[毕业设计精品]基于labview的虚拟双踪示波器的设计

摘要示波器是科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。虚拟数字存储示波器是虚拟仪器技术的一种具体应用，主要由数据采集、数据处理和结果显示三大部分组成。其中，数据处理和结果显示由计算机软件系统来完成，只有数据采集是在软件的控制下由硬件来完成。本文主要利用功能强大的图形化虚拟仪器开发平台LabVIEW，完成虚拟双踪示波器的设计。本设计采用模块化的设计思想，将每个功能均由一个模块来完成。其中主要包括由信号发生、触发控制和采样控制组成的数据采集模块，由滤波、频谱分析、加窗处理和波形存储及回放组成的信号分析及处理模块，时基控制的波形显示模块。数据处理和结果显示都是由计算机软件系统来实现的，而数据采集则是在软件的控制下由硬件来完成的。本文所设计的虚拟示波器除具有通用功能外，又g1260g1122g7234通示波器，具有g14270g17535的g1260g9869，g3926滤波、频谱分析、波形的存储和g16855用，其成本g1314g5277，功能g2499g7693据应用的g19668要g993g7041g3332g6205g4649。g7380g2530g4557虚拟示波器g17839g15904g1114系统g8991g16809和g5627能分析，实g20576结果g17810g2052g1114g20056g1820的设计要g8726。关键词：虚拟仪器，虚拟双踪示波器，LabVIEWa1a0a2a3a4a5a6a7a5a8a9a10a11a12a13a14a15a17a18a16a20IIABSTRACTIIIABSTRACTScopeofscientificresearchandengineeringdesignisawidelyusedgeneral-purposeequipment.VirtualDigitalStorageOscilloscopeisakindofvirtualinstrumenttechnologyspecificapplication,mainlybythedataacquisition,dataprocessingandtheresultsshowedthreemajorcomponents.Amongthem,thedataprocessingandresultsaccomplishedbythecomputersoftwaresystem,onlythedataacquisitionisunderthecontrolofthesoftwarefromthehardwaretocomplete.ThispapermainlyusingpowerfulgraphicalLabVIEWvirtualinstrumentdevelopmentplatform,completedthedesignofvirtualoscilloscopedoublesteps.ThisdesignUSESthemodulardesignthought,willeachfunctionallbyamoduletocomplete.Includethesignalhappenandtriggerthecontrolandsamplingcontrolthedataacquisitionmodule,composedbyfiltering,spectrumanalysis,addwindowtreatmentandwaveformstorageandplaybackofsignalanalysisandprocessingmodule,thetimebasecontrolofthewaveformdisplaymodule.Dataprocessingandtheresultsshowedthataremadebycomputersoftwaresystemtoachieve,andthedataacquisitionisunderthecontrolofthesoftwarebythehardwaretofinish.Inthispaper,thedesignofvirtualoscilloscopeisinadditiontothegeneralfunction,andbetterthantheordinaryoscilloscope,whichhasitsownadvantages,suchasfiltering,spectrumanalysis,waveform,thestorageandcalllowcost,accordingtotheneedsofthefunctioncanbeusedcontinuouslyexpanded.Atlastthevirtualoscilloscopesystemtestandperformanceanalysis,theexperimentalresultstoadvancedesignrequirements.KEYWORDS:Virtualinstrument,Virtualoscilloscope.Weredouble,LabVIEWa1a0a2a3a4a5a6a7a5a8a9a10a11a12a13a14a15a17a18a16a20IVa21a19V目录g20g13502g16782g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g20g17g20g19394g20076的g6564g1998及g16850g20076研究g5859g1053g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g20g17g21虚拟仪器g8022g17860g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g21g20g17g22虚拟仪器的现g10378g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g26g20g17g23本研究的g1881g4493g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g28g21虚拟示波器的基本g2419理g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g20g21g17g20示波器的结g7512g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g20g21g17g21示波器的波形显示g2419理g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g21g21g17g22虚拟示波器的工g1328g2419理g