基于LabVIEW的虚拟示波器设计

基于LabVIEW的虚拟示波器设计

摘要虚拟仪器是当今仪器技术的发展热点,本文设计并实现了一种功能强大的虚拟示波器系统,详细介绍了利用图形化编程语言labview进行仪器程序设计的方法。

关键词示波器;虚拟仪器;数据采集;labview

中图分类号tp39 文献标识码a 文章编号

1674-6708(2010)31-0221-02

示波器是生产实践和科学研究中应用十分广泛的电子测量仪器。虚拟仪器以计算机为核心,功能由用户定义和设计,具有虚拟面板,其测试功能由测试软件实现。虚拟仪器的关键是用软件来实现硬件的功能,实现“软件即仪器”[1]。本文应用虚拟仪器开发平台labview开发了一种虚拟示波器,不仅扩展了示波器的分析和计算能力,而且降低了仪器的价格,增强了仪器的通用性。

1 系统硬件设计

1.1 仪器的结构框图

图1虚拟示波器结构框图

虚拟示波器的总体结构如图1所示,主要由数据采集卡、通信接口和和虚拟仪器用户界面组成。其中数据采集卡主要负责采集现场的信号,经信号调理后由单片机控制数据的模数转换及读取,并把读取的数据经usb通信接口送入计算机。而虚拟仪器用户界面主要完成单片机信号的接收和处理,并直观的显示在仪器面板上,从而实现系统的仪器测量功能。

1.2 数据采集卡

鉴于经济性与灵活性的考虑,本系统采用自行设计数据采集卡。以p89s935单片机作为数据采集系统的控制核心,包括信号调理电路、单片机外围电路、usb外围电路4大部分,主要完成现场信号的采集、转换及读取,并把读取的数据经usb通信接口送入计算机。

1.3 虚拟示波器功能设计

虚拟示波器的设计参考了传统示波器的功能,并结合虚拟仪器的特点与计算机强大的信息处理能力,在功能上进行了扩展,实现了波形显示、存储和时域、频域参数自动测量、显示、查询等功能,如图2所示。虚拟示波器的主要技术指标:

采样速率:100kb/s;

采样精度:0.390625%;

波形显示模式:双通道a、b;

数据存储:硬盘。

2 仪器软件设计

2.1 虚拟仪器软件开发工具

虚拟示波器软件设计采用的ni公司的虚拟仪器开发工具labview。使用labview开发平台编制的虚拟仪器程序vi包括3个部分:程序前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量,生成模仿传统仪器的控制面板[2]。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用labview图形编程语言编写,类似传统程序的源代码。图标/连接器是子程序subvi被

其它vi调用的接口。labview采用的是自上向下的模块化编程方法,所生成的各个子程序有利于主程序的设计与实现[2]。这种设计方法可大大减小虚拟仪器开发的难度,利于仪器开发人员之间的分工协作。

图2虚拟示波器功能框图

2.2 虚拟示波器的软件结构

虚拟示波器主要由软件来完成信号的采集、处理和输出。系统软件包括前面板生成、仪器主要功能包括:通道选择、时基幅值控制、滤波器、信号发生器、数据存储与回放等。主程序如图3所示。

3 仪器前面板设计

虚拟示波器操作界面的设计总体上包括通道选择、参数测量、信号仿真、滤波器、时基幅值控制、数据回放六部分。能实现对输入信号进行滤波、模拟数据采集信号、调整频率振幅等简单的控制而后显示波形。而此次研究的目的主要是针对基于usb虚拟示波器操作界面程序的设计,虚拟示波器的前面板设计模仿传统示波器形式,利用软件生成了显示窗、调节旋钮、开关键等部件,但仪器的操作、调节均由鼠标操作完成[3]。

4 结论

本文设计的虚拟示波器实现了波形的自动测量、分析、处理功能,节省了时间,提高了参数测量的精度,实现了波形、数据的存储和显示,具有波形的滤波与显示功能。虚拟示波器的波形仿真、暂停等功能也为仪器的使用带来了方便。实际应用表明,该虚拟示波器具

有集成度高、功能强、操作简单、使用方便等优点。在实现传统示波器功能的基础上增加软件设计,能轻易地实现频谱分析、万用表、频率计等功能,实现仪器的一机多用。

图3虚拟示波器程序框图

参考文献

[1]唐求,腾召胜,黄鸿鸣.基于labview的多功能虚拟示波器设计[j].微计算机信息,2007,23(1-1):151-152.

[2]杨乐平,李海涛,赵勇,等.labview高级程序设计[m]. 北京:

清华大学出版社,2003.

[3]谢启,温晓行,高琴妹,等.labview 软件中菜单形式的用户界面设计与实现[j].微计算机信息,2005,21(9-1):88-90.