《测控系统现代仪器设计》课程设计--虚拟示波器的设计

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「基于LABVIEW的虚拟示波器设计—虚拟示波器」

「基于LABVIEW的虚拟示波器设计—虚拟示波器」

「基于LABVIEW的虚拟示波器设计—虚拟示波器」虚拟示波器是一种通过计算机软件来模拟传统示波器的工作原理和功能的设备。

它可以用于信号的检测和分析,具有方便、灵活、实时性强等优点。

本文将介绍基于LABVIEW的虚拟示波器设计。

LABVIEW是由美国国家仪器公司(National Instruments)开发的一种基于图形化编程的开发环境。

它可以实现快速的数据采集和处理,适用于各种工程应用。

借助LABVIEW的强大功能,我们可以设计出一个功能完善的虚拟示波器。

首先,我们需要从外部设备中获取信号。

LABVIEW支持多种类型的数据采集设备,如数据采集卡、传感器等。

我们可以通过连接这些设备,将信号输入到LABVIEW中。

LABVIEW提供了丰富的数据采集和处理函数,能够方便地获取并处理输入信号。

接着,我们需要设计一个用户界面,用于显示信号和调节示波器的各个参数。

LABVIEW中提供了多种界面控件,如图表、调节器等。

我们可以根据需要,在用户界面中添加这些控件,并设置相应的属性。

通过LABVIEW的可视化编程方式,我们可以直观地完成用户界面的设计。

在信号显示方面,虚拟示波器需要能够实时地显示输入信号的波形。

LABVIEW提供了图表控件,可以用于显示波形图。

我们可以将获取到的信号数据传递给图表控件,然后设置相应的显示参数,如坐标轴范围、背景颜色等。

这样,用户就能够清晰地看到输入信号的变化。

除了实时显示信号波形外,虚拟示波器还应具备其他功能,如调节触发电平、选择触发方式等。

LABVIEW中提供了丰富的函数库,可以方便地实现这些功能。

我们可以通过在用户界面中添加调节器、开关等控件,并将其与相应的函数进行关联,从而实现示波器的各个参数的调节。

总之,基于LABVIEW的虚拟示波器设计具有很大的灵活性和可扩展性。

我们可以根据需求进行定制,实现更多功能,如频谱分析、数据存储等。

同时,LABVIEW提供了强大的数据处理和可视化功能,能够让我们更加方便地进行数据分析和结果展示。

虚拟示波器的设计

虚拟示波器的设计

虚拟示波器的设计1实验目的(1)学习Waveform Graph的各种复杂功能的使用(2)了解示波器的相关原理及使用方法(3)掌握较复杂的虚拟仪器的设计思想和方法2 实验任务设计虚拟数字万用表基本要求:z设置运行及停止按钮:按运行时,示波器工作;按停止时,示波器停止工作。

z设置图形显示区:可显示两路图形,并可进行图形的上下平移和图形纵向的放大与缩小。

z设置示波器的显示模式:分为单通道模式(只显示一个通道的图形:1通道、2通道),多通道模式(可同时显示两个通道),运算模式(两通道相加、两通道相减等)。

z设置显示的信号类型:分别为交流、地、直流三种。

z设置信号产生模块:分别产生可变频率和幅值的正弦信号、方波信号、三角波信号等。

附加要求(选作):z设置测量功能:可自动测量信号的频率、周期、幅值、上升时间、占空比等参数。

z增加图形显示功能:图形的左右平移和图形横向的扩展与压缩。

3 实验原理虚拟示波器是用LabVIEW软件模拟完成真实示波器的部分功能,程序由虚拟信号源和测量波形显示组成。

程序整体是一个while循环,当电源打开时,示波器工作,当电源开关关闭或者停止按钮按下时,示波器停止工作。

下面是示波器显示功能调整的原理说明:z信号类型选择:是一个case结构,可以通过前面板将信号类型设置为交流、直流或者接地,其中当选择交流信号类型时,需要将输入信号中的直流分量减去。

z通道纵轴缩放:是一个case结构,其数据处理原理是根据缩放设定值对原始信号进行乘或者除运算。

z通道纵轴平移:是一个加法运算,其数据处理原理是根据平移设定值对原始信号进行加法运算,例如若要向上平移1V,则在原信号的基础上叠加1V,若要向下平移1V,则在原信号的基础上减小1V。

z通道模式选择:是一个case结构,根据通道模式的设定值将原始信号直接输出或者经过运算后输出。

4 实验步骤4.1前面板设计图1是前面板的总体视图,分为信号源和示波器显示设置两个功能区。

虚拟示波器设计步骤

虚拟示波器设计步骤

已经完成的《虚拟示波器》毕业设计之一步一步教你怎么做我将就我们的毕业设计(虚拟示波器)向大家介绍一下我们是怎么做的。

有许多地方作的不太好,请大家指点一下。

第一步:采样。

用数据采集卡将外界的模拟信号采集到计算机中来。

NI公司对其全部的DAQ产品提供了专门的驱动程序库,因此,在LabVIEW下应用NI公司的DAQ产品无须专门考虑驱动程序的问题。

其他数据采集卡,需要有针对它的驱动程序。

一般我们所买的数据采集卡,都带有驱动程序(.SYS,.DLL),可以在生产商的网站下载。

如果没有驱动程序也不要紧,只要知道卡的寄存器在计算机中的地址、各位的意义等。

我们可以用LabVIEW的CIN来编驱动,也可以用DLL来写。

DLL一般用VC来做(_inp,_outp等)。

前面所说的是在WIN9X下的,对于WINNT/2000就一定要驱动程序.SYS,或.VXD,这是因为WINNT/2000对系统的保护所引起的,即WINNT/2000不允许一般的应用程序和DLL访问硬件I/O,它们是运行在Rin3级的。

