根据LabVIEW的虚拟示波器设计
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虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，是以计算机为基础，配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口，利用虚拟仪器软件开发平台（如LabVIEW、LabWindows/CVI）在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板并实现相应的功能，使得使用者在操作计算机时就像在操作一台自己设计得测试仪器。虚拟仪器的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，给用户提供了一个充分发挥自己才能和想象力的空间，实质上代表了一种创新的仪器设计思想。与传统仪器相比，虚拟仪器具有性价比高、开放性好、智能化程度高、界面友好、使用方便、模块化和网络化的优点，在很多领域大有取代传统仪器的趋势。
1）触发控制包括触发模式、触发斜坡、触发电平控制；
2）通道选择主要控制单通道或双通道测量；
3）时基控制主要控制采集卡扫描率、每一通道扫描次数(取样数)。
2．波形显示模块
软件需提供五种波形显示模式：
1）A、B、A&B 模式：通过显示通道选择按键A 和B，可以任意显示某一通道或两通道输入信号的波形。
2）XY 模式：当两通道都处于选通状态时，使用此模式来显示李沙育(LissBaidu Nhomakorabeajous)图形、测量相位差或频率。
二、主要控制结构
1．测量控制结构
通过逻辑按键“测量”控制是否进行测量；通过逻辑按键“通道”控制通道选择。
2．自动调整扫描率控制结构
由逻辑按键组“自动”、“手动”来控制是自动调整扫描率，还是手动调整扫描率。
虚拟仪器设计方案
本虚拟数字存储示波器是在对传统示波器进行分析后，基于多功能DAQ采集卡和LabVIEW开发平台来设计的具有数字存储示波器、数字万用表、数字频率计三者功能与一体的一个功能强大的电子测试仪器，主要由数据采集部分、数据处理部分、波形显示部分、波形存储和回放以及频谱分析等部分组成，可以完成对信号的输入及获取、信号电压参数及时间频率参数的自动测量、信号的波形显示及存储回放和信号的频谱分析等功能。
示波器是以短暂扫迹的形式显示一个量的瞬时值的仪器，也是一种测量、观察、记录的仪器，在科研和实验室中应用十分广泛。传统的模拟示波器把需要观察的两个电信号加至示波管的X、Y通道以控制电子束的偏移，从而获得荧光屏上关于两个电信号关系的显示波形。这种模拟示波器体积大、重量轻、成本高、价格贵，并不适合于对非周期的、单次信号的测量。基于多功能DAQ卡和LabVIEW平台开发的虚拟数字示波器，具有结构简单、开发成本低等优点，在众多领域已得到广泛应用。
图3.2.1模拟采集模块图标
模块程序框图如图3.2.2所示。
图3.2.2 模拟采集模块程序框图
三、波形显示模块
软件提供了五种波形显示模式：
A B A&B模式：在此模式下，通过显示通道选择按键“A”和“B”，可以任意显示某一通道或两通道输入信号的波形。
XY模式：当A、B两通道都处于选通状态时，使用此模式来显示李沙育（Lissajous）图形、测量相位差或频率。
模块图标和程序框图分别如图3.3.1、图3.3.2所示。
图3.3.1 波形显示模块图标
四、参数测量模块
本模块主要模拟HP 54603B的参数测量功能，完成包括Vrms等12个电压参数和频率、周期等7个时间参数的测量，并显示其测量结果。
该示波器主要由数据采集DAQ（Data Acquisition）、接口总线、硬件驱动程序和虚拟数字示波器软件构成。图2.1所示为虚拟数字示波器的整体组成结构图。信号检测电路时信号调理辅助电路，接收传感器传送过来的物理信号，并从混合信号中提取出待测的微弱信号，输出的多路信号时已经放大滤波和电平变换后的标准信号，送入数据采集卡板（由硬件程序驱动工作），通过系统总线送进计算机进行处理。在使用DAQ卡之前必须对DAQ卡的硬件进行配置，这些控制程序用到了相应的底层DAQ驱动程序。
该模块应用两个基本函数发生器来产生两仿真信号分别用来模拟A、B通道信号，其采样信息通过对簇sample/pol的扫描率和扫描数解除捆绑后再捆绑组成的新簇输入。通过前面板还可以调整仿真信号的参数（波形类型、频率、幅值）和屏幕刷新速度，最后经提取波形成分将信号的幅值信息组成一个二维数组。模块图标如图3.2.1所示。
