次，中间还出现了一个小问题，就是执行程序后得到的波形显示不完全，后来发现是波形的频率和幅值太大，以致于观察不到完整的波形，只要调节波形的频率和幅值以及波形最大值和最小值即可。最后，在幅值测量过程中产生了错误，错误显示“输入波形的大小为0”，这个问题卡在这里很久，找不出原因，也找不到解决办法，在一番搜索和询问下，才明白了问题所在，是因为这个函数测量模块在波形输入为0的状态下就会产生错误，解决的方法其实很简单，只要将它替换成波形测量里面的“幅值和电平测量”子VI，此时这个子VI在输入波形为0时就可以满足输出幅值电平为0。96 结束语根据课题的任务和要求，利用LabVIEW设计了一款虚拟数字示波器。论文从虚拟仪器技术、 LabVIEW图形化工作平台以及数字示波器的原理出发，构思并设计了一个虚拟示波器所需要的程序框图，通过其前面板与后面板的设计最后完成了课题所要求实现的功能。文中主要设计了虚拟数字示波器的以下几大模块：1. 波形显示模块：控制波形在波形图上更好的显示出来，通过改变前面板上测量参数的按钮可观察到波形的变化。2. 参数测量模块：主要对交流电压AC、直流电压DC、采样周期、峰值电压、均方根电压、最大电压、最小电压、最大压差、上升时间、下降时间等参数进行测量。3. 频谱分析模块：观察波形的幅值谱，把复杂的信号分解成单一的频率成分，采用LabVIEW高级程序分析库中的Real FFT VI执行程序，采用单边傅里叶变换。4. 数据采集模块：采集原始信号，其性能指标直接影响数字示波器采样速率、精度等主要性能指标。最后论文主要完成了虚拟双踪示波器的设计，实现了波形显示、通道选择、电平幅度调节、扫描周期选择、频谱分析以及触发控制等功能，最终成功实现仿真并且对仿真结果作出了分析。课题实践表明，在计算机的强大功能的帮助下，利用LabVIEW的图形化编程语言，可设计并且制作出这样操作简单方便，界面美观简洁的虚拟数字示波器。它远远超越了传统仪器，不管是在功能方面还是外观方面。传统仪器功能固定化、仪器笨重、不易移动、技术更新慢且耗费的资金巨大；而利用LabVIEW制作出来的仪器，其功能的可扩展性高、运行速度快、开发时间短，可维护性好，只需要不断更新软件即可满足功能扩展的需求，而且实现了用户自定义的功能。虚拟仪器技术是测试和测量领域未来的发展方向，它的诞生打破了传统仪器固有的制作空间，彻底改变了这种局面，具有极好的发展前景和极大的经济效益。设计虽然完成了课题所要求实现的功能，但是仍然存在一些不足的地方需要完善。参考文献1 陈锡辉,张银鸿.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通M北京：清华大学出版社，2007.25-5569Chen XiHui，Zhang Yin Hong.LabVIEW8.20 Programming from entry to the masterM. 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