【正文】 基于LabVIEW的虛擬示波器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文摘要虛擬儀器是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，標(biāo)志著自動(dòng)測(cè)試與電子測(cè)試儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)嶄新方向． 隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理作為一門新興的學(xué)科，其重要性日益在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用中體現(xiàn)出來(lái)。本文介紹了利用LabVIEW 圖形編程語(yǔ)言進(jìn)行虛擬儀器開(kāi)發(fā)的方法，設(shè)計(jì)了一種基于PC機(jī)聲卡的虛擬示波器，說(shuō)明了虛擬儀器在現(xiàn)代測(cè)試領(lǐng)域中的重要地位以及其廣闊的發(fā)展前景． 從某種意義上說(shuō)，“軟件就是儀器”。關(guān)鍵詞　LabVIEW,虛擬儀器，示波器The design of virtual wave displayer based on LabVIEWAbstractVirtual instrument is the produce that merges the puter technology and measurement technique．It stands for a brand new development directory in the field of automeasurement and electronic measurement。 With the rapid development of information technology and the puter technology, the digital signal processing takes an emerging discipline, its importance displays day by day in each domain application. This article introduces how to develop virtual instruments using graph programming languageLabVIEW ,designs a virtual signal displayer based on PC and explains the important part and wide development prospects of virtual instrument in modern measurement technique field． In a sense, “The software is an instrument”.Keywords　 LabVIEW, virtual instrument目錄第1章 緒論 1 虛擬儀器的概述 1 什么是虛擬儀器 1 虛擬儀器的構(gòu)成 2 虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn) 3 虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀 4 虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì) 4 圖形化編程語(yǔ)言 LabVIEW 4 什么是LabVIEW 5 LabVIEW的主要特點(diǎn) 5 LabVIEW調(diào)試與運(yùn)行 6第2章 示波器的原理 7 模擬示波器 7 示波器的基本結(jié)構(gòu) 7 示波器的掃描原理 8 數(shù)字示波器 9 數(shù)字示波器的基本原理 9 數(shù)字示波器的特點(diǎn) 11 虛擬示波器 12第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 14 聲卡 14 聲卡的工作原理 14 聲卡的基本結(jié)構(gòu) 14 硬件設(shè)置 16 實(shí)驗(yàn)中聲卡的參數(shù)設(shè)置 16 虛擬示波器中聲卡的連接方式 16 前置運(yùn)算電路 17第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 18 虛擬示波器工作流程圖 18 數(shù)據(jù)采集模塊 18 頻譜分析模塊 22 數(shù)據(jù)測(cè)量和顯示模塊 23第5章 系統(tǒng)調(diào)試與程序顯示 25 虛擬示波器性能 25 程序設(shè)計(jì)思路 25 虛擬示波器操作界面 25 虛擬示波器總程序框圖 26 虛擬示波器波形顯示 27結(jié)論 30致謝 31參考文獻(xiàn) 32附錄 34不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印 IV 千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 V 第1章 緒論 虛擬儀器的概述虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上,由用戶設(shè)計(jì)和定義其功能,具有虛擬面板. 虛擬儀器技術(shù)具有高效、易用、開(kāi)放、靈活、更新快、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、用戶定義等諸多優(yōu)點(diǎn). 目前在我國(guó)應(yīng)用的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要有美國(guó)NI 公司的LabVIEW及其相應(yīng)組件和Agilent 公司的HP VEE ,其中NI 的LabVIEW 、信號(hào)處理和虛擬儀器開(kāi)發(fā)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工具,而且是一個(gè)基于圖形化編程語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具,設(shè)計(jì)者可利用它方便快捷地建立自己的虛擬儀器程序而無(wú)需復(fù)雜的程序代碼編寫. 它適用于多種操作系統(tǒng),用LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器程序可以脫離LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境,最終用戶看見(jiàn)的是和實(shí)際的硬件儀器相似的操作面板 什么是虛擬儀器 所謂虛擬儀器，就是在通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義、具有虛擬面板、測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬面板，就可操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，就如同使用一臺(tái)專用測(cè)量?jī)x器一樣。虛擬儀器的“虛擬”二字主要包含以下兩個(gè)方面的含義：第一， 虛擬儀器的面板是虛擬的。虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的。