【正文】 ................................................................ 19 參數(shù)測(cè)量模塊 ................................................................................................ 22 第 5 章 虛擬示波器的調(diào)試 ........................................................................................ 24 波形顯示 ........................................................................................................ 24 頻譜分析 ........................................................................................................ 24 參數(shù)測(cè)量 ........................................................................................................ 25 第 6 章 結(jié)論和展望 .................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 27 1 第 1章 緒論 虛擬儀器的基本概念 電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展到今天，總體上經(jīng)過了四個(gè)歷程，按出現(xiàn)的時(shí)間順序依次為 。模擬儀器，數(shù)字儀器，智能儀器，虛擬儀器。其中，為了與虛擬儀器區(qū)別開來，我們又把前三種稱為傳統(tǒng)儀器。虛擬儀器是電子計(jì)算機(jī)技術(shù) 與現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是用戶在普通 PC 機(jī)上，應(yīng)用各種軟件平臺(tái)，根據(jù)自身的需要，設(shè)計(jì)和定義的軟硬件相結(jié)合的一種測(cè)量?jī)x器。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形顯示功能，建立虛擬儀器的控制面板，用戶通過對(duì)面板的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬儀器的操作，就像操作一臺(tái)普通的測(cè)量?jī)x器一樣。 虛擬儀器的構(gòu)成 從構(gòu)成要素上講，虛擬儀器主要由計(jì)算機(jī)，儀器硬件（如數(shù)據(jù)采集卡）和應(yīng)用軟件構(gòu)成；從總線標(biāo)注上講，包括有 PCDAQ 系統(tǒng)， GPIB 系統(tǒng) ,VXI 系統(tǒng)等。 虛擬儀器的較傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢(shì) （ 1）傳統(tǒng)儀器的控制面板只有一個(gè)，在這個(gè)操作面板上 ，需要放置各種按鈕，容易導(dǎo)致混亂和混淆。而虛擬儀器可以有多個(gè)控制面板，各個(gè)面板之間的切換十分方便，使每個(gè)面板變得簡(jiǎn)單，從而提高了操作的正確性和方便性。 （ 2）虛擬儀器大量用應(yīng)用軟件來替代傳統(tǒng)儀器中的硬件，從而使儀器的硬件變得簡(jiǎn)單。 （ 3）虛擬儀器使儀器的功能可以有用戶自定義，而不是只能由廠家來定義，從而使得儀器更加好用，方便。 （ 4）由于用軟件替代硬件，儀器的更新升級(jí)大都只要更新軟件，從而使得儀器的升級(jí)換代更加迅速，研發(fā)周期縮短。 （ 5）虛擬儀器的發(fā)展可與計(jì)算機(jī)的發(fā)展同步，與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備同步。 虛擬 儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 虛擬儀器的概念最初是由美國(guó)國(guó)家儀器公司（ National Instruments Corp，簡(jiǎn)稱 NI）于 1986 年提出， NI 公司在 80 年代研制和推出了許多總線系統(tǒng)的虛擬儀器，后來，美國(guó) HP 公司， Tektronic 公司， Racal 公司也在此方面有了很多進(jìn)展。虛擬儀器在國(guó)外發(fā)展很快，以 NI 公司為首的很多公司已經(jīng)在市場(chǎng)上推出了大量基于虛擬儀器技術(shù)的電子儀器產(chǎn)品。據(jù)“世界儀表及自動(dòng)化”雜志預(yù)測(cè)，虛擬儀器在 21 世紀(jì)中期將占到儀器市場(chǎng) 50%左右的份額。虛擬儀器在本世紀(jì)發(fā)展很快，大有取代傳統(tǒng)儀器的趨 勢(shì)。 近年來，世界很多公司推出了不少虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，使儀器的使用者可以開發(fā)組建自己需要的虛擬儀器。其中，比較具有代表性的是 NI 公司 Labview平臺(tái)和 Labwindows/CVI 平臺(tái)。相比而言， Labwindows 是為熟悉 C 語言的傳統(tǒng)2 軟件開發(fā)人員所設(shè)計(jì)的。 作為一本新興技術(shù)，虛擬儀器在國(guó)內(nèi)尚屬于起步階段，但也初步取得了一些成果。國(guó)內(nèi)已有幾家廠家在開發(fā)研制虛擬儀器，在數(shù)據(jù)處理軟件方面做出了一些成就。比如測(cè)量結(jié)果的頻譜分析，快速傅里葉變換，各種數(shù)字濾波器，卷積分析，微積分等。 本論文的主要工作 我國(guó) 在科學(xué)技術(shù)方面與世界頂級(jí)國(guó)家還有一定距離，我國(guó)的高檔儀器大部分還要依賴進(jìn)口，這種儀器往往價(jià)格昂貴，使用面窄，花很多的外匯只能起到有限的作用，因此，研究虛擬儀器對(duì)我國(guó)來說具有很重要的意義。開發(fā)虛擬儀器不僅可以實(shí)現(xiàn)儀器的自我生產(chǎn)，而且虛擬儀器易于改進(jìn)，提升性能，通過軟件和硬件的更換，還可以實(shí)現(xiàn)多方面的用途，大大提高了儀器的性價(jià)比。 本論文主要介紹虛擬示波器硬件和軟件的開發(fā)過程，以及相關(guān)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識(shí)。虛擬示波器主要有硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分主要是普通 PC 機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡；軟件部分則包括了前面板，采集卡驅(qū) 動(dòng)程序及相關(guān)的應(yīng)用軟件（主要有頻譜分析，數(shù)字濾波，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取，波形顯示等） 本論文主要分為以下幾個(gè)部分： 第 1 章 緒論 第 2 章 軟件開發(fā)平臺(tái) Labview 的有關(guān)介紹 第 3 章 系統(tǒng)硬件部分 第 4 章 系統(tǒng)軟件部分 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 第 6 章 結(jié)論和展望 3 第 2章 系統(tǒng)軟件的開發(fā)平臺(tái) Labview 簡(jiǎn)介 labview 的基本概述 Labview 是美國(guó)國(guó)家儀器公司開發(fā)的，基于 G 語言（ Graphics Language）的虛擬儀器開發(fā)工具。