只有运行在Ring0级的.SYS和.VXD才可以访问硬件I/O。

然后有DLL 来和.SYS通信,DLL提供函数接口。

在LabVIEW中调用DLL就可以了。

关于如何创建DLL和在LabVIEW中调用DLL,可以看一看LabVIEW中的手册,LabVIEW6.1/manuals/lvexcode.pdf,英文的。

我翻译了一点,大家可以看一看。

创建一个动态连接库这一节用一个简单的共享库的例子来说明创建LabVIEW所调用的外部代码的三个基本任务。

任务1:在LabVIEW中建立一个函数原形任务2:编译这个.C文件任务3:在外部集成开发环境(IDE)建立一个库工程在例1中:调用在这节中创建的共享库,你将在这里调用所创建的动态连接库。

任务1:在LabVIEW中建立一个函数原形为你的共享库建立一个函数原形,你必须在LabVIEW中建立函数原形,然后填充你的代码的所有细节。

自动化测控技术与仪器 基于labview的虚拟示波器的设计和实现学位论文

自动化测控技术与仪器 基于labview的虚拟示波器的设计和实现学位论文

毕业设计(论文)基于LabVIEW的虚拟示波器的设计和实现系别自动化工程系专业名称测控技术与仪器班级学号5080911学生姓名高尚指导教师吴朝霞2012年6月15日基于LabVIEW的虚拟示波器的设计和实现摘要随着微电子集成技术和微计算机技术的飞速发展,现代虚拟示波器作为一种精密电测仪器得到了更快的发展,其功能越来越强、精度越来越高,而且外形越来越美观。

但现有的虚拟示波器价格普遍偏高,使其应用受到一定限制。

充分利用虚拟现实技术研究功能强大、性价比高的虚拟数字示波器,使之能更好地满足实际应用的需求,具有很好的现实意义。

本文介绍了虚拟仪器的研究背景和意义以及国内外的一些研究进展。

接下来对虚拟仪器总体进行了概述,讨论了虚拟仪器的概念、构成、特点、发展建立了虚拟仪器的基本框架,在此基础上,进行了虚拟示波器的系统设计。

完成了虚拟示波器各模块的详细设计,包括数据采集模块、用户界面模块、频谱分析模块、双通道信号发生模块、波形显示模块和参数计算模块的设计,还讨论了软件设计中的技术问题。

该示波器主要用于电子测量仪器教学,让学生掌握示波器的工作原理、示波器的测试和示波器的主要控键。

设计中我们通过模拟信号发生器产生的多通道信号对多种控制参数进行了设置、实时采集、处理、显示和存储等功能的试验,但在进行硬件试验时并未成功。

另外在程序的繁琐程度,资源的利用率方面仍有改进的需要。

关键词:LabVIEW;示波器;虚拟仪器;采集卡Design and Implementation of the Virtual Oscilloscope Based onLabVIEWAuthor:Gao ShangTutor:Wu Zhao XiaAbstractWith the rapid development of integrated microelectronics technology and microcomputer technology, modern digital storage oscilloscope as a precision electrical measuring instruments to develop faster, more powerful, higher and higher precision, but more and more shapebeautiful. However, the existing digital storage oscilloscope prices are generally high, its application is subject to certain restrictions. Make full use of virtual reality technology is a powerful, cost-effective virtual digital oscilloscope, so that it can better meet the needs of practical application, with good practical significance.This paper introduces the research background and significance of the virtual instrument, as well as some progress at home and abroad. Next on the virtual instrument overall, to discuss the concept of virtual instruments, composition, characteristics, development has established the basic framework of the virtual instrument, on this basis, the system design of the virtual oscilloscope. Completed the detailed design of the virtual oscilloscope module, including the data acquisition module, the user interface module, a spectrum analysis module, dual-channel signal generation module, waveform display module and parameters to calculate the module design, and also discussed the technical aspects of software design.The oscilloscope is mainly used for electronic measuring instruments and teaching, enable students to acquire the works of the oscilloscope, oscilloscope test and the oscilloscope control key. Multichannel signal design, analog signal generator to generate a variety of control parameters, settings, real-time acquisition, processing, display and storage of the test, but during the hardware test did not succeed. In addition, there is still room for improvement in the red tape of the program, the resource utilization needs.Key Words:LabVIEW; oscilloscope; virtual instrument; data acquisition card目录1绪论 (1)1.1虚拟仪器的概念 (1)1.2虚拟仪器的构成 (2)1.2.1 虚拟仪器的硬件系统 (2)1.2.2 虚拟仪器的软件结构 (3)1.3虚拟仪器的特点 (3)1.4虚拟仪器的发展 (4)1.5虚拟示波器及其特点 (6)1.5.1虚拟示波器的分类 (7)1.5.2虚拟示波器工作原理 (8)1.5.3 虚拟示波器的研究现状与发展 (9)2虚拟示波器方案设计 (11)2.1软件及硬件的选择 (11)2.1.1软件的选择 (11)2.1.2硬件的选择 (12)2.2软件设计方案 (16)2.2.1软件设计 (16)2.2.2仪器功能 (17)3 虚拟示波器的软硬件设计 (18)3.1虚拟示波器的总体设计 (18)3.2软件的设计与实现 (19)3.2.1前面板功能设计 (19)3.2.2触发、通道选择程序设计 (21)3.2.3时基、幅值控制模块设计 (22)3.2.4数据存储模块设计 (22)3.2.5数据读取模块设计 (23)3.2.5双通道信号发生器 (24)3.2.5信号测量模块设计 (25)3.3数据采集 (28)4 实验与分析 (30)4.1波形显示 (30)4.2基于虚拟示波器的参数测量 (30)4.2.1 虚拟示波器测量参数的优势 (30)4.2.2 基于虚拟示波器的参数测量的用户界面 (30)4.3基于虚拟示波器的频谱分析 (32)4.3.1 虚拟示波器频谱分析 (32)4.3.2 基于虚拟示波器的相位测量的用户界面 (32)4.4虚拟示波器与传统示波器的精度分析 (33)4.5设计心得 (33)4.6程序调试过程中发现的问题和解决办法 (34)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录 (39)附录A (39)附录B (49)附录C (50)1绪论从20世纪40年代开始,计算机革命给当代社会的发展注入了活力。

