基于labview的数字示波器设计

测控仪器设计课程设计

说明书

姓名：

学号：

班级：测控081班

专业：测控技术与仪器

学院：机械工程学院

时间：2011.7.4～2011.7.15

地点：机械工程学院机房

指导教师：

基于Labviewd的虚拟数字示波器设计

目录

前言 (2)

课程设计任务书 (3)

示波器设计方案 (4)

示波器工作原理与设计步骤 (7)

一、模拟采集模块 (7)

二、时基控制 (9)

三、波形显示模块 (9)

四、参数测量模块 (13)

五、频谱分析模块 (15)

六、数据存储和回放模块 (16)

七、波形打印模块 (17)

八、主要控制结构 (18)

总结 (19)

附录：前面板和程序框图 (21)

前言

由于电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术和仪器领域中的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现。电子测量仪器的功能和作用已经发生质的变化。在先进的测控系统中，不仅希望设备能够单独进行测试，还希望他们之间能够互相通信，构成测试系统，甚至是测试网络系统，实现信息共享，以便对众多的被测信号进行对比、综合和自动分析、从而得出准确的判断。这是电子行业本身给测试设备提出的要求，传统的测试仪器在此方面受到很大的限制。由于上述原因，并且随着电子技术和计算机技术的快速发展以及价格不断下降，改变了传统的电子技术设计观念，使原来部分由硬件完成的功能，现在能由软件实现。例如仪器面板和数字滤波等，实现硬件软件化。而不少硬件难以实现的功能，例如复杂的信号分析，数据统计和三维图像显示等，在计算机中则较容易实现。在市场的需求和相关技术支持下，促使了基于个人计算机的测控仪器——虚拟仪器的发展。虚拟仪器利用计算机强大的处理能力，使得它成为了一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程度、处理能力和可操作性等方面均具有明显的技术优势。

示波器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。目前研制一种结构简单、操作方便、生产技术要求不高、费用低的数字示波器是非常必要的。本文介绍了一种新型的示波器：虚拟数字存储示波器。虚拟数字存储示波器是虚拟仪器技术的一种具体应用。该虚拟仪器基于计算机平台，将虚拟仪器硬件和软件紧密结合，实现比传统仪器更强大的功能。虚拟数字存储示波器系统由数据采集、数据分析和结果输出显示三个主要功能部分组成。其中，数据分析和结果输出显示完全由计算机软件系统来完成，只有数据采集是在软件的控制下由硬件来完成。本文主要完成对软件系统的设计。

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(Lissajous)图形、测量相位差或频率。

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：

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。

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

示波器设计方案

虚拟示波器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。其中硬件设备与接口包括仪器接口设备和计算机，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序。本设计的信号处理与结果显示都由软件完成，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作性对应的各种控件。

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。

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。

接口总线

图1 虚拟数字示波器结构图