虚拟示波器设计

目录

1 前言 (1)

1.1 问题的提出 (1)

1.2 虚拟仪器 (2)

1.2.1 虚拟仪器的起源 (2)

1.2.2 虚拟仪器的概念 (3)

1.2.3 虚拟仪器工作原理 (4)

1.2.4虚拟仪器的优势 (7)

1.2.5虚拟仪器的现状和应用 (8)

2 虚拟示波器设计方案 (9)

3 软件开发环境 (12)

3.1 关于LabVIEW (12)

3.2 LabVIEW的工作原理 (12)

3.3 LabVIEW开发环境 (13)

3.3.1 LabVIEW 8.2 启动界面 (14)

3.3.2 LabVIEW 8.2 前面板和流程图设计窗口 . 14

3.3.3 LabVIEW 8.2的三大选板 (18)

4 虚拟示波器设计 (26)

4.1 虚拟示波器的程序设计 (26)

4.1.1数据采集 (26)

4.1.2数据处理 (27)

4.1.3结果显示 (33)

4.2 前面板设计 (34)

4.3 小结 (35)

结束语 (37)

致谢 (38)

参考文献 (39)

1 前言

随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大变化。从最初的模拟仪器发展到现在的数字化仪器、嵌入式系统仪器和智能仪器;新的测试理论、测试方法不断应用于实际;新的测试领域随着学科门类的交叉发展而不断涌现;仪器结构也随着设计思想的更新而不断发展。仪器技术领域的各种创新积累起来使现代测量仪器的功能和作用发生一质的飞跃。尤其是以计算机为核心的设计思想以及仪器系统与计算机软件技术的紧密结合，导致了仪器的概念发生了突破性的变化，出现了一种全新的仪器概念——虚拟仪器（Virtual Instrumentation,VI）。

虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器研究中涉及的基础理论主要有：计算机数据采集和数字信号处理。

1.1问题的提出

在高等院校电工及电子类课程中，实验是一种重要的教学手段，学生通过做实验，可以加深对所学知识的理解，增强学习的兴趣，提高动手能力，锻炼在实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力。

但是，近年来各大高校纷纷扩招，学生人数急剧增加，实验室的设备和规模都难以满足需要，实验室常规设备有的己经老化，有的技术上有些落后，在当前学校经费较少的情况下，如果大量增加常规仪器、仪表的配置，学校财力难以支付。又因为基础实验室是面向所有的工科专业，任务异常繁重，实验室常常只能应付学生按教学大纲要求做一些最简单的验证实验，学生很少有机会去反复熟悉常用仪器仪表的使用，更很少有机会做设计性实验，这对调动学

生积极性，培养创新精神，加强实践动手能力都十分不利。

虚拟仪器的出现很好的解决了这个问题。虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器。在虚拟仪器系统中，用计算机灵活强大的软件代替传统仪器的某些部件，用人的智力资源代替许多物质资源，通过一组软件和硬件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所不具备的特殊功能的新型仪器。

结合数据库技术和软件技术，可以在虚拟仪器的基础上形成虚拟仪器实验室。与传统的实验室相比，虚拟仪器实验室具有以下优势：

(1)减少实验设备资金的投入。首先，在一台计算机上就可以买现诸如示波器、函数发生器、电压表、频谱分析仪等仪器的功能，大大节约了仪器成本。其次，传统仪器维护费用高，需要耗费大量的人力物力。虚拟仪器基于软件的体系结构大大节省了开发和维护费用。

(2)便于开放式管理，扩大教学规模。虚拟仪器实验室系统可以通过网络进行数据传送，指导老师通过计算机监控实验过程，可以同时管理几十甚至上百个学生做实验。

1.2虚拟仪器

1.2.1 虚拟仪器的起源

虚拟仪器技术是现代计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着数字化、智能化、模块化、网络化的方向发展。电子测量仪器发展至今，大体上可以分为四代:模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。第一代模拟仪器，这类仪器在某些实验室仍能看到，如指针式万用表、晶体管电压表等。它们的基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示最终结果。第二代数字化仪器，这类仪器目前相当

普及，如数字电压表、数字示波器、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量值转化为数字信号，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。它的功能块全部都是以硬件或固定软件的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代虚拟仪器，它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器产业发展的一个重要方向。

虚拟仪器(Virtual Instruments，简称VI)的概念，是美国国家仪器公司(National Instruments Corp.简称NI)于1986年提出的。NI公司同时也提出了“软件即仪器”的口号，彻底打破了传统仪器只能由厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起了仪器和自动化工业的一场革命。随着现代软件和硬件技术的飞速发展，仪器的智能化和虚拟化已经成为各级实验室以及研究结构发展的方向。虚拟仪器，它既具有传统仪器的功能，又有别与其他传统仪器。它能够充分利用和发挥现有计算机的先进技术，使仪器的测试和测量及自动化工业的系统测试和监控变得异常方便和快捷。

1.2.2 虚拟仪器的概念

虚拟仪器是指通过应用程序将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面(通常叫做虚拟前面板，简称前面板)来操作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样，从而完成对被测信号的采集、分析、判断、显示、数据存储等。虚拟仪器以透明的方式，通过软件对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口，把计算机资源(如微处理器、显示器等)和仪器硬件(如A/D, D/A、数字I/O、定时器、信号调理等)的测量能力、控制能力结合在一起。虚拟仪器突破了传统仪器以硬