对于前三种模式其横坐标是时间参数，首先对扫描数求倒数，然后看其是否小于等于扫描周期（乘1000后以毫秒为单位），若小于（即扫描数×以毫秒为单位的扫描周期大于等于1毫秒），则单位显示ms；若不小于（即扫描数×以毫秒为单位的扫描周期小于1毫秒），则单位显示为us，同时横坐标时间参数通过条件变量把数值扩大1000倍。前面板单位的显示是通过一个布尔输出来显示的。通过对电压二维数组的索引分别提取A、B两波形的幅值数据，在根据对应的通道按钮来决定是否将其数据清零，然后根据A、B基值的位置相应的改变其幅值数据，最后通过对横纵坐标的参数数值捆绑成簇，以便显示在display显板（即XY图）。A的积分和微分运算分别通过积分X(t)和微分X(t)节点来实现波形数据离散积分和微分，其求导时间参数采用扫描周期（即采样间隔）。而A、B图形采样模式的改变时通过一个条件结构来实现的。
图2.1 虚拟数字示波器结构图
该虚拟仪器的软件是以LabVIEW开发环境为平台，采用的是自顶而下的设计方法，首先，有要实现的目标功能来制定一个整体框架。由一个采集开关启动整个仪器采集过程，在采集状态下，可以进行参数的测量显示；同时，还可以进行时基的设置、触发通道的设置、触发模式的设置等；对于显示面板上的波形可以任意地进行位置的调整、缩放；对于当前的波形能够保存到硬盘上或U盘上；同样，也能把硬盘或U盘上的数据读到显示面板上（这是将停止数据的采集）并还能进行参数的测量；还可以把当前的波形打印出来。此外，应用高效数字信号处理技术，还可实现FFT算法，对频域信号进行分析。
3）A＋B，A－B 模式：当两通道处于选通状态时，使用此模式显示两通道信号代数相加、相减后的波形。
4）A&A 积分
5）A&A 微分
3．参数测量模块
主要模拟HP54603B 的参数测量功能，完成包括Vrms 等19 个电压参数和频率、周期等7 个时间参数的测量，并显示其测量结果。
4．频谱分析模块
采用快速FFT 算法，完成频域信号分析。可实现的频谱分析控制包括：
另外，主面板的设计要力求简单、方便、使用、美观。
图2.2 主程序流程图
虚拟仪器设计步骤
本虚拟数字示波器的设计参考了HP公司的双通道台式数字存储示波器HP54603B的功能，并在仪器分析和处理功能上有所扩展。仪器主要功能包括：双通道信号输入、触发控制、通道控制、时基控制、波形显示、参数自动测量、频谱分析、波形存储和回放等。功能结构框图如下：
虚拟仪器设计方案…………………………………………………………… 4
虚拟仪器设计步骤…………………………………………………………… 6
一、DAQ数据采集模块………………………………………………… 6
二、模拟采集模块……………………………………………………… 7
三、波形显示模块……………………………………………………… 8
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。
图3.1.1 AI Waveform Scan(scaled array).vi
模块图标如图3.1.2所示。
图3.1.2 数据采集模块图标及前面板
模块程序框图如图3.1.3所示。
图3.1.3 DAQ数据采集模块程序框图
二、模拟采集模块
由于DAQ数据采集模块是建立在数据采集卡的基础上，所以，本设计采用一个虚拟采集模块代替DAQ数据采集模块。
一、DAQ数据采集模块：
数据采集模块主要完成数据采集的控制，包括触发控制、通道选择控制、时基控制等。其中：
1、触发控制包括触发模式、触发斜坡、触发电平控制；
2、通道选择主要控制单通道或双通道测量；
3、时基控制主要控制采集卡扫描率、每一通道扫描次数(取样数)。
模块采用了测量I/O模板→Data Acquisition子模板→Analog Input子模板→Analog Input Utilities子模板中的AI Waveform Scan(scaled array).vi来控制数据采集卡进行数据采集，此VI图标如图3.1.1所示。注：应用此类VI，计算机需安装Traditional NI-DAQ。整个程序框图的其他连线点都是AI Waveform Scan(scaled array).vi服务的，由于牵扯到硬件，和该vi的解释，所以在此不再过多解释框图含义。
该示波器的主要控制结构有：自动/手动设置扫描率的控制结构，写盘/读盘控制结构，采集控制结构，测量控制结构，打印控制结构，通道选择控制结构，以及频谱分析控制结构。在这个总体框架的基础上来进行各个模块的具体设计，并分别测量，测试通过后再把它们连接起来，构成一个完整的系统，最后进行整个系统性能的调试，直到调试结果符合要求为止。主程序流程图及模块条用如图2.2所示。
四、参数测量模块……………………………………………………… 10