其特點(diǎn)是用圖形化的符號(hào)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的文本語言，從而達(dá)到直觀， 簡(jiǎn)潔，易懂的目的。 1992年 8 月 MaCintosh平臺(tái)到 Windows 又砰臺(tái)的移植，從 版本開始， LabVIEW 作為一個(gè)完整優(yōu)異的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，并開始迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，贏得了廣大用戶的青睞。 它的基本特點(diǎn)是 (1)具有良好的用戶接口其用戶接口類似于傳統(tǒng)儀器的面板，包括按鈕、旋鈕、圖形顯示組件、控制組件等。通過鼠標(biāo)和鍵盤向程序輸入數(shù)據(jù)，操作結(jié)果由軟件在計(jì)算機(jī)屏幕上生成。 (2)編程方式簡(jiǎn)單、直觀采用圖形語一言 (G 語言 )、圖標(biāo)和聯(lián)機(jī)代替文本形式編寫程序，是對(duì)具體編程問題的圖形化解決方案。 (3)具有層次結(jié)構(gòu)和模塊化的特點(diǎn)每一個(gè) VI 可以作為頂層程序，也可以作為其它程序的子程序。 (4)提供程序調(diào)試功能程序調(diào)試工具包括在源代碼中可以設(shè)置斷點(diǎn)，可以單步執(zhí)行，也可以啟動(dòng)。 LabVIEW 創(chuàng)建虛擬儀器過程 創(chuàng)建虛擬儀器的過程分為四步 : (1)創(chuàng)建前面板。前面板是圖形化用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。它模仿了實(shí)際儀器的面板。前面板包含了旋鈕、按鈕、圖形和其他控制與顯示對(duì)象。通過鼠標(biāo)和鍵 盤輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，也可在計(jì)算機(jī)顯示器上直接觀看結(jié)果。若想要在數(shù)字控制中輸入或修改數(shù)值，只需要用操作工具 (見工具模板 )點(diǎn)擊控制部件和增減按鈕，或者用操作工具或標(biāo)簽工具雙擊數(shù)值欄進(jìn)行輸入數(shù)值修改。 (2)創(chuàng)建框圖程序。在前面板窗口的主菜單 windows 中選擇 ShowDiagram 將前面板窗口切換到框圖程序窗口，此時(shí)會(huì)看到與前面板對(duì)象對(duì)應(yīng)的端口。根據(jù)需要在功能模板中找到所需的節(jié)點(diǎn)，并將節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)放置到框圖程序窗口。用數(shù)據(jù)連線將這些端口和節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)連接起來，形成一個(gè)完整的框圖程序。 (3)創(chuàng)建圖 標(biāo)。一個(gè)虛擬儀器的圖標(biāo) /連接端口就像一個(gè)圖形 (表示某一虛擬儀器 )的參數(shù)列表。這樣，其它的虛擬儀器才能將數(shù)據(jù)傳輸給子儀器。圖標(biāo)和連接允許將此儀器作為最高級(jí)的程序，也可以作為其它程序或子程序的子程序。 運(yùn)行和調(diào)試程序。運(yùn)行和調(diào)試程序是任何一門編程語言編程的最重要的一步。在4 LabVIEW 中，用戶可以通過兩種方式來運(yùn)行程序 :運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行。如果一個(gè)VI 程序存在語法錯(cuò)誤，則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕將會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這時(shí)這個(gè)按鈕被稱作錯(cuò)誤列表。點(diǎn)擊它，則 LabVIEW 彈出錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其中 任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，選用 Find 功能，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。調(diào)試程序時(shí)可以利用單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、設(shè)置探針來顯示數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。 圖 21 Labview 前面板 圖 22 Labview 程序框圖 labview 的模板分析 labVIEW 是一種圖形化設(shè)計(jì)語言，在一個(gè)虛擬儀器 VI 的開發(fā)過程中，主要 利用模板創(chuàng)建和運(yùn)行程序。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動(dòng)，并可以放置 在屏幕的任意位置。操縱模板共有三類 :工具 (Too1s)選板、控制 (Controls) 選板和功能 (Functions)選板或稱函數(shù)選板。 5 圖 23 工具選版 工具模板 工具選板為編程者提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試 VI 程序的工具 (如圖所示 )。該模板可以在 windows 菜單下選擇 ShowToolsPalette 命令以顯示該模板。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀，它包括了以下工具包。 操作工具 :使用該工具來操作前面板的控制和顯示。 使用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入值時(shí)，工具會(huì)變成標(biāo)簽工具的形狀。 選擇工具，用于選擇、移動(dòng)或改變對(duì)象的大小當(dāng)它用于改變對(duì)象的連框大小時(shí)， 會(huì)變成相應(yīng)形狀。 標(biāo)簽工具 :用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建自由標(biāo)簽。當(dāng)創(chuàng)建自由標(biāo)簽時(shí)它會(huì)變成相應(yīng)形狀。 連線工具 :用于在框圖程序上連接對(duì)象。如果聯(lián)機(jī)幫助的窗口被打開時(shí)， 把該工具放在任一條連線上，就會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型