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g23g22系统设计g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g26g22g17g20硬件设计g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g27g22g17g21软件设计g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g28g22g17g21g17g20LabVIEWg13546程g10627g3671g1183g13473g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g20g28g22g17g21g17g21软件g13546程g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g21g21g22g17g22信号分析及处理设计g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g21g24g22g17g22g17g20波形存储及g16855用g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g21g28g22g17g22g17g21数据存储g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g17g21g28g22g17g22g17g22数据回放g17g17g17g17g17g17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18339g19668g8726。从g1120g2325g1002g13438g2033g2052g1128g2325g5192g1207g5050g2503，g8991g18339理g16782、g7053g8873g994g11017g4388技术、控制技术相结合，g1998现g1114以g16772g5417仪和示波器为g1207g15932的g11017g4388仪g15932。g1128g2325g5192g1207以g2530，g19555g11540g7242体g12661和集成g11017g17347的g1998现以及应用g11017g4388技术的发g4649，数字技术成功g3332应用g2052g8991g18339仪器。g983g2325g5192g1207g2033，g1998现g1114智能仪器。智能仪器是将g5506机置g1122仪器g1881部，使仪器具有控制、存储、运算、逻辑g2040g7041及g14270g2172操g1328等智能g10317g9869，并在g8991g18339g1946确g5242、g9801g6947g5242、g2499靠g5627、g14270g2172化程g5242、运用能g2159及g16311g1927g8991g18339技术g19394g20076g9157g5242和广g5242等g7053g19766都有明显的g17839步。这种g1881置g5506处理器的仪器，g7094能g17839g15904g14270g2172g8991g16809又能完成数据处理，g2499g2474g1207部分的g14053g2159g2183g2172。g1306在数字化仪器和智能仪器g19466g8585基本g990g8821有g6682g14085g1268统仪器g18039种独g12447使用、手g2172操g1328的模式，难以g14000g1231g7368g3809g7446、g3822g1231g2165的g8991g18339g19668g8726。为g16311g1927这样的g19394g20076，g5647g13459式仪器g994系统应运而生。人们发明制造g1998g38g36g48g36g38、g53g54g21g22g21和g42g51Ig37(即IEEEg16g23g27g27)等g3822种仪器通讯g6521口g5647g13459，用g1122将g3822台智能仪器g17842在一起，以g7512成g7368g3809g7446的g8991g16809系统。g1306在g3809g7446的g5647g13459式仪器系统中还有g16780g3822重g3809的部件g6122功能g2345g1815，g3926g19202g11436、g38g53g55、存储器等。g20g28g27g26g5192，美国的g5812g7234和g8900g1823等g24家公司在Vg48Eg5647g13459的基础g990，g13864合g6564g1998g1114一种g7044型g5647g13459系统g252g252Vg59Ig5647g13459。由g1122g4439的g7643g1946基g1122开放g5627g2419则，又具有结g7512g13051g1957、数据g2546g2532能g2159强、定时和g2528步g12946确、模块g2499重g3809利用，g5468g5567g5483g2052g1114广泛的应用。g4600其是在组g5326中、大g16280模g14270g2172g8991g18339g8991g16809系统，以及g4557g17907g5242、g1946确g5242要g8726g17751g20652的场合，有g11540其g4439仪器系统g7092g8873g8616拟的g1260g2195。g20g28g28g26g5192g49l公司g6524g1998g1114一种g7044的仪器g5647g13459g7643g1946g51g59Ig5647g13459g7643g1946。相g4557Vg59I仪器，g51g59I仪器具有成本g1314、便g1122组成便g6670式g8991g16809系统等g1260g9869。这些以g51g38为核心、由g8991g18339功能软件g6915g6357，具有虚拟控制g19766g7507、必要仪器硬件和通信能g2159的g51g38仪器g6122Vg59I仪器就是虚拟仪器。g11017g8991g18339理g16782和技术的g993g7041发g4649、g8991g18339领域和g8991g18339g16278g5577的g993g7041g6311g4649，给g8991g18339仪器仪g15932g6564g1998g1114g7368g20652的要g8726。