虚拟示波器

虚拟示波器

内蒙古科技大学虚拟仪器课程设计说明书题目:虚拟示波器一.简介:虚拟仪器(VI-ViItuaIInstrument)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来,用户可通过友好的图形界面操纵计算机,就像在操纵自己定义、自己设计的单个仪器一样,从而完成对被丈量的采集、处理、分析、判定、显示、数据存储等。

在这种仪器系统中,各种复杂测试功能、数据分析和结果显示都完全由计算机软件完成,在很多方面较传统仪器有无法相比的优点,如使用灵活方便、测试功能丰富、价格低廉、一机多用等,这些使得虚拟仪器成为未来电子丈量仪器发展的主要方向之一。

二.设计题目: 双通道示波器三:设计目的:1、了解虚拟仪器的基本概念;2、熟悉labview软件的操作环境;3、能运用此工具软件编写一些基础程序;4、掌握虚拟仪器程序VI的创建、编程和调试过程;5、了解一些软件与硬件的搭建。

四.设计思想参考:Search Examples》Demonstrations》Instrument I/O》Two-Channel Oscilloscope虚拟示波器是由信号调理器,PCI总线的数据采集卡组成的外部采集系统加上软件构成的分析处理系统组成。

双通道顾名思义有2个通道进行选择所以要设计选择通道,设计频率与幅值调节器。

最后将由函数信号发生器发出的电压信号输出到数据采集卡中,数据采集卡将采集到的数据输入到计算机中并显示处理。

五.实验设计过程1程序框图设计启动LabVIEW8.5,进入程序运行界面,进入程序框图,击右键进行选择:(1)、函数模块基本参数设置在前面板中,击右键,从Express中的数值输入控件中,选择旋钮输入控件,在前面板生成一个相应的控件,左键点住这个控件,同时按住Ctrl键不放,一次拖动复制两个旋钮,并分别命名为“幅值1”、“幅值2”、用同样的方法生成两个转盘并命名为“频率1”、“频率2”,找到如示的“select channel”三向开关控件放在前面板中,它对应的标签值有三个,即自上而下分别是双通道,通道2,通道1,本人在设计的过程中一直打开“即时帮助”按钮,以了解器件的功能并且在连接器件时候更加方便。

基于LABVIEW的虚拟示波器设计

基于LABVIEW的虚拟示波器设计

基于LABVIEW的虚拟示波器设计虚拟仪器是一种使用软件模拟实际仪器功能的工具。

在近年来,随着计算机技术的快速发展,虚拟仪器在各种测量和控制领域的应用越来越广泛。

针对示波器这一重要的测试仪器,本文将介绍如何使用LABVIEW软件设计一个基于LABVIEW的虚拟示波器。

LABVIEW是一款由National Instruments公司开发的图形化编程环境,用于进行数据采集、仪器控制和数据分析等工作。

通过使用LABVIEW,可以轻松地实现各种虚拟仪器的设计和开发。

虚拟示波器是一种具有示波器功能的软件程序,通过采集和显示信号波形,用于检测和分析电路中的信号。

在进行虚拟示波器设计时,需要考虑以下几个关键因素:1. 数据采集:虚拟示波器需要能够采集外部信号并进行处理。

可以使用LABVIEW提供的数据采集模块,例如DAQmx模块,来实现数据的采集和处理功能。

2. 数据显示:虚拟示波器需要能够将采集到的数据以波形的形式显示出来。

LABVIEW提供了丰富的图形化控件,可以轻松实现波形显示功能。

通过使用Waveform Chart或Graph控件,可以将采集到的数据实时显示。

3. 触发功能:示波器通常具有触发功能,用于稳定地观察特定事件。

在虚拟示波器设计中,可以利用LABVIEW提供的Trigger模块来实现触发功能。

通过设定触发条件,可以实现稳定的波形观察。

4.配置选项:虚拟示波器需要提供一些常用的配置选项,例如时间和电压的刻度设置,波形颜色和线型的选择等。

可以使用LABVIEW提供的控件,例如数字输入框和下拉菜单,来实现这些配置选项。

基于以上几个关键因素,下面我们将详细介绍基于LABVIEW的虚拟示波器设计的具体步骤:步骤1:设置数据采集通道。

通过使用DAQmx模块,选择需要采集的数据通道,例如模拟输入通道或数字输入通道。

步骤2:创建界面。

使用LABVIEW的图形化工具,创建一个用户界面,包括波形显示区、触发设置区和配置选项区。

关于虚拟仪器的课程设计

关于虚拟仪器的课程设计

关于虚拟仪器的课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解虚拟仪器的概念、功能及在工程测量中的应用。

