基于LabVIEW的虚拟示波器的设计与实现111

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，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。虚拟示波器的波形打印、暂停等功能也为仪器的使用带来了方便。参考文献【１１刘君华．基于ＬａｂＶｌＥＷ的虚拟仪器设计【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００２．【２】陈锡辉，张银鸿．ＬａｂＶＩＥＷ８．２０程序设计从入门到精通【Ｍ】．清华大学出版社，２００７．【３】廖开俊，刘志飞．虚拟仪器技术综述【Ｊ１．国外电『．测量技术，２００２．１４】李梅，陈玉东．基１二虚拟仪器技术的电子信息类课程的教学实验平台【Ｊ】．实验室研究与探索。２００５．［５１余小燕．基下ＬａｂＶＩＥＷ的虚拟仪器进人实验教学的研究【Ｊ】．煤炭技术，２００３．【６１虚拟示波器的设计．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｖｒｖｉ．ｃｏｒｎ／．图１虚拟示波器的结构框图２４科技创新导报ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖｅｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ图２虚拟示波器软件结构框图万方数据基于LabVIEW的虚拟示波器的设计与实现作者：刘恩华作者单位：江苏信息职业技术学院,江苏无锡,214061刊名：科技创新导报英文刊名：SCIENCEANDTECHNOLOGYINNOVATIONHERALD年，卷(期：2008，(20被引用次数：0次参考文献(6条1.刘君华基于LabVIEW的虚拟仪器设计20022.陈锡辉.张银鸿LabVIEW8.20程序设计从入门到精通20073.廖开俊.刘志飞虚拟仪器技术综述[期刊论文]-国外电子测量技术20024.李梅.陈玉东基于虚拟仪器技术的电子信息类课程的教学实验平台[期刊论文]-实验室研究与探索20055.余小燕基于LabVIEW的虚拟仪器进入实验教学的研究[期刊论文]-煤炭技术20036.虚拟示波器的设计相似文献(10条1.期刊论文孟虎.李将渊.汤永怀.郭德鹏.MENGHu.LIJiang-yuan.TANGYong-huai.GUODe-peng基于LabVIEW8.0的pH电位滴定虚拟仪器-分析科学学报2009,25(6运用离子选择性电极、调理电路、DAQ卡和计算机,构建了基于LabVIEW8.0的电位滴定虚拟仪器,实现了电位滴定实验数据的自动记录和自动处理.将该虚拟仪器应用到乙酸等的电位滴定实验表明,实验结果相对标准偏差小于0.65%,提高了实验结果的重现性和准确性;且虚拟仪器界面友好、操作简便、实时绘出滴定曲线,自动处理数据及即时得到结果.2.期刊论文凌锋.LingFeng基于LabVIEW的网络化虚拟仪器实验与教学管理系统的设计-丽水学院学报2009,31(2介绍了虚拟仪器在实验教学中应用的先进性和必要性,详细阐述了基于LabVIEW的网络化虚拟仪器实验教学管理系统的实现方法.通过建立虚拟仪器实验系统,结合数据库和网络技术建立数据库,开发网络化的虚拟实验管理系统,充分发挥了虚拟仪器的优势,最大限度地实现了硬件资源共享.以一个用当今流行的虚拟仪器开发软件LabVIEW开发的虚拟仪器实验系统为例,分析了网络化的虚拟仪器在实验教学中的优势.3.期刊论文李光明.崔博丽.李颀.LIGuang-ming.CUIBo-li.LIQi构建基于LabVIEW的网络化虚拟仪器系统-化工自动化及仪表2010,37(11针对Internet环境下实现虚拟仪器资源共享的问题,提出一种面向服务的虚拟仪器网络架构.鉴于网络化虚拟仪器测控系统的特殊性要求,采用C/S与B/S的混合网络模型.以LabVIEW中WebServices技术为依托,搭建了虚拟仪器Web服务系统,并且测试成功.这将在构建基于Internet的分布式虚拟仪器系统中得到很好的应用.4.期刊论文龚为进.