数字存储示波器设计

目录

1前言 (1)

2总体方案设计 (2)

2.1 系统设计要求 (3)

2.2 比较方案 (4)

2.3 方案论证 (5)

2.4 方案选择 (5)

3硬件系统设计 (6)

3.1 衰减和增益控制电路 (6)

3.2差分电路 (7)

3.3 采集控制逻辑 (8)

4 软件系统设计 (10)

4.1 波形显示模块 (10)

4.2 触发控制模块 (11)

4.3 触发控制子VI模块 (12)

4.3通道选择模块 (16)

4.4档位设置模块 (18)

4.5停止运行模块 (19)

4.6数据存储模块 (20)

5 系统调试 (22)

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1前言

虚拟仪器是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。虚拟仪器的突出优点在于能够与计算机技术结合，将计算机资源与仪器硬件，数字信号处理技术与不同功能的软件模块结合，组成不同的仪器功能。虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素，硬件功能是获取被测的物理信号，提供信号传输的通道；软件则是实现数据采集、分析、处理、显示等功能，并将其集成为仪器操作与运行的一体化环境。总体而言，虚拟仪器硬件以VXI、PXI 等先进的计算机接口总线发展为标志，而软件技术则是以VISA、SCPI、IVA 等标准和LabVIEW、LabWindows/CVI 等先进开发平台为核心，构成一个完整的虚拟仪器技术体系。

波形分析是信号处理中重要的分析手段。虚拟示波器的出现改变了原有示波器的整体设计思路，用软件代替了硬件。将传统仪器由硬件实现的数据分析与显示功能，改由功能强大的计算机及其显示器来完成，使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析和波形分析。 LabVIEW(实验室虚拟仪器集成环境)是NI 公司(美国国家仪器公司)的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境，可实现数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试等实验室研究和工业自动化领域的实际任务。LabVIEW 从基本的数学函数、字符串处理函数、数据运算函数、文件I／O 函数到高级分析库，包括了信号处理、窗函数、滤波器设计、线性代数、概率论与数理统计、曲线拟合等，涵盖了仪器设计中几乎所有需要的函数。LabVIEW 的功能模块包括数据采集、通用接口总线和仪表的实时控制、数据分析、数据显示以及数据的存储。拥有大量数据采集和仪表控。制的功能模块和开发工具，因此，LabVIEW 可以编出外观和功能都与真实仪表很相似的程序

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2总体方案设计

作为一个成功的设计方案的设计和确定是必不可少的，下面我们来介绍本设计的设计要求和方案确定。

1．数字示波器原理

数字存储示波器是用 A/D 变换器把模拟信号转换成数字信号，然后把数据存储在半导体存储器 RAM 中。当有需要时，将 RAM 中存储的内容调出，通过 LCD 用点阵或连线的方式再现波形，其原理框图可以参考图 2.1。在这种示波器中信号处理和信号显示功能是分开的，它的性能主要取决于进行信号处理的AD 、RAM 和微处理器的性能。由于采用 RAM 存储器，可以快写数慢读数，使得即使在观察缓慢信号时也不会有闪烁现象。

2．虚拟数字存储示波器组成

PC机图2.1 虚拟数字存储示波器

虚拟示波器将计算机和测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。通过相关的软件可以设计出的操作方便、形象逼真的仪器面板，不仅可以实现传统示波器的功能，而且具有存储、再现、分析、处理波形等特点，还可以进行各种信号的处理、加工和分析，完成各种规模的测量任务。而且仪器的体积小、耗电少，方便携带，可以在不同的计算机上使用。

因此，在SJ-8002B 中，也引用了虚拟数字存储示波器的原理来实现数据的采集。其中的信号调理、AD 转换、存储数据的SRAM 以及控制逻辑都在是实验平台中，计算机主要起到了数据的处理和显示的作用。

图2.1为设计功能总体流程图：

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图2.1设计功能总体流程图

2.1 系统设计要求

数字存储示波器是虚拟仪器平台测控系统输出部分中常用的电子测试仪器之一，是一种分析和比较信号的综合性仪器，能在荧光屏上将电压或电流以时间函数的形式描绘出来，是电信号的时域测量和显示仪器。它的主要功能是精确复现作为时间函数的电压波形，显示的波形用来确定数量的信息(如幅度、频率)，也可用来获得其质量的信息(如波形)；还可用来比较两个不同的波形，并测量它们的时间和相位关系。本文介绍利用LabVIEW 应用开发环境，开发的简单双通道虚拟示波器。

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2.2 比较方案

本设计初步构思的方案包括一下两种，具体介绍如下。

2.2.1 方案一：

基于LabVIEW 的数字存储示波器。

其主要功能包括：3种通道信号输入、触发控制、通道控制、幅度调整控制、波形显示、程序运行停止、数据存储等。基本性能如下：数据采样速率为100KSPS(千次采样每秒)，分辨率为12 bit；波形显示模式为通道CH1或CH2或ALL；电压参数测量为Vrms 和Vpp 波形类型为双踪示波；通道选择为通道0或1。

数字存储示波器主要由软件控制完成信号的采集、处理和显示。其功能结构如图2.2所示，最终能实现数据采集、处理、显示等功能。

图2.2 示波器功能结构

2.2.2 方案二：

基于易控（INSPEC）和单片机数字存储示波器。

其工作原理为：采用STC89C51单片机作为下位机，计算机作为上位机，用工控组态软件易控（INSPEC）实时监控现场信号，上位机通过RS232串口读下位机送入串口中的电压值数据，并且通过串口将数据送回上位机显示在屏幕上，在易控软件上作出仿真界面并作为其实现功能的平台。