2. 学生能够掌握虚拟仪器软件的基本操作流程和使用方法。

3. 学生能够描述至少三种常见虚拟仪器的原理及使用场景。

技能目标:1. 学生能够独立操作虚拟仪器软件,进行基础的数据采集与分析。

2. 学生能够运用虚拟仪器解决简单的实际测量问题,如信号处理、波形分析等。

3. 学生通过小组合作,设计并实施一个简单的虚拟仪器应用方案。

情感态度价值观目标:1. 学生培养对科学研究的兴趣,特别是在工程测量和虚拟仪器领域的探索热情。

2. 学生在学习过程中形成合作意识,培养团队精神和解决问题的积极态度。

3. 学生能够认识到虚拟仪器在现代社会中的重要作用,理解科技发展对生活的影响。

课程性质:本课程为实践性与理论性相结合的课程,旨在通过虚拟仪器的学习,提高学生的动手能力和实际问题解决能力。

学生特点:考虑到学生处于高年级,已具备一定的物理知识和实验操作技能,能够较快地掌握虚拟仪器原理和操作。

教学要求:教师需采用讲授与实操相结合的教学方式,注重引导学生主动探索,鼓励学生将理论知识应用于实践操作中,并通过小组合作培养学生的团队协作能力。

通过具体的学习成果评估,确保学生达到课程目标。

二、教学内容1. 虚拟仪器概述- 定义与分类- 发展历程- 应用领域2. 虚拟仪器原理- 数据采集与处理- 信号分析与显示- 常用算法介绍3. 虚拟仪器软件- LabVIEW软件安装与界面认识- 基本操作与编程- 实例分析与实操演练4. 常见虚拟仪器介绍- 数字示波器- 频谱分析仪- 数据记录仪5. 虚拟仪器应用案例- 简单电路信号测量- 声音信号处理- 小组项目:设计并实施一个虚拟仪器应用方案教学内容安排与进度:第一周:虚拟仪器概述第二周:虚拟仪器原理第三周:LabVIEW软件安装与基本操作第四周:常见虚拟仪器介绍第五周:虚拟仪器应用案例及小组项目实施本教学内容依据课程目标,紧密结合教材相关章节,注重理论与实践相结合,使学生能够系统地掌握虚拟仪器相关知识。

毕业设计---利用虚拟仪器开发虚拟任意波形发生器和虚拟示波器

毕业设计---利用虚拟仪器开发虚拟任意波形发生器和虚拟示波器

摘要随着计算机技术与测量仪器技术的结合,促使了一种新的测量仪器—虚拟仪器的出现。

虚拟仪器是一种功能意义上的仪器,由个人计算机、仪器硬件及应用软件组成。

其基本工作原理是:先通过仪器硬件采集信号,然后通过软件编程来实现数据的显示及测量等功能。

随着网络通信技术的发展,网络化虚拟仪器也应运而生,它是将虚拟仪器技术与网络通信技术相结合,从而实现网络化测量。

本课题利用虚拟仪器开发平台Lab VIEW 和NI公司的数据采集卡设计了虚拟任意波形发生器和虚拟示波器。

虚拟任意波形发生器能够实现任意波形载入、增益控制、直流偏置调节、滤波器状态设置等功能。

虚拟示波器不但具有传统示波器的波形显示控制功能,而且还对传统示波器的功能进行了扩展,实现了参数自动测量显示、波形存储和频率响应分析等功能。

最后,本文总结并以实例说明了Lab VIEW 实现网络通信的几种方法:TCP或UDP通信、Data Socket, Web Server及远程面板技术等。

关键词:虚拟仪器,Lab VIEW,任意波形发生器,示波器,Data SocketAbstractThe combination of computer technology and measure technology make a kind of new measure instrument--virtual instruments. Virtual instruments is a kind of instruments of functional meaning, it is composed of personal computer, hardware and applied software. The basic principle is the hardware acquires singles, then using the software to realize data displaying and measurement. Along with the development of communication and network technology, the networked virtual instruments appeared. Networked virtual instruments implement networked measurement, which is the outcome of virtual instruments integrate with network communication technology.Based on the software Lab VIEW of virtual instrument and data acquisition card of NI, the virtual arbitrary waveform generator and virtual oscilloscope are designed in this thesis. The virtual arbitrary waveform generator has such functions as arbitrary waveform loading, gain controlling, dc offset adjusting, filters setting up. The virtual oscilloscope not only has the functions achieved in traditional scope such as waveform display and control, but also achieves some expanded functions. For example, the parameters can be measured and displayed automatically, the waveform can be saved and the frequency response can be analyzed.Ultimately, this thesis sums up several means of Lab VIEW to realize communication through network such as TCP or UDP communication, Data Socket, Web Server and remote panels technology.Keywords: Virtual Instruments, Lab VIEV, Arbitrary Waveform Generator, Oscilloscope, Data Socket目录第1章绪论 (1)1.1研究背景和课题的提出 (1)1.2国内外研究现状综述 (1)1.3课题的主要工作和本文的主要内容 (2)第2章虚拟仪器及其开发平台Lab VIEW (3)2.1 虚拟仪器 (3)2.1.1 虚拟仪器的概念 (3)2.2.2 Lab VIEW的特点与应用 (3)2.1.3 虚拟仪器的组成 (4)2.1.4 虚拟仪器的分类、应用和发展方向 (5)2.1.5 PXI模块化仪器平台 (8)2.2 虚拟仪器开发平台Lab VIEW (9)2.2.1 Lab VIEW简介 (9)2.2.2 Lab VIEW的特点与应用 (9)2.2.3 Lab VIEW编程 (11)第3章虚拟任意波形发生器的设计 (13)3.1 虚拟任意波形发生器简介 (13)3.2 虚拟任意波形发生器软件编程 (13)3.2.1 虚拟任意波形发生器前面板设计 (13)3.2.2 虚拟任意波形发生器程序框图设计 (16)3.3 虚拟示波器简介 (16)3.4 虚拟示波器的软件编程 (17)3.4.1 虚拟示波器前面板设计 (17)3.4.2 虚拟示波器的程序框图设计 (18)第4章基于虚拟仪器的网络通信技术 (20)4.1 网络化虚拟仪器 (20)4.2 Web Server及远程面板技术 (21)4.2.1 Lab VIEW中的Web Server设置 (21)4.2.2 发布前面板对象 (21)4.2.3 发布HTML文件 (22)结束语 (25)参考文献 (26)致谢 (27)第一章绪论1.1 研究背景和课题的提出20世纪80年代中期NI( National Instruments,即美国国家仪器公司)首先提出了“软件就是仪器"( The Software is the Instrument)这一基于计算机技术的虚拟仪器概念。

