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LabVIEW驱动的模块化虚拟双踪示波器设计与实现
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本文主要探讨了基于LabVIEW的虚拟双踪示波器的设计与实现。LabVIEW作为一种功能强大的图形化虚拟仪器开发平台,因其灵活性和易用性,在科学研究和工程设计中得到了广泛应用。虚拟双踪示波器作为虚拟仪器技术的一个重要实例,它将传统的示波器功能数字化,通过软件处理和硬件配合,实现了数据采集、处理和显示的分离。 设计的核心理念是模块化,将整个系统划分为几个关键模块:首先,数据采集模块,包括信号发生器、触发控制和采样控制部分,这些组件负责实时捕捉和预处理输入信号。其次,信号分析及处理模块,包括滤波、频谱分析以及加窗处理等功能,可以深入解析信号特征,提供高级分析能力。此外,波形存储及回放模块允许用户保存和调用之前记录的波形,增加了设备的灵活性和可扩展性。 LabVIEW的强大之处在于,所有的数据处理和结果显示都由软件驱动,这意味着设计者可以根据实际需求定制和扩展功能,而硬件成本相对较低。相比于传统物理示波器,虚拟示波器在性能、成本和灵活性上具有明显优势。通过精心设计,本文中的虚拟双踪示波器不仅具备基本的波形显示和测量功能,还具备了高级的分析功能,满足了科研和工程设计中的多样化需求。 为了验证设计的有效性和性能,作者进行了系统测试和性能分析,确保虚拟示波器能够稳定工作,并达到预期的性能指标。这篇论文详细介绍了如何利用LabVIEW平台构建一款功能强大且易于定制的虚拟双踪示波器,为相关领域的研究者和工程师提供了实用的设计参考和技术指导。关键词:虚拟仪器、虚拟双踪示波器、LabVIEW技术在其中起到了核心支撑作用。
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1 绪论
虚拟仪器利用PC机显示器的显示功能模拟传统仪器的功能面板,以多种形
式表达输出检测结果,利用PC机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、
处理,由FO接口设备完成信号的采集、调理和测量,从而完成各种测试功能。
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FO、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
器以硬件为主体的模式。实际上使用者是在操作具有测试软件的电子计算机进行
测量,犹如操作一台虚设的电子仪器。虚拟仪器的“虚拟”两字主要包含以下两个
方面的含义:
(1)虚拟仪器的面板是虚拟的
虚拟仪器面板上的各种“图标”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能
是相同的。由各种开关、按钮、显示器等图标实现仪器电源的“通”、“断”,实现
被测信号的“输入通道”、“放大倍数”等参数的设置,以及实现测量结果的“数值显
示”、“波形显示”等。传统仪器面板上的器件都是“实物”,而且是由“手动”和“触
摸”进行操作的。虚拟仪器前面板是外形与实物相像的“图标”,每个图标的“通”、
“断”、“放大”等动作通过用户操作计算机鼠标或键盘来完成。因此,设计虚拟仪
器前面板就是在前面板设计窗口中摆放所需要的图标,然后对图标的属性进行设
置。
(2)虚拟仪器测量功能是通过对图形化软件流程图的编程来实现的
虚拟仪器是在以PC为核心组成的硬件平台支持下,通过软件编程来实现仪器的
功能。当基本硬件确定以后,就可以通过不同的软件实现不同的功能。用户可以
根据自己的需要,设计自己的仪器系统,满足多种多样的应用要求。利用计算机
丰富的软硬件资源,可以大大突破传统仪器在数据分析、处理、表达、传递、存
储等方面的限制,达到传统仪器无法比拟的效果。它不仅可以用于电子测量、分
析、处理等领域,而且还可以用于进行设备的监控及工业过程自动化。虚拟仪器
系统可以广泛地应用在通讯、自动化、半导体、航空、电子、电力、生化制药、
和工业生产等各种领域的电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故
障诊断及教学科研等多个方面。
现有的虚拟仪器系统按硬件工作平台主要可有以DAQ板卡和信号调理为仪
器硬件而组成的PC总线的PC-DAQ测试系统,或以GPD3,VXI,Serial和
Field bus等标准总线为仪器硬件组成的GPIB系统、VXI系统、串口系统和现场
总线系统等多种形式。常见虚拟仪器组建方案如图1-3所示:
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图1-3 常见虚拟仪器组建方案
(l)PC-DAQ插卡式的VI
这种方式用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件,便可构成数据采集
和虚拟仪器系统。它充分利用了计算机的总线、机箱、电源以及软件的便利,其
关键在于A/D转换技术。这种方式受PC机机箱、总线限制,存在电源功率不足
机箱内噪声电平较高、无屏蔽、插槽数目不多、尺寸较小等缺点。但因插卡式仪
器价格便宜,因此其用途广泛,特别适合于工业测控现场、各种实验室和教学部
门使用。
(2)并行口式的VI
最新发展的可连接到计算机并行口的测试装置,其硬件集成在一个采集盒里
或探头上,软件装在计算机上,可以完成各种VI功能。它的最大好处是可以与笔
记本计算机相连,方便野外作业,又可与台式PC相连,实现台式和便携式两用
非常方便。
(3)GPIB总线方式的VI
信号调理器 数据、图像采集卡
GPIB 接口仪器 GPIB 接口
卡
串行口仪器
并行口仪器
VXI 仪器
现场总线( field , CANbus )设备
其它计算机硬件板卡
被
测
对
象
计算机
(装有虚
拟仪器开
发软件)
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/80599656/bgb.jpg)
1 绪论
GPIB(General Porpose Interface Bus)技术的出现使电子测量由独立的
单台手工操作向大规模自动测试系统发展。典型的GPIB系统由一台PC机,一块
GPIB接口卡和若干台GPIB仪器通过GPIB电缆连接而成。GPIB测试系统的结构
和命令简单,造价较低,主要市场在台式仪器市场。适用于精确度要求高,但对
计算机速率要求和总线控制实时性要求不高的场合。
(4)VXI总线方式的VI
VXI总线是高速计算机总线VME在VI领域的扩展,有稳定的电源,强有力的
冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放,且具有结构紧凑、数据吞
吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持等的优点,得
到了广泛的应用。它适用于组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求
高的场合,但VXI总线要求有专用机箱、零槽管理器及嵌入式控制器,造价比较
高。
(5)PXI总线方式的VI
PXI总线是PCI在VI领域的扩展。这种新型模块化仪器系统是在PCI总线内核
技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的,具有多板同步触发、精确定时的星
形触发、相邻模块间高速通讯的局部总线以及高度的可扩展性等优点,适用于大
型高精度集成系统。
(6)网络接口方式的VI
尽管Internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起,
不过NI等公司己经开发了通过web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品,使
人们可以通过Internet操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性,能够方便的将虚拟
仪器组成计算机网络,利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的设备联系
在一起,使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享,减少了设备重复投资。
(7)USB接口方式的VI
USB因其在PC机上的广泛使用、即插即用的特性和USB2.0高达
480Mbits/s的传输速率,使其逐渐成为仪器控制的主流总线技术。USB接口被
广泛应用,也使得工程师可以很方便的将基于USB的测量仪器连接到整个系统
中。但是USB在仪器控制方面亦有一些缺点,比如USB的传输线没有工业标准
的规格,在恶劣的环境下,可能造成数据的丢失,此外,USB对传输线的距离
也有一定的限制。
无论哪种VI系统,都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑、台式微机或工作站
等各种计算机平台加上应用软件而构成的。
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