蔡建安.GongWeijin.CaiJianan基于Labview技术气浮虚拟仪器的开发-计算机测量与控制2005,13(6介绍了虚拟仪器的概念及其软件开发环境Labview的特点,以Labview软件为平台开发建立溶气气浮工艺的虚拟仪器,虚拟仪器采用循环结构,迭代运行,能解决具有交互作用的多控制底物问题,虚拟仪器的控制界面模拟传统的控制仪表,仿真运行,其工艺、环境和设备参数可直接选择,虚拟仪器实现对真实气浮工艺的模拟,可应用于实验教学、可视化设计,节约了实验成本;虚拟仪器配备数据采集卡,可实现在线监测和自动控制功能.5.期刊论文李将渊.吴其俊.王文彬.李元文.LiJiangyuan.WuQijun.WangWenbin.LiYuanwen基于LabVIEW8.0DataSocket技术的远程监测化学虚拟仪器系统-计算机与应用化学2006,23(12利用互联网实现远程测控是虚拟仪器发展的主流方向.作者设计制作了基于LabVIEW8.0的现场温差测量的化学虚拟仪器和远程监测平台,运用LabVIEW的DataSocket(DS技术,通过网络组建了基于LabVIEW8.0远程监测化学虚拟仪器系统,实现了远程监测多台现场温差测量化学虚拟仪器的自动数据采集、实时显示,以及远程操控各现场测试数据的本地和异地存储、在线报警、终止现场采集等,并可进行远程数据分析与处理,实现了远程共享化学虚拟仪器资源与设备.6.期刊论文谢国善.熊鹏俊.XieGuoshan.XiongPengjun基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究-舰船电子工程2010,30(10文章介绍了基于LabVIEW软件虚拟仪器的技术特点和设计方法.虚拟仪器的关键技术是应用软件,仪器的主要功能多是由软件来实现的,所谓"软件即仪器".目前武器装备多采用单一模拟器技术,无法真正实现装备的实际性能,对部队战斗力提高有非常大的阻碍.使用虚拟仪器不但可以节约大量模拟设备的经费投入,而且能够提高部队训练的质量与效率.与目前大多数模拟设备相比,虚拟仪器能够让武器装备使用人员主动参与武器装备的生产过程甚至是设计过程,有利于使用者进行主动和探索式学习,成为部队战斗力的倍增器.7.期刊论文陈晓玲.师学明.刘迎.CHENXiao-ling.SHIXue-ming.LIUYing基于LabVIEW的声卡虚拟仪器性能测试与实验-实验室研究与探索2010,29(1基于LabVIEW平台开发了笔记本声卡虚拟仪器采集子系统,用信号发生器的标准信号为输入信号,对笔记本声卡虚拟仪器采集的数字信号进行了傅里叶变换与分析,提取了信号的频率和幅值,制作了信号的幅频特性图.测试结果表明:输入信号频率在0.003～48kHz时,笔记本虚拟仪器采集的信号频谱与理论信号的频谱基本一致,误差小于2%,而小于3Hz或大于48kHz后采集信号的频谱误差显著增大,信号失真;输入信号幅值衰减为-3dB时的频率为0.003～44kHz.声卡虚拟仪器的这种宽频带特性,给基于声卡声波测深、振动信号测试、实验室教学用虚拟仪器的研究与开发提供了一个高性能的采集平台.8.期刊论文张金涛.刘士奎.余有龙.ZhangJintao.LiuShikui.YuYoulong基于Labview的GPIB总线虚拟仪器研究-哈尔滨师范大学自然科学学报2005,21(1Labview是当今最为流行的虚拟仪器开发平台,本文介绍了基于Labview的GPIB总线的虚拟仪器及其对软硬件的要求,结合锁相放大器的二次开发实例,系统描述了虚拟仪器开发的一般过程.与原有仪器相比,Labview下的GPIB总线虚拟仪器最突出的优点是不需要额外的数据采集卡就可以完成数据的实时采集,并将实验结果保存起来,便于数据的后续处理,极大地扩展了原有设备的功能.9.期刊论文周渡海.陈一民.ZHOUDuHai.CHENYiMin基于DSP技术和LabVIEW虚拟仪器的FFT频谱分析仪-微型机与应用2010(13提出一种基于虚拟仪器LabVIEW的FFT频谱分析仪的设计,分析了DSP技术在虚拟仪器中的应用.在深入研究DSP处理系统的基础上,开发了基于DSP技术以及USB总线的虚拟式FFT频谱分析仪,具有设计新颖、实用性强的特点.10.期刊论文吕飞龙.陈照章.黄永红.LVFEILONG.CHENZHAOZHANG