虚拟示波器的设计报告

虚拟示波器的设计报告

基于LabVIEW 的虚拟示波器的设计The Design of Oscillograph1设计目的与内容1、掌握利用A/D转换和计算机资源实现示波器的设计方法。

2、设计虚拟示波器。

3、建立NI-DAQmx仿真设备,选择E系列中的NI PCI-6071E数据采集卡的仿真模块,通过DAQmx物理通道识别,产生模拟信号,然后基于LabVIEW开发平台设计实现虚拟示波器。

基本可以实现仪器的性能与可靠性,可以方便的对其编程, 实现对数据的采集、实时显示、数字滤波、截波显示、波形存储、波形回显、频谱分析等多种功能。

2虚拟示波器的软件设计虚拟仪器的软件设计由两部分组成:前面板和流程图。

在前面板,输入用输入控件(Control)来实现,程序运行的结果由输出控件(Indicator)来完成。

流程图是完成程序功能的图形化源代码,通过它对信号数据的输入和输出进行指定,完成对信号采集及分析处理功能的控制。

2.1虚拟示波器的原理及功能虚拟示波器是在传统示波器体系结构的基础上,借鉴其功能原理设计的。

基本原理为:硬件上利用采集卡采集信号,软件上利用NI提供的DAQmx READ采集信号,然后通过‘波形图’进行实时显示。

这就实现了一个最基本的示波器,信号显示后又利用‘写入测量文件’将波形保存为LVM文件。

这就实现了基本的“存储”功能,反之通过‘读取测量文件’可以将LVM读取显示,从而完成“回显”功能。

由于在硬件上是以PC机以及采集卡为基础的,所以本示波器在采样极限速率,带宽,分辨力等参数上受到限制。

而程序响应时间上则依赖于PC的配置以及程序的执行效率。

本次设计的虚拟示波器所包含的功能主要有以下几个方面。

实时显示:通过采集卡采集信号并能对输入信号实时显示在PC机终端上。

数字滤波:采用数字IIR滤波器对信号进行滤波处理并实时显示,同时可以任意设置滤波器的最佳逼近函数类型、滤波器类型、阶次、上下截止频率等参数。

截波显示:即可满足波形的瞬态显示,同时也可以将瞬态波形进行保存。

虚拟示波器 (11)

虚拟示波器 (11)

虚拟仪器课程设计报告题目:虚拟示波器(指导教师:肖俊生)专业:电气工程及其自动化姓名:王天云学号:1067130238班级:10电气二班虚拟仪器课程设计一、虚拟仪器简介虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。

自80年代后期出现以来,已经得到了极大地发展,他的兴起为仪器制造商、仪器用户提供了前所未有的施展各自才能的领域,仪器不再是制造商的独自天下,从而真正体现了“仪器的使用者就是设计者,软件就是仪器”的新观念。

世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节,从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间,并提高了产品开发和生产效率。

使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连,分析数据以获取实用信息,共享信息成果,有助于在较大范围内提高生产效率。

虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。

使用labview开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序,简称为VI。

VI包括三个部分:程序前面板、框图程序和图标/连接器。

程序前面板用于设置输入数值和观察输出量,用于模拟真实仪表的前面板。

在程序前面板上,输入量被称为控制(Controls),输出量被称为显示(Indicators)。

控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上,如旋钮、开关、按钮、图表、图形等,这使得前面板直观易懂。