如由各種開(kāi)關(guān)、按鍵、顯示器等實(shí)現(xiàn)儀器電源的：“通”、“斷”；被測(cè)信號(hào)的“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)的設(shè)置；測(cè)量結(jié)果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實(shí)物”，而且是由“手動(dòng)”、“觸摸”、來(lái)進(jìn)行操作的，而虛擬儀器面板控件是外形與實(shí)物相象的“圖標(biāo)”，每個(gè)圖標(biāo)的“通”、“斷”、“放大”等，對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的軟件程序。這些軟件已經(jīng)設(shè)計(jì)好，我們只需選用代表該種軟件程序的圖形“控件”即可。因此，設(shè)計(jì)虛擬儀器前面板,就是在前面板設(shè)計(jì)窗口中擺放所需的圖標(biāo)，然后對(duì)圖標(biāo)的屬性進(jìn)行設(shè)置。第二,虛擬儀器測(cè)量功能是通過(guò)對(duì)圖形化軟件流程圖的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。以PC計(jì)算機(jī)為核心組成的硬件平臺(tái)支持下，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的功能的。因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)不同測(cè)試功能軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能，所以，在硬件平臺(tái)確定后，就有“軟件就是儀器”的說(shuō)法。 虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器從構(gòu)成要素上講，由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件等構(gòu)成；從構(gòu)成分式上講則由以DAQ板和信號(hào)調(diào)理為儀器硬件而組成的PCDAQ測(cè)試系統(tǒng)，或已GPIB，VXI，Serial和Field bus等標(biāo)準(zhǔn)總線儀器為硬件組成的GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)等多種形式。 虛擬儀器構(gòu)成圖第一，基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器,是以信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)及PC機(jī)為儀器硬 件平臺(tái),采用PCI或ISA計(jì)算機(jī)總線,將DAQ直接插入PC機(jī)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的總線擴(kuò)展插槽,因此 ,這種虛擬儀器又叫PCIDAQ/PCI插卡式虛擬儀器。　　第二，基于串行總線儀器的虛擬儀器,是由Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái), 包括符合RS 232/RS422標(biāo)準(zhǔn)的PLC和單片機(jī)系統(tǒng)。　　第三，基于通用接口總線GPIB接口的虛擬儀器,是以GPIB接口儀器、GPIB接口卡及PC機(jī)為 儀器硬件平臺(tái),GPIB儀器具有獨(dú)立的儀器操作界面,可以脫離計(jì)算機(jī)使用,也可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)GPIB電纜連接計(jì)算機(jī)實(shí)施程序控制。　　第四，基于VXI儀器的虛擬儀器,是以VXI (VME bus extension for instrumentation) 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái),由主機(jī)箱、控制器和儀器模塊構(gòu)成。VXI控制器包括嵌入式PC控制、嵌入式工作站控制器和外置工作站控制器,可根據(jù)測(cè)試功能的不同要求來(lái) 選用。　　第五，基于PXI儀器的虛擬儀器,它是以PXI(PCI extension for instrumentation)標(biāo)準(zhǔn)總線 儀器模塊及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái),PXI總線方式是在PCI總線內(nèi)核技術(shù)上增加多板同步觸發(fā)總 線和參考時(shí)鐘技術(shù)規(guī)范和要求形成。標(biāo)準(zhǔn)的PXI模塊化儀器系統(tǒng)有8個(gè)插槽,還可與Compact P CI交互操作,可與GPIB或VXI集成,組成大規(guī)模、多用途系統(tǒng)。 第六，基于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的虛擬儀器,是以Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)總線儀器及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái) 。　　無(wú)論上述哪種形式的虛擬儀器，都是通過(guò)應(yīng)用軟件將儀器的模塊化功能硬件與各類計(jì)算機(jī)相 結(jié)合的,其中基于GPIB、VXI、PXI的方案主要適合構(gòu)成大型高精度集成測(cè)試系統(tǒng)；PCIDAQ / PCI、串行口方案主要適合構(gòu)成普及型的廉價(jià)測(cè)試系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)總線方案主要適合構(gòu)成大規(guī)模 的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)。如測(cè)試任務(wù)需要,也可將上述幾種方案結(jié)合構(gòu)成混合測(cè)試系統(tǒng)。 虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)。虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全繼承了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能卓越的處理器和文件I/O，使用戶在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)，就能實(shí)時(shí)進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。 。得益于NI軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)用戶的整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，用戶還可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加快產(chǎn)品上市時(shí)間。 。在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通信方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計(jì)這一軟件架構(gòu)的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使用戶輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。 。虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。 虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀虛擬儀器技術(shù)目前在國(guó)外發(fā)展很快，以美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI公司）為代表的一批廠商已經(jīng)在市場(chǎng)上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計(jì)的商品化儀器產(chǎn)品。在美國(guó)虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語(yǔ)言，已作為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門必修課程。美國(guó)的斯福坦大學(xué)的機(jī)械工程系要求三、四年級(jí)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)用虛擬儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)控制.當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的RS232串行總線、GPIB通用接口總線、VXI總線，以及已經(jīng)被PC機(jī)廣泛采用的USB串行總線和IEEE1394總線（即Fire wire，也叫做火線）。世界各國(guó)的公司，特別是美國(guó)NI公司，為使虛擬儀器能夠適應(yīng)上述各種總線的配置，開(kāi)發(fā)了大量的軟件以及適應(yīng)要求的硬件（插件），可以靈活的組建不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。傳統(tǒng)儀器有復(fù)雜的工藝問(wèn)題和知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，發(fā)達(dá)國(guó)家的傳統(tǒng)儀器市場(chǎng)已具有相當(dāng)規(guī)模。而虛擬儀器是一個(gè)全新的領(lǐng)域，大力發(fā)展虛擬儀器技術(shù)可以略過(guò)傳統(tǒng)儀器的發(fā)展階段，迅速進(jìn)入虛擬儀器發(fā)展階段，與國(guó)外大公司處于同一起跑線，形成跨越式發(fā)展。目前，虛擬儀器技術(shù)在中國(guó)越來(lái)越受到人們重視，研究高潮方興未艾，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，虛擬儀器技術(shù)必然會(huì)有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。 虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)NI公司提出的“軟件即儀器”，引發(fā)了儀器概念的革命性改變，而隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器逐漸向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，研究人員又提出了“網(wǎng)絡(luò)即儀器”的概念。降低儀器支持和維護(hù)成本的技術(shù)，將成為虛擬儀器市場(chǎng)的主流技術(shù)之一。 　 隨著個(gè)人電腦的小型化，虛擬儀器也將朝小型化、大眾化方向發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)個(gè)人能隨身攜帶的分析儀器，打造出個(gè)人“拎著走的實(shí)驗(yàn)室”。 　　復(fù)用是成熟工程領(lǐng)域的一個(gè)基本特征，使用經(jīng)過(guò)時(shí)間檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)零部件，可使常規(guī)的設(shè)計(jì)問(wèn)題直接利用現(xiàn)成的解決方案來(lái)解決，避免了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)的重復(fù)設(shè)計(jì)，從而大幅度地降低開(kāi)發(fā)成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也正在朝著這個(gè)方向發(fā)展。隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜化、大型化和智能化，虛擬儀器軟件的設(shè)計(jì)可復(fù)用性、較好的穩(wěn)定性、對(duì)應(yīng)用對(duì)象的寬適應(yīng)性和用戶的可維護(hù)性，已是工業(yè)控制領(lǐng)域的重要研究方向，虛擬儀器構(gòu)件庫(kù)的建立、構(gòu)件自動(dòng)組裝工具的開(kāi)發(fā)，能夠使普通用戶組裝出符合要求的虛擬儀器系統(tǒng)。 圖形化編程語(yǔ)言 LabVIEW本文所選用的軟件 LabVIEW 是美國(guó) NI 儀器公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品 ，LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 什么是LabVIEWLabVIEW是NI公司研制的圖形編程虛擬儀器系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表示等功能。它提供一種新穎的編程方法，即以圖形方式組裝軟件模塊生成專用儀器。LabVIEW由面板、流程方框圖、圖標(biāo)/連接器組成。其中，面板是用戶界面，流程方框圖是虛擬儀器源代碼，圖標(biāo)/連接器是調(diào)用接口。流程方框圖包括輸入/輸出部件、計(jì)算部件和子虛擬儀器部件，它們用圖標(biāo)和數(shù)據(jù)流的連線表示；I/O部件直接與數(shù)據(jù)采集板、GPIB板或其它外部物理儀器通信；計(jì)算部件完成數(shù)學(xué)或其它運(yùn)算與操作；子虛擬儀器部件調(diào)用其它虛擬儀器。 LabVIEW的主要特點(diǎn) LabVIEW軟件工具的特點(diǎn)可歸納為：、易學(xué)易用。與Visual C＋＋、Visual Basic等計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言相比，圖形化編程工具LABVIEW有一個(gè)重要的不同點(diǎn)：不采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼行，而使用圖形化編程語(yǔ)言G編寫程序；產(chǎn)生的程序是框圖的形式，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。因而可在很短的時(shí)間內(nèi)被掌握并應(yīng)用到實(shí)踐中去，特別適合硬件工程師、實(shí)驗(yàn)室扶術(shù)人員、生產(chǎn)線工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用。 LABVIEW的功能并沒(méi)有因圖形化編程而受到限制，依然具有通用