五、频谱分析模块……………………………………………………… 11
六、数据存储和回放模块……………………………………………… 13
七、波形打印模块……………………………………………………… 14
八、主要控制结构……………………………………………………… 15
A+B A-B模式：当A、B两通道都处于选通状态时，使用此模式显示两通道信号代数相加、相减后的波形。
A&A积分模式：当A通道处于选通状态时，使用此模式显示A通道信号和A通道信号对采样间隔的离散积分的波形。
A&A微分模式：当A通道处于选通状态时，使用此模式显示A通道信号和A通道信号对采样间隔的离散求导的波形。
1）Window 选择，提供9 种频谱分析窗口；
2）Log/Linear 选择，提供3 种坐标显示模式；
3）DisplayUnit 选择，提供8 种单位。
5．数据存储和回放模块
按键“写盘”控制是否进行数据存储；按键“读盘”控制是否从数据文件中读取数据。主面板提供了两个文件名输入框，前—个为信号波形数据文件名输入框，后一个为采样周期文件名输入框，这两个文件由写盘功能和读盘功能共用。从软盘或硬盘上读取的数据同实时采集的数据一样，能够进行自动参数测量以及显示波形，并保留在显示窗口(显示模式可以设置为三种模式中的任意一种)，还可以根据需要设置进行频谱分析。
总结…………………………………………………………………………… 17
附录：前面板和程序框图…………………………………………………… 18
参考文献……………………………………………………………………… 20
前 言
随着电子科学技术的发展，微电子集成电路技术、计算机技术、通信技术、测控技术互相渗透，互相融合而形成了新型的电子信息技术。经过二十多年的发展，虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）的概念已逐步为工业界和学术界所认识，成为21实际测试技术与仪器技术发展的一个重要方向，并且在研究、制造和开发等总舵领域得到广泛应用。
测控仪器设计课程设计
说明书
姓 名：******
学 号：*********
班 级：测控072
专 业：测控技术与仪器
学 院：机械工程学院
时 间：2010.7.2～2010.7.15
地 点：
指导教师：无
前言…………………………………………………………………………… 1
课程设计任务书……………………………………………………………… 2
测控仪器设计课程设计任务书
设计题目：基于Labview的数字示波器设计
设计要求：
一、主要功能模块
数字示波器主要由软件控制完成信号的采集、处理和显示。系统软件总体上包括数据采集、波形显示、参数测量、频谱分析及波形存储和回放等五大模块，功能结构框图如下：
1．数据采集模块
主要完成数据采集的控制，包括触发控制、通道选择控制、时基控制等。其中：
1）触发控制包括触发模式、触发斜坡、触发电平控制；
2）通道选择主要控制单通道或双通道测量；
3）时基控制主要控制采集卡扫描率、每一通道扫描次数(取样数)。
2．波形显示模块
软件需提供五种波形显示模式：
1）A、B、A&B 模式：通过显示通道选择按键A 和B，可以任意显示某一通道或两通道输入信号的波形。
2）XY 模式：当两通道都处于选通状态时，使用此模式来显示李沙育(LissBaidu Nhomakorabeajous)图形、测量相位差或频率。
二、主要控制结构
1．测量控制结构
通过逻辑按键“测量”控制是否进行测量；通过逻辑按键“通道”控制通道选择。
2．自动调整扫描率控制结构
由逻辑按键组“自动”、“手动”来控制是自动调整扫描率，还是手动调整扫描率。
虚拟仪器设计方案
本虚拟数字存储示波器是在对传统示波器进行分析后，基于多功能DAQ采集卡和LabVIEW开发平台来设计的具有数字存储示波器、数字万用表、数字频率计三者功能与一体的一个功能强大的电子测试仪器，主要由数据采集部分、数据处理部分、波形显示部分、波形存储和回放以及频谱分析等部分组成，可以完成对信号的输入及获取、信号电压参数及时间频率参数的自动测量、信号的波形显示及存储回放和信号的频谱分析等功能。
示波器是以短暂扫迹的形式显示一个量的瞬时值的仪器，也是一种测量、观察、记录的仪器，在科研和实验室中应用十分广泛。传统的模拟示波器把需要观察的两个电信号加至示波管的X、Y通道以控制电子束的偏移，从而获得荧光屏上关于两个电信号关系的显示波形。这种模拟示波器体积大、重量轻、成本高、价格贵，并不适合于对非周期的、单次信号的测量。基于多功能DAQ卡和LabVIEW平台开发的虚拟数字示波器，具有结构简单、开发成本低等优点，在众多领域已得到广泛应用。