Labview图形化编程语言的出现终于把人们-尤其是工程师和科学家们从繁杂的编程工作中解放放出来,是他们能够真正专心于自己所关注的事情。

通过labview图形化编程环境,编程者可以像搭积木一样“搭建”所见即所得的程序界面,而程序的执行内容则由一个个表示函数的图标和图标之间的数据流连线构成。

这不仅使得编程者不再需要记忆纷繁复杂的语法和函数原型,更使编写程序的过程与工程师们的思维习惯相符合,从而使编写程序的过程也变得生动起来。

因此,在现代社会能够熟练使用labview编程并解决一些实际问题,将对一个人的发展奠定一个很好的基础,也将称为强大的生存工具。

基于LABVIEW的虚拟示波器的设计

基于LABVIEW的虚拟示波器的设计

基于LABVIEW的虚拟示波器的设计虚拟示波器是一种基于计算机软件实现的示波器,可以通过图形界面显示电压随时间变化的波形。

基于LABVIEW的虚拟示波器,可以利用LABVIEW提供的丰富的图形化编程工具和硬件接口,实现更多功能和灵活性。

设计虚拟示波器的关键是收集、处理和显示波形数据。

基于LABVIEW的虚拟示波器可以通过各种数据采集设备(例如模拟输入IO卡或者USB采集设备)连接到电路中并接收电压信号。

这些设备通常提供了多个输入通道,可以同时采集多个信号。

LABVIEW的硬件接口模块可以帮助用户方便地与这些设备进行交互。

数据采集完成后,虚拟示波器需要将采集到的数据进行处理和显示。

在LABVIEW中,可以使用信号处理的工具包,对采集的数据进行滤波、傅里叶变换等处理,以便更好地展示电压信号的特征。

通过使用LABVIEW的图形显示工具,可以将处理后的数据以波形的形式进行直观的观察。

虚拟示波器不仅仅可以显示波形数据,还可以提供其他功能,例如自动测量、功率谱分析、频率响应等。

通过LabVIEW的功能模块,可以方便地实现这些功能。

例如,可以使用自动测量模块来自动计算波形的最大值、最小值、平均值等指标。

也可以使用频谱分析模块对波形进行频率分析,显示不同频率的成分。

除了显示波形数据和提供其他功能,虚拟示波器还可以提供一些调试和分析工具,以帮助用户更好地理解电路中的问题。

通过在LABVIEW界面中增加控件,用户可以实现诸如光标测量、自动触发等功能。

还可以通过在界面中增加控制按钮,实现波形的暂停、回放等功能,以便用户更好地分析和调试电路。

虚拟示波器的设计需要考虑用户的需求和易用性。

LABVIEW提供了丰富的图形化编程工具和灵活的界面设计功能,可以根据用户的需求进行定制。

同时,LABVIEW还支持导出数据到其他格式,如Excel或者MATLAB,方便用户进行深入的数据分析和处理。

在设计虚拟示波器时,还需考虑性能和稳定性问题。

虚拟仪器课程设计

虚拟仪器课程设计

虚拟仪器 课程设计一、课程目标知识目标:1. 了解虚拟仪器的定义、分类及其在工程领域的应用;2. 掌握虚拟仪器的原理、设计方法和操作流程;3. 理解虚拟仪器与传统仪器的区别及优势。

技能目标:1. 学会使用虚拟仪器软件(如LabVIEW)进行程序设计和数据采集;2. 能够独立设计简单的虚拟仪器系统,完成特定功能的测试;3. 培养学生运用虚拟仪器解决实际问题的能力。

情感态度价值观目标:1. 培养学生对虚拟仪器技术的兴趣,激发其探索精神;2. 增强学生的团队合作意识,提高沟通协作能力;3. 引导学生认识虚拟仪器在现代社会中的重要作用,树立正确的技术观。

本课程针对高年级学生,结合课程性质、学生特点和教学要求,将目标分解为具体的学习成果。

课程旨在使学生掌握虚拟仪器的相关知识,培养其实践操作能力,并在此基础上,激发学生的创新意识,提高其解决实际问题的能力。

通过本课程的学习,为学生未来在工程技术领域的进一步发展奠定基础。

二、教学内容1. 虚拟仪器概述- 虚拟仪器的定义、分类及发展历程- 虚拟仪器与传统仪器的区别及优势2. 虚拟仪器原理与设计- 虚拟仪器的硬件组成与工作原理- 虚拟仪器软件(LabVIEW)的基本操作与编程方法- 虚拟仪器的设计流程与案例分析3. 虚拟仪器应用实例- 数据采集与信号处理- 控制系统设计与仿真- 虚拟仪器在特定领域的应用案例4. 实践操作与项目设计- 虚拟仪器软件(LabVIEW)实操训练- 简单虚拟仪器系统的设计与实现- 团队项目设计、实施与展示教学内容按照上述四个部分进行组织,共计16课时。

其中,理论教学占8课时,实践操作占6课时,团队项目设计与展示占2课时。

教材参考《虚拟仪器原理与应用》一书,结合课程目标和教学大纲,确保内容的科学性和系统性。

教学内容安排和进度如下:第1-2课时:虚拟仪器概述第3-4课时:虚拟仪器原理与设计(一)第5-6课时:虚拟仪器原理与设计(二)第7-8课时:虚拟仪器应用实例第9-12课时:实践操作与项目设计(一)第13-15课时:实践操作与项目设计(二)第16课时:团队项目展示与总结三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合,旨在激发学生的学习兴趣,提高学生的主动参与度和实践能力。

虚拟示波器的设计说明

虚拟示波器的设计说明
综合以上分析,所以选择切比雪夫I型低通滤波器。
切比雪夫I型低通滤波器可以满足在较低阶次实现滤波指标要求,便于设计和实现。该示波器在课本上也有较为详细的介绍,可以作为参见。
以下是切比雪夫I型低通滤波器的确定方法
预先给定通带边界频率 。 是与通带波动有关的一个参数,通带波动 表示成
式中, ,表示通带幅度响应的最大值,而
3、频谱分析功能设计
要用计算机完成频谱分析和其它方面的工作,通常的处理方法是模拟信号x(t)进入数字计算机前先经过数据采集卡(DAQ)中的采样器,将连续时间信号变为离散时间信号,成为采样信号而后再经A/D转换器在幅值上量化变为离散的数字信号。
(1)香农采样定理说明采样频率与信号频谱之间的关系,是连续信号离散化的基本依据。取样定理论述了在一定条件下,一个连续时间信号完全可以用该信号在等时间间隔上的瞬时值(或称样本值)表示。
通过查找资料确立了主要用数据采集卡和labview编程实现的虚拟示波器,参考了很多已经完成的虚拟示波器设计,明确了完成设计要求所需要的模块及功能实现方法。发现几乎都是书本和课堂上讲过的,做的过程类似堆积木,把已知的东西结合起来就能做出更加完善的东西。
这次报告,从一开始的查找资料确定实现方法一直到最后撰写报告,都学到了很多,无论是硬件设施的集成化,还是软件部分的全面智能化都让我认识到我们平时学到的东西很少,所有的功能几乎都能在labview中用相应模块实现,而不是一开始所想的自己设计电路图和测量方法,所以完成这次报告让我觉得更新了自己的对知识的认识。
理想低通信道的最高码元传输速率W=2B (其中W是理想)理想信道的极限信息速率(信道容量)
C = B * log2 N ( bps )
在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax),理论上能不失真的再现原信号,采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5~10倍。
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本文介绍了一种虚拟示波器的设计过程。