仪器是g8991g18339的工具，g8991g18339的本g17148是利用仪器仪g15932g14731g5483定g18339g16760g11705的过程，g8991g18339的实现g12175g993开仪器仪g15932，g8991g18339技术的发g4649过程，g1075就是仪器仪g15932的发g4649过程。因而，为适应g8991g18339技术发g4649的g19668要，仪器仪g15932技术g1075g993g7041g3332g17839步和g6564g20652，虚拟仪器就是为g1114适应g8991g18339技术发g4649的g19668要而g1147生并发g4649起来的。a79a47a48a49a80a81a48a49a70a82a48a49a46a47a48a49a83a84a85a86a87a84a85a8620a88a89a90a91a48a49a92a84a85a8619a88a89a24a25a26a27a28a29a30a31a29a32a33a34a35a36a37a38a39a40a22a41a424虚拟仪器利用g51g38机显示器的显示功能模拟g1268统仪器的功能g19766g7507，以g3822种形式g15932g17810g17767g1998检g8991结果，利用g51g38机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，由g41g50g6521口设备完成信号的采集、g16855理和g8991g18339，从而完成g2520种g8991g16809功能。虚拟仪器以g17891明的g7053式，通过软件g4557数据的分析处理、g15932g17810以及图形化用户g6521口，g6238计算机资源(g3926g5506处理器、显示器等)和仪器硬件(g3926g36g18g39、g39g18g36、数字g41g50、定时器、信号g16855理等)的g8991g18339能g2159、控制能g2159结合在一起。虚拟仪器g12373g11784g1114g1268统仪器以硬件为主体的模式。实g19481g990使用g13785是在操g1328具有g8991g16809软件的g11017g4388计算机g17839g15904g8991g18339，g10381g3926操g1328一台虚设的g11017g4388仪器。虚拟仪器的“虚拟”两字主要包g2559以下两个g7053g19766的g2559g1053g726g708g20g709虚拟仪器的g19766g7507是虚拟的虚拟仪器g19766g7507g990的g2520种“图g7643”g994g1268统仪器g19766g7507g990的g2520种“器件”所完成的功能是相g2528的。由g2520种开g1863、按钮、显示器等图g7643实现仪器g11017源的“通”、“g7041”，实现被g8991信号的“g17767入通道”、“放大倍数”等g2454数的设置，以及实现g8991g18339结果的“数值显示”、“波形显示”等。g1268统仪器g19766g7507g990的器件都是“实物”，而且是由“手g2172”和“触摸”g17839g15904操g1328的。虚拟仪器前g19766g7507是外形g994实物相g1699的“图g7643”，每个图g7643的“通”、“g7041”、“放大”等g2172g1328通过用户操g1328计算机鼠g7643g6122g19202g11436来完成。因g8504，设计虚拟仪器前g19766g7507就是在前g19766g7507设计窗口中g6682放所g19668要的图g7643，g9994g2530g4557图g7643的属g5627g17839g15904设置。(g21)虚拟仪器g8991g18339功能是通过g4557图形化软件g8981程图的g13546程来实现的虚拟仪器是在以g51g38为核心组成的硬件平台g6915g6357下，通过软件g13546程来实现仪器的功能。g5415基本硬件确定以g2530，就g2499以通过g993g2528的软件实现g993g2528的功能。用户g2499以g7693据g14270g5061的g19668要，设计g14270g5061的仪器系统，满足g3822种g3822样的应用要g8726。利用计算机丰富的软硬件资源，g2499以大大g12373g11784g1268统仪器在数据分析、处理、g15932g17810、g1268递、存储等g7053g19766的限制，g17810g2052g1268统仪器g7092g8873g8616拟的效果。g4439g993仅g2499以用g1122g11017g4388g8991g18339、分析、处理等领域，而且还g2499以用g1122g17839g15904设备的监控及工g1006过程g14270g2172化。虚拟仪器系统g2499以广泛g3332应用在通讯、g14270g2172化、半导体、航空、g11017g4388、g11017g2159、生化制药、和工g1006生g1147等g2520种领域的g11017g2159工程、物矿勘探、医疗、振g2172分析、声学分析、g6937g19568g16798g7041及教学科研等g3822个g7053g19766。现有的虚拟仪器系统按硬件工g1328平台主要g2499有以g39g36Qg7507卡和信号g16855理为仪器硬件而组成的g51g38g5647g13459的g51g38g16g39g36Qg8991g16809系统，g6122以g42g51g39g22，Vg59I，g54erial和g41ieldbus等g7643g1946g5647g13459为仪器硬件组成的g42g51Ig37系统、Vg59I系统、串口系统和现场g5647g13459系统等g3822种形式。常见虚拟仪器组g5326g7053案g3926图g20g16g22所示:1a23a225a43a44a45a93a94a95a46a47a48a49a96a97a98a99(l)g51g38g16g39g36Q插卡式的VI这种g7053式用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件，便g2499g7512成数据采集和虚拟仪器系统。g4439充分利用g1114计算机的g5647g13459、机箱、g11017源以及软件的便利，其g1863g19202在g1122g36g18g39转换技术。这种g7053式受g51g38机机箱、g5647g13459限制，存在g11017源功率g993足、机箱g1881噪声g11017平g17751g20652、g7092屏蔽、插槽数目g993g3822、尺寸g17751小等缺g9869。g1306因插卡式仪器价格便宜，因g8504其用途广泛，g10317别适合g1122工g1006g8991控现场、g2520种实g20576室和教学部门使用。