【正文】 ................................................................ 19 參數(shù)測量模塊 ................................................................................................ 22 第 5 章 虛擬示波器的調試 ........................................................................................ 24 波形顯示 ........................................................................................................ 24 頻譜分析 ........................................................................................................ 24 參數(shù)測量 ........................................................................................................ 25 第 6 章 結論和展望 .................................................................................................... 26 參考文獻 ...................................................................................................................... 27 1 第 1章 緒論 虛擬儀器的基本概念 電子測量儀器發(fā)展到今天，總體上經(jīng)過了四個歷程，按出現(xiàn)的時間順序依次為 。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。虛擬儀器是電子計算機技術 與現(xiàn)代測量技術深層次結合的產(chǎn)物，是用戶在普通 PC 機上，應用各種軟件平臺，根據(jù)自身的需要，設計和定義的軟硬件相結合的一種測量儀器。利用計算機強大的圖形顯示功能，建立虛擬儀器的控制面板，用戶通過對面板的操作實現(xiàn)對虛擬儀器的操作，就像操作一臺普通的測量儀器一樣。 虛擬儀器的構成 從構成要素上講，虛擬儀器主要由計算機，儀器硬件（如數(shù)據(jù)采集卡）和應用軟件構成；從總線標注上講，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 （ 1）傳統(tǒng)儀器的控制面板只有一個，在這個操作面板上 ，需要放置各種按鈕，容易導致混亂和混淆。而虛擬儀器可以有多個控制面板，各個面板之間的切換十分方便，使每個面板變得簡單，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，儀器的更新升級大都只要更新軟件，從而使得儀器的升級換代更加迅速，研發(fā)周期縮短。 （ 5）虛擬儀器的發(fā)展可與計算機的發(fā)展同步，與網(wǎng)絡及周邊設備同步。 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國家儀器公司（ National Instruments Corp，簡稱 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 HP 公司， Tektronic 公司， Racal 公司也在此方面有了很多進展。虛擬儀器在國外發(fā)展很快，以 NI 公司為首的很多公司已經(jīng)在市場上推出了大量基于虛擬儀器技術的電子儀器產(chǎn)品。據(jù)“世界儀表及自動化”雜志預測，虛擬儀器在 21 世紀中期將占到儀器市場 50%左右的份額。虛擬儀器在本世紀發(fā)展很快，大有取代傳統(tǒng)儀器的趨 勢。 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，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平臺和 Labwindows/CVI 平臺。相比而言， Labwindows 是為熟悉 C 語言的傳統(tǒng)2 軟件開發(fā)人員所設計的。 作為一本新興技術，虛擬儀器在國內(nèi)尚屬于起步階段，但也初步取得了一些成果。國內(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。比如測量結果的頻譜分析，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 在科學技術方面與世界頂級國家還有一定距離，我國的高檔儀器大部分還要依賴進口，這種儀器往往價格昂貴，使用面窄，花很多的外匯只能起到有限的作用，因此，研究虛擬儀器對我國來說具有很重要的意義。開發(fā)虛擬儀器不僅可以實現(xiàn)儀器的自我生產(chǎn)，而且虛擬儀器易于改進，提升性能，通過軟件和硬件的更換，還可以實現(xiàn)多方面的用途，大大提高了儀器的性價比。 本論文主要介紹虛擬示波器硬件和軟件的開發(fā)過程，以及相關數(shù)據(jù)處理的基礎知識。虛擬示波器主要有硬件和軟件兩部分構成。硬件部分主要是普通 PC 機和數(shù)據(jù)采集卡；軟件部分則包括了前面板，采集卡驅 動程序及相關的應用軟件（主要有頻譜分析，數(shù)字濾波，數(shù)據(jù)存儲和讀取，波形顯示等） 本論文主要分為以下幾個部分： 第 1 章 緒論 第 2 章 軟件開發(fā)平臺 Labview 的有關介紹 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)調試 第 6 章 結論和展望 3 第 2章 系統(tǒng)軟件的開發(fā)平臺 Labview 簡介 labview 的基本概述 Labview 是美國國家儀器公司開發(fā)的，基于 G 語言（ Graphics Language）的虛擬儀器開發(fā)工具。其特點是用圖形化的符號來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的文本語言，從而達到直觀， 簡潔，易懂的目的。 1992年 8 月 MaCintosh平臺到 Windows 又砰臺的移植，從 版本開始， LabVIEW 作為一個完整優(yōu)異的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境得到了工業(yè)界和學術界的認可，并開始迅速占領市場，贏得了廣大用戶的青睞。 它的基本特點是 (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。通過鼠標和鍵盤向程序輸入數(shù)據(jù)，操作結果由軟件在計算機屏幕上生成。 (2)編程方式簡單、直觀采用圖形語一言 (G 語言 )、圖標和聯(lián)機代替文本形式編寫程序，是對具體編程問題的圖形化解決方案。 (3)具有層次結構和模塊化的特點每一個 VI 可以作為頂層程序，也可以作為其它程序的子程序。 (4)提供程序調試功能程序調試工具包括在源代碼中可以設置斷點，可以單步執(zhí)行，也可以啟動。 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，用于設置輸入數(shù)值和觀察輸出量。它模仿了實際儀器的面板。前面板包含了旋鈕、按鈕、圖形和其他控制與顯示對象。通過鼠標和鍵 盤輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，也可在計算機顯示器上直接觀看結果。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 )點擊控制部件和增減按鈕，或者用操作工具或標簽工具雙擊數(shù)值欄進行輸入數(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，此時會看到與前面板對象對應的端口。根據(jù)需要在功能模板中找到所需的節(jié)點，并將節(jié)點圖標放置到框圖程序窗口。用數(shù)據(jù)連線將這些端口和節(jié)點的圖標連接起來，形成一個完整的框圖程序。 (3)創(chuàng)建圖 標。一個虛擬儀器的圖標 /連接端口就像一個圖形 (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。圖標和連接允許將此儀器作為最高級的程序，也可以作為其它程序或子程序的子程序。 運行和調試程序。運行和調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行程序 :運行和連續(xù)運行。如果一個VI 程序存在語法錯誤，則在面板工具條上的運行按鈕將會變成一個折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這時這個按鈕被稱作錯誤列表。點擊它，則 LabVIEW 彈出錯誤清單窗口，點擊其中 任何一個所列出的錯誤，選用 Find 功能，則出錯的對象或端口就會變成高亮。調試程序時可以利用單步執(zhí)行、設置斷點、設置探針來顯示數(shù)據(jù)流動方向。 圖 21 Labview 前面板 圖 22 Labview 程序框圖 labview 的模板分析 labVIEW 是一種圖形化設計語言，在一個虛擬儀器 VI 的開發(fā)過程中，主要 利用模板創(chuàng)建和運行程序。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動，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。當從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標箭頭就會變成該工具相應的形狀，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，工具會變成標簽工具的形狀。 選擇工具，用于選擇、移動或改變對象的大小當它用于改變對象的連框大小時， 會變成相應形狀。 標簽工具 :用于輸入標簽文本或者創(chuàng)建自由標簽。當創(chuàng)建自由標簽時它會變成相應形狀。 連線工具 :用于在框圖程序上連接對象。如果聯(lián)機幫助的窗口被打開時， 把該工具放在任一條連線上，就會顯示相應的數(shù)據(jù)類型