首先介绍了数据采集的方法。

下位机采集的数据有温度和电压两种。

通过AD转换模块将模拟电压量转化为数字量实现电压采集,温度采集使用的是18B20温度传感器。

数据采集完成后根据上位机的需求,将相应的数据通过串口发送给上位机显示。

然后进行上位机界面设计。

上位机是用LabVIEW设计的,在接收到下位机传过来的数据后将其以波形的形式显示出来,从而实现了示波器的功能。

最后给出了本次设计的一个应用实例。

关键词:虚拟仪器;示波器;数据采集1 绪论 (1)2 单片机硬件电路及原理 (2)2.1 AT89C516RD+单片机 (2)2.2 模数转换 (4)2.3 18B20温度传感器 (5)3 单片机程序设计 (7)3.1 I2C总线介绍 (7)3.2 模数转换 (9)3.3 温度采集 (10)3.4 与电脑数据传输 (13)4 PC端软件设计 (15)4.1 软件界面设计 (15)4.2 主程序 (15)4.3 温度采集子程序 (17)4.4 电压采集子程序 (18)5 设计结果及应用 (20)5.1 结果展示 (20)5.2 应用实例 (21)6 总结体会 (23)参考文献 (24)附录重要程序清单 (25)1 绪论虚拟仪器是由电脑软件加外部硬件,实现传统仪器的功能的一种软硬件结合系统。

与传统仪器相比,虚拟仪器有很多优点,如极大的灵活性。

利用相同的外部硬件通过编写不同的软件就可实现不同的功能,并且不像传统仪器那样,一旦制造出来其功能就是固定的,虚拟仪器可根据用户不同的需求进行各种功能优化。

同时,虚拟仪器软件基于PC平台,可充分利用其强大的处理能力,出色的完成各种工作。

除此之外,虚拟仪器还能大幅降低资金投入、系统开发成本和系统维护成本,为企业带来更高的经济效益。

正因为虚拟仪器有着传统仪器无法比拟的优势,他拥有广阔的发展前景。

目前虚拟仪器主要用在数据采集与控制、数据处理与分析和数据显示等方面。

LabVIEW是一款由美国国家仪器(NI)公司研制开发虚拟仪器开发软件,集成了工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具,对计算机以及各种外部硬件有很好的支持,可充分发挥计算机的能力,并且有强大的数据处理功能,可以创造出功能更强的仪器。

它采用图形化编程方式,不仅使用简单,而且大大提高了软件开发效率。

本次课设的PC端软件就是用这款软件设计的。

本次课程设计设计的是一个数据采集系统。

用单片机采集电压信号和温度信息,通过串口发送到电脑,由软件处理后以波形图的形式显示。

模拟电压经AD转换芯片转换为数字电压量,然后便可由计算机处理,而温度信号是由18B20传感器采集,直接得到了数字量。

这里只是以这两种物理量为例,其他的物理量一般可以通过传感器转换为相应的模拟电压或数字量,之后便可以采取同样的方法进行处理。

2 单片机硬件电路及原理硬件电路的功能是数据采集。

其中AD模使用的是PCF8591芯片,用来采集电压信息。

温度采集部分用的是DS18B20温度传感器,这个传感器的输出量为数字量,单片机可直接从中读取温度值。

单片机根据上位机的命令,选择将温度数据还是电压数据通过串口发送给电脑。

电路工作原理如图2.1所示。

图2.1 电路工作原理2.1 AT89C516RD+单片机AT89C516RD+是Atmel公司生产的一款微处理器,该处理器共有40个管脚,4组8位I/O口P0~P4,其中P0口为双向三态I/O口,其他三组为准双向I/O口,在读管脚值前应先向管脚写1。

P0口内部无上拉电阻,使用时应外接上拉电阻,否则无法输出高电平。

引脚图如图2.2所示。

图2.2 A T89C51引脚图AT89C51支持5个中断源,分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串口中断[1]。

中断优先级可配置,默认情况下5个中断为同级中断。

P3口的各脚除普通I/O 口功能外都有第二功能。

P3.0是串口发送脚,P3.1是串口消息接收。

P3.2和P3.3分别是外部中断0和外部中断1的输入引脚。

外部中断支持低电平触发和下降沿触发两种模式。

定时器0有四种工作方式。

工作方式0是一个13为定时器,定时的最长时间为2^13 = 8192us,工作方式1为16位定时器,最长定时时间为65536us,工作方式2是8位定时器,最长定时时间为256us。

前两种工作方式在每次定时完成产生中断时都要在中断服务子程序中重新给定时器赋初值,否则从第二次开始定时器将以最长定时时间工作,而工作方式2采用的是8位自动重加载模式。