图3.2.1模拟采集模块图标
模块程序框图如图3.2.2所示。
图3.2.2 模拟采集模块程序框图
三、波形显示模块
软件提供了五种波形显示模式：
A B A&B模式：在此模式下，通过显示通道选择按键“A”和“B”，可以任意显示某一通道或两通道输入信号的波形。
XY模式：当A、B两通道都处于选通状态时，使用此模式来显示李沙育（Lissajous）图形、测量相位差或频率。
模块图标和程序框图分别如图3.3.1、图3.3.2所示。
图3.3.1 波形显示模块图标
四、参数测量模块
本模块主要模拟HP 54603B的参数测量功能，完成包括Vrms等12个电压参数和频率、周期等7个时间参数的测量，并显示其测量结果。
该示波器主要由数据采集DAQ（Data Acquisition）、接口总线、硬件驱动程序和虚拟数字示波器软件构成。图2.1所示为虚拟数字示波器的整体组成结构图。信号检测电路时信号调理辅助电路，接收传感器传送过来的物理信号，并从混合信号中提取出待测的微弱信号，输出的多路信号时已经放大滤波和电平变换后的标准信号，送入数据采集卡板（由硬件程序驱动工作），通过系统总线送进计算机进行处理。在使用DAQ卡之前必须对DAQ卡的硬件进行配置，这些控制程序用到了相应的底层DAQ驱动程序。
该模块应用两个基本函数发生器来产生两仿真信号分别用来模拟A、B通道信号，其采样信息通过对簇sample/pol的扫描率和扫描数解除捆绑后再捆绑组成的新簇输入。通过前面板还可以调整仿真信号的参数（波形类型、频率、幅值）和屏幕刷新速度，最后经提取波形成分将信号的幅值信息组成一个二维数组。模块图标如图3.2.1所示。
对于前三种模式其横坐标是时间参数，首先对扫描数求倒数，然后看其是否小于等于扫描周期（乘1000后以毫秒为单位），若小于（即扫描数×以毫秒为单位的扫描周期大于等于1毫秒），则单位显示ms；若不小于（即扫描数×以毫秒为单位的扫描周期小于1毫秒），则单位显示为us，同时横坐标时间参数通过条件变量把数值扩大1000倍。前面板单位的显示是通过一个布尔输出来显示的。通过对电压二维数组的索引分别提取A、B两波形的幅值数据，在根据对应的通道按钮来决定是否将其数据清零，然后根据A、B基值的位置相应的改变其幅值数据，最后通过对横纵坐标的参数数值捆绑成簇，以便显示在display显板（即XY图）。A的积分和微分运算分别通过积分X(t)和微分X(t)节点来实现波形数据离散积分和微分，其求导时间参数采用扫描周期（即采样间隔）。而A、B图形采样模式的改变时通过一个条件结构来实现的。
图2.1 虚拟数字示波器结构图
该虚拟仪器的软件是以LabVIEW开发环境为平台，采用的是自顶而下的设计方法，首先，有要实现的目标功能来制定一个整体框架。由一个采集开关启动整个仪器采集过程，在采集状态下，可以进行参数的测量显示；同时，还可以进行时基的设置、触发通道的设置、触发模式的设置等；对于显示面板上的波形可以任意地进行位置的调整、缩放；对于当前的波形能够保存到硬盘上或U盘上；同样，也能把硬盘或U盘上的数据读到显示面板上（这是将停止数据的采集）并还能进行参数的测量；还可以把当前的波形打印出来。此外，应用高效数字信号处理技术，还可实现FFT算法，对频域信号进行分析。
3）A＋B，A－B 模式：当两通道处于选通状态时，使用此模式显示两通道信号代数相加、相减后的波形。
4）A&A 积分
5）A&A 微分
3．参数测量模块
主要模拟HP54603B 的参数测量功能，完成包括Vrms 等19 个电压参数和频率、周期等7 个时间参数的测量，并显示其测量结果。
4．频谱分析模块
采用快速FFT 算法，完成频域信号分析。可实现的频谱分析控制包括：
另外，主面板的设计要力求简单、方便、使用、美观。
图2.2 主程序流程图
虚拟仪器设计步骤
本虚拟数字示波器的设计参考了HP公司的双通道台式数字存储示波器HP54603B的功能，并在仪器分析和处理功能上有所扩展。仪器主要功能包括：双通道信号输入、触发控制、通道控制、时基控制、波形显示、参数自动测量、频谱分析、波形存储和回放等。功能结构框图如下：
虚拟仪器设计方案…………………………………………………………… 4
虚拟仪器设计步骤…………………………………………………………… 6
一、DAQ数据采集模块………………………………………………… 6
二、模拟采集模块……………………………………………………… 7
三、波形显示模块……………………………………………………… 8
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。
