USB虚拟示波器设计

USB虚拟示波器设计-LabVIEW实现内容提要：随着计算机技术的快速发展，计算机技术已经渗入到各个领域。

由于计算机的快速性、稳定性、高精度等特点，基于计算机技术的现代仪器也快速的发展起来，虚拟仪器应运而生，在对精度、稳定性等方面要求高的场合，虚拟仪器将逐渐取代传统仪器。

虚拟示波器，是将计算机强大的计算处理能力和一般硬件仪器的信号采集，控制能力结合在一起，从而实现一般示波器所不能实现的功能和友好的界面。

随着计算机技术的发展，使得虚拟仪器的实现成为可能，传统仪器的一些专用处理器和设备，被计算机的通用设备所代替，常用的虚拟仪器，多采用PCI或ISA插槽，将各种硬件连接到一起，然而采集卡的数量一般有限，因此组织系统的时候，只能指定特定的计算机，或打开计算机盖装入专门的采集卡，在使用笔记本电脑或工业一体化电脑的场合，根本就不支持PCI或ISA总线的设备。

本文围绕“虚拟示波器”这一热点课题，阐述了基于USB的无线虚拟示波器的设计方案、开发方法、开发过程。

在设计中使用了TI公司的单片机MSP430 F1611、ATMEL公司的AVR系列单片机ATMEGA16L、Philips公司的USB器件芯片以及Nordic Semiconductor ASA公司的增强型无线通信芯片nRF24L01。

利用MSP430F1611芯片内置的A/D采样实现数据采集，并通过无线模块将数据传输到主机；ATGMEGAL16L实现数据的接收并与USB通信。

关键词：A/D采样无线传输 USB 虚拟仪器 ATMEGA16L nRF24L01 PDIUSBD12USB virtual oscilloscope design-- LabVIEW to achieveAbstract：With the rapid development of computer technology, computer technology has infiltrated into every field. As the computer's fast, stable, high-precision, and other features of modern computer-based technology equipment is also rapidly developed, virtual instrument came into being in on the accuracy, high stability, and so on the occasion, the virtual machines will be gradually replaced by Traditional instruments.Therefore, we need a more convenient and more effective and flexible communication bus to achieve virtual machines, modern computer with a USB interface in general, the USB interface and the use of flexible, convenient, so first of all consider the USB bus. USB bus is Intel, IBM, NEC, Microsoft, and so on 7 well-known bus company's next-generation technology, following the adoption of a new generation of USB bus, PC configuration of the new machine's hardware devices do not have to flip open, and hot swap support Technology, to the great convenience to users through the USB hub, to expand up to 127 devices, and through the 3-5m of cable to connect to the computer, by collecting cards close to the test object, thus greatly improving the electromagnetic Compatibility standards in the agreement USB1.1 in, UMB bus transfer rate up to 1.5-12Mb / s, and in the USB2.0 specification, the rate of up to 360Mb / s. Such a rate sufficient to meet the vast majority of occasions.In this paper, around a "virtual oscilloscope" hot topics on the USB-based wireless virtual oscilloscope design, development methods, the development process. In the design used in TI's single-chip MSP430 F1611, ATMEL's AVR family of single-chip ATMEGA16L, Philips's chip USB devices as well as the Nordic Semiconductor ASA's enhanced wireless communications chips nRF24L01. MSP430F1611 use the built-in chip A / D sampling data collection and wireless data transmission module to the host; ATGMEGAL16L data reception and communication with the USB.Key words:A/Dsampling wireless transmission USB virtual instrument ATMEGA16L nRF24L01 PDIUSBD12目录一、引言 (1)（一）虚拟仪器的概念 (1)（二）虚拟仪器的组成 (2)（三）虚拟仪器的性能特点 (3)（四）虚拟仪器的发展及应用 (5)（五）虚拟仪器在中国的应用 (5)（六）LabView简介 (6)（七）LabVIEW的特点 (8)（八）通用串行总线（USB）简介 (9)二、方案分析 (13)（一）采样控制器的选取 (13)（二）无线传输模块的选取 (13)（三）USB芯片的选取 (14)（四）USB设备控制器选取 (16)（五）系统整体设计 (17)三、系统硬件设计 (18)（一）A/D采样衰减电路 (18)（二）A/D采样电压抬升电路 (19)（三）A/D采样控制电路 (19)（四）无线模块nRF24L01工作电路 (19)（五）USB模块工作电路 (21)（六）USB及nRF24L01主控板电路 (22)（七）串口调试电路 (23)四、软件设计 (23)（一）数据流图 (23)（二）下位机软件流程图 (24)（三）应用程序设计 (30)五、结论及展望 (32)致谢 (33)附录 (34)附录一：A/D采样程序 (34)附录二：nRF24L01无线传输模块数据收发程序 (36)附录三：nRF24L01接收程序（AVR） (40)附录四：LabVIEW界面VI程序 (45)参考文献 (46)一、引言（一）虚拟仪器的概念美国国家仪器公司（NI）在20世纪80年代最早提出虚拟仪器（VirtualInstrument，简称VI）的概念。

其核心的思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。

虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。

其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件，即“软件就是仪器”。

虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。

用户可以通过友好的图形界面（这里称作虚拟前面板）操作计算机，如同操作功能相同的单台传统仪器一样。

在以PC计算机为核心组成的硬件平台支持下，虚拟仪器通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。

虚拟仪器采用的开发平台LabVIEW现在已经成为行业标准的测试测量软件平台。

LabVIEW软件为不同领域的工程师简化了各种技术融合的复杂性，帮助工程师通过同一个软件平台，在第一时间内运用最先进的主流商业技术，加快工作效率。

例如一个没有学习过FPGA编程的工程师使用LabVIEWFPGA模块，可以借助LabVIEW这一已经掌握的工具开发FPGA应用，使用其自动生成的VHDL代码，而无需花时间了解FPGA的技术细节。

LabVIEW的优势在于其图形化的编程方式，直观、便于用户自定义；LabVIEW可集成多种I/O和硬件平台；并且可以连接到多种第三方算法和不同的测试仪器。

虚拟仪器系统概念是对传统仪器概念的重大突破，是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。

它利用计算机系统的强大功能，结合相应的硬件，大大突破传统仪器在数据处理、显示、传送、处理等方面的限制，使用户可以方便地对其进行维护、扩展、升级等。

虚拟仪器系统可以广泛地应用在通讯、自动化、半导体、航空、电子、电力、生化制药、和工业生产等各种领域。

现有的虚拟仪器系统按硬件工作平台主要可分为基于PC总线的虚拟仪器、基于VXI的虚拟仪器、基于PXI的虚拟仪器，所应用场合不同各有其特点。

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。

灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。

这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。