定时器初值写到TH0和TL0中,溢出后硬件会自动将TH0中的值装入TL0中,从而使定时器按原来的定时时长工作。

与用程序重装初值相比,硬件自动重装速度很快,因而定时时间更准确,所以常用于串口波特率的发生等对定时精度要求很高的场合。

工作方式3是将定时器0拆成了两个8位定时器:TH0和TL0。

TH0被固定为一个8位定时器,并使用定时器T1的状态控制位TR1,同时占用定时器T1的中断请求源TF1,此时,定时器TH0的启动或停止只受TR1控制。

定时器1只有前三种工作方式,不支持工作方式3,其他与定时器0相同。

串口是下位机与电脑通信时非常常见的一种方式。

AT89C51支持串口通讯功能,有一个串口。

串口通讯有两种常用的电平标准:RS232和TTL电平标准。

RS232协议中规定,-3~-15V为高电平,+3~+15V为低电平,采用的是负逻辑,电脑串口采用这种标准。

而TTL 对电平标准的规定是0V为低电平,5V为高电平,单片机采用的是TTL电平标准。

所以两者之间要想正常完成通讯必须进行电平转换。

由于现在的电脑上很少还有串口接口,所以本次设计采用了USB虚拟串口的形式,将USB转换为串口,比直接采用接口进行电平转换更加方便。

这里采用的是CH340芯片进行转换,转换电路如图2.3所示。

图2.3 CH340 USB转串口电路2.2 模数转换由于现实世界中存在的只能是模拟量,而计算机处理的只能是数字量。

所以要想用计算机处理信号就必须将模拟量转换为数字量,这就是模数转换(AD)。

模数转化的步骤为采样--采样保持--量化--数字化。

采样是感受外界模拟量,这一步的关键在于采样频率的确定。

根据奈奎斯特采样定律,只有采样频率大于两倍的最大信号频率时,采集到的信号才能真正反映原信号的变化[2]。

两次采样之间需要一定的时间,这段时间内认为模拟量保持不变,直到下一次采集,这个过程就是采样保持。

衡量AD转换的主要指标有分辨率、转换速率、量化误差等。

分辨率与采样位数有关。

转换速率是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数,要想正确完成采样,采样速率必须小于转换速率。

量化误差产生是因为模拟量是连续的,而AD的分辨率是有限的,不可能精确的表示出模拟量中的每一个值,只能取与其最接近的值。

根据不同的量化方法,量化误差通常等于量化步长或其一半。

本次设计中采用的芯片是模数转换芯片是PCF8591。

这个芯片同时具备AD和DA(数模转换)功能。

PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口,4个模拟输入可编程为单端型或差分输入,输入电压范围为2.5V-6V。

引脚图如图2.4所示。

图2.4 PCF8591引脚图AIN0~AIN3是四路模拟信号输入端,A0~A2是引脚地址端,SDA和SCL分别是I2C 总线的数据线和时钟线,VREF是参考电压输入端。

芯片外部电路如图2.5所示。

图2.5 PCF8591电路连接图W1为电位器,按上图连接方式可获得0~5V的连续可调电压,从AIN0输入。

A0~A3接地,决定此器件在I2C总线上的地址为0x00。

VCC即作为芯片的供电电源,又作为参考电压,所以AD转换的最高电压为VCC。

R26和R27为I2C总线的上拉电阻,保证总线工作稳定。

PCF8591是8位AD转换器,我们用其采集的电压范围为0~5v,所以分辨率为5/256v。

2.3 18B20温度传感器DS18B20温度传感器具有体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,精度高的特点,是一种常用的温度传感器。

18B20的外观与三极管很相似,有三个脚。

平面面对自己时从左到右依次是地线、数据线和电源正(GND、DQ和VDD),如图2.6所示。

图2.6 18B20外观图18B20采用的是独特的单线接口方式,在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯,使用方便。

接线的时候要注意一定不要将电源线接反,否则会严重发热或者烧毁。

供电电压范围为3.0 V至5.5 V,无需备用电源。

VDD是可供选择的电源端,不使用时可直接接地,此时由数据总线供电。

测量温度范围为-55℃至+125℃。

在-10℃至+85℃范围内精度为±0.5℃,可以满足大多数测温场合的要求。

18B20的分辨率可由程序控制,可编程的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可实现高精度测温。

其输出量为数字量,在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,对于温度这种缓慢变化的信号来说速度还是非常快的。

18B20的硬件连接如图2.7所示。

图2.7 18B20硬件连接图3 单片机程序设计3.1 I2C总线介绍I2C总线是同步通信的一种特殊形式,具有接口线少,控制方式简单,器件封装形式小,通信速率较高等优点[3]。

在主从通信中,可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上,所有与I2C兼容的器件都具有标准的接口,通过地址来识别通信对象,使他们可经由I2C总线直接相互通信。

I2C总线由数据线SDA和时钟线SCL两条线构成,既可以发送数据又可以接收数据。

各种器件并联在总线上,但每个器件都有唯一的地址。

CPU发出的控制信号分为地址码和数据码两部分,地址码用来选择与那个器件通讯,数据码是通讯内容,这样各个器件虽然同时挂在一条总线上却是彼此独立的。

I2C总线通信格式如图3.1所示。

图3.1 I2C总线通信格式图进行数据传送时,在SCL呈现高电平期间,SDA上的电平必须保持稳定,低电平为数据0,高电平为数据1。

只有在SCL为低电平期间,才允许SDA上的电平改变状态。

通信过程如下:1.发送起始信号在SCL为高电平期间,SDA出现一个下降沿则为起始信号。

由于其起始条件建立的时间至少需要4.5us,因此一般下降沿要出现在SCL拉高5us之后。

SDA出现下降沿是,I2C总线上的从器件会检测到该信号,随后进入等待状态。

起始信号由主器件发出。

启动时序图如图3.2所示。

图3.2 I2C总线启动时序图2.发送寻址信号主机发送启动信号后,在发出寻址信号。

寻址信号的作用是确定总线上要通讯的器件。

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