(g21)并g15904口式的VIg7380g7044发g4649的g2499g17842g6521g2052计算机并g15904口的g8991g16809装置，其硬件集成在一个采集盒里g6122探头g990，软件装在计算机g990，g2499以完成g2520种VI功能。g4439的g7380大g3921处是g2499以g994笔g16772本计算机相g17842，g7053便野外g1328g1006，又g2499g994台式g51g38相g17842，实现台式和便g6670式两用，非常g7053便。(g22)g42g51Ig37g5647g13459g7053式的VIg42g51Ig37(g42eneralg51orposeInterfaceg37us)技术的g1998现使g11017g4388g8991g18339由独g12447的g2345台手工操g1328向大g16280模g14270g2172g8991g16809系统发g4649。典型的g42g51Ig37系统由一台g51g38机，一块g42g51Ig37g6521口卡和若干台g42g51Ig37仪器通过g42g51Ig37g11017缆g17842g6521而成。g42g51Ig37g8991g16809系统的结g7512和命g1208简g2345，造价g17751g1314，主要市场在台式仪器市场。适用g1122g12946确g5242要g8726g20652，g1306a100a101a102a103a104a105a106a107a108a109a110a111a112GPIBa113a114a115a104GPIBa113a114a112a116a117a114a115a104a118a117a114a115a104VXIa115a104a119a120a121a122a123fielda124CANbusa125a126a127a128a129a130a131a132a133a134a135a112a136a137a138a139a130a131a132a123a140a141a142a143a115a104a144a145a146a134a125a147a148a149a150a151a152a153a154a152a155a156a157a158a159a160a161a162a163a164a165a1666g4557计算机g17907率要g8726和g5647g13459控制实时g5627要g8726g993g20652的场合。(g23)Vg59Ig5647g13459g7053式的VIVg59Ig5647g13459是g20652g17907计算机g5647g13459Vg48E在VI领域的g6205g4649，有稳定的g11017源，强有g2159的冷却能g2159和严格的g53g41Ig18Eg48I屏蔽。由g1122g4439的g7643g1946开放，且具有结g7512g13051g1957、数据g2546g2532能g2159强、定时和g2528步g12946确、模块g2499重g3809利用、众g3822仪器厂家g6915g6357等的g1260g9869，g5483g2052g1114广泛的应用。g4439适用g1122组g5326大、中g16280模g14270g2172g8991g18339系统以及g4557g17907g5242、g12946g5242要g8726g20652的场合，g1306Vg59Ig5647g13459要g8726有g999用机箱、零槽g12661理器及g4896入式控制器，造价g8616g17751g20652。(g24)g51g59Ig5647g13459g7053式的VIg51g59Ig5647g13459是g51g38I在VI领域的g6205g4649。这种g7044型模块化仪器系统是在g51g38Ig5647g13459g1881核技术g990增加g1114成熟的技术g16280范和要g8726形成的，具有g3822g7507g2528步触发、g12946确定时的星形触发、相邻模块间g20652g17907通讯的局部g5647g13459以及g20652g5242的g2499g6205g4649g5627等g1260g9869，适用g1122大型g20652g12946g5242集成系统。(g25)g13605g13488g6521口g7053式的VI尽g12661Internet技术g7380g2033并g8821有g13783虑g3926何将g4896入式智能仪器设备g17842g6521在一起，g993过g49I等公司g5061经开发g1114通过web浏览器g16278g8991这些g4896入式仪器设备的g1147品，使人们g2499以通过Internet操g1328仪器设备。g7693据虚拟仪器的g10317g5627，能够g7053便的将虚拟仪器组成计算机g13605g13488，利用g13605g13488技术将分散在g993g2528g3332理位置g993g2528功能的设备g13864系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在g13605g13488g990g5483以共享，减少g1114设备重g3809投资。(g26)Ug54g37g6521口g7053式的VIUg54g37因其在g51g38机g990的广泛使用、即插即用的g10317g5627和Ug54g37g21g17g19g20652g17810g23g27g19g48bitsg18s的g1268g17767g17907率，使其逐渐成为仪器控制的主g8981g5647g13459技术。Ug54g37g6521口被广泛应用，g1075使g5483工程师g2499以g5468g7053便的将基g1122Ug54g37的g8991g18339仪器g17842g6521g2052整个系统中。g1306是Ug54g37在仪器控制g7053g19766亦有一些缺g9869，g8616g3926Ug54g37的g1268g17767g13459g8821有工g1006g7643g1946的g16280格，在恶劣的g10627g3671下，g2499能造成数据的丢失，g8504外，Ug54g37g4557g1268g17767g13459的距g12175g1075有一定的限制。g7092g16782哪种VI系统，都是将仪器硬件搭载g2052笔g16772本g11017g14053、台式g5506机g6122工g1328站等g2520种计算机平台加g990应用软件而g7512成的。一台g5627能g1260良的虚拟仪器g993仅g2499以实现g1268统仪器的所有功能，而且在g16780g3822g7053g19766还有g1268统仪器g7092g8873g8616拟的g1260g9869，g3926使用g9801g8975g7053便、功能丰富、价格g1314g5277、g24