图3.1.1 AI Waveform Scan(scaled array).vi
模块图标如图3.1.2所示。
图3.1.2 数据采集模块图标及前面板
模块程序框图如图3.1.3所示。
图3.1.3 DAQ数据采集模块程序框图
二、模拟采集模块
由于DAQ数据采集模块是建立在数据采集卡的基础上，所以，本设计采用一个虚拟采集模块代替DAQ数据采集模块。
一、DAQ数据采集模块：
数据采集模块主要完成数据采集的控制，包括触发控制、通道选择控制、时基控制等。其中：
1、触发控制包括触发模式、触发斜坡、触发电平控制；
2、通道选择主要控制单通道或双通道测量；
3、时基控制主要控制采集卡扫描率、每一通道扫描次数(取样数)。
模块采用了测量I/O模板→Data Acquisition子模板→Analog Input子模板→Analog Input Utilities子模板中的AI Waveform Scan(scaled array).vi来控制数据采集卡进行数据采集，此VI图标如图3.1.1所示。注：应用此类VI，计算机需安装Traditional NI-DAQ。整个程序框图的其他连线点都是AI Waveform Scan(scaled array).vi服务的，由于牵扯到硬件，和该vi的解释，所以在此不再过多解释框图含义。
该示波器的主要控制结构有：自动/手动设置扫描率的控制结构，写盘/读盘控制结构，采集控制结构，测量控制结构，打印控制结构，通道选择控制结构，以及频谱分析控制结构。在这个总体框架的基础上来进行各个模块的具体设计，并分别测量，测试通过后再把它们连接起来，构成一个完整的系统，最后进行整个系统性能的调试，直到调试结果符合要求为止。主程序流程图及模块条用如图2.2所示。
四、参数测量模块……………………………………………………… 10
五、频谱分析模块……………………………………………………… 11
六、数据存储和回放模块……………………………………………… 13
七、波形打印模块……………………………………………………… 14
八、主要控制结构……………………………………………………… 15
A+B A-B模式：当A、B两通道都处于选通状态时，使用此模式显示两通道信号代数相加、相减后的波形。
A&A积分模式：当A通道处于选通状态时，使用此模式显示A通道信号和A通道信号对采样间隔的离散积分的波形。
A&A微分模式：当A通道处于选通状态时，使用此模式显示A通道信号和A通道信号对采样间隔的离散求导的波形。
1）Window 选择，提供9 种频谱分析窗口；
2）Log/Linear 选择，提供3 种坐标显示模式；
3）DisplayUnit 选择，提供8 种单位。
5．数据存储和回放模块
按键“写盘”控制是否进行数据存储；按键“读盘”控制是否从数据文件中读取数据。主面板提供了两个文件名输入框，前—个为信号波形数据文件名输入框，后一个为采样周期文件名输入框，这两个文件由写盘功能和读盘功能共用。从软盘或硬盘上读取的数据同实时采集的数据一样，能够进行自动参数测量以及显示波形，并保留在显示窗口(显示模式可以设置为三种模式中的任意一种)，还可以根据需要设置进行频谱分析。
总结…………………………………………………………………………… 17
附录：前面板和程序框图…………………………………………………… 18
参考文献……………………………………………………………………… 20
前 言
随着电子科学技术的发展，微电子集成电路技术、计算机技术、通信技术、测控技术互相渗透，互相融合而形成了新型的电子信息技术。经过二十多年的发展，虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）的概念已逐步为工业界和学术界所认识，成为21实际测试技术与仪器技术发展的一个重要方向，并且在研究、制造和开发等总舵领域得到广泛应用。
测控仪器设计课程设计
说明书
姓 名：******
学 号：*********
班 级：测控072
专 业：测控技术与仪器
学 院：机械工程学院
时 间：2010.7.2～2010.7.15
地 点：
指导教师：无
前言…………………………………………………………………………… 1
课程设计任务书……………………………………………………………… 2
测控仪器设计课程设计任务书
设计题目：基于Labview的数字示波器设计
设计要求：
一、主要功能模块
数字示波器主要由软件控制完成信号的采集、处理和显示。系统软件总体上包括数据采集、波形显示、参数测量、频谱分析及波形存储和回放等五大模块，功能结构框图如下：
1．数据采集模块
主要完成数据采集的控制，包括触发控制、通道选择控制、时基控制等。其中：