【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 基于高速數(shù)據(jù)采集卡的虛擬示波器的設(shè)計 系（院） 信息與控制工程系 年 級 04級 專 業(yè) 自動化 班 級 2班 學(xué) 號 160104211 學(xué)生姓名 朱 彬 指導(dǎo)教師 陳景波 職 稱 講師 論文提交日期 2008年5月25日 基于高速數(shù)據(jù)采集卡的虛擬示波器的設(shè)計摘要隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，儀器工業(yè)正在經(jīng)歷一場巨變。計算機強大的處理和顯示能力，使它可以在數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)中的任意一個方面提升儀器的性能。以虛擬儀器為代表的新型儀器改變了傳統(tǒng)儀器的思想，它們充分利用了計算機強大的軟硬件資源，把計算機技術(shù)和測量技術(shù)緊密結(jié)合起來，是融合了電子測量、信號處理、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型測量儀器，由于成本低、使用方便等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。本文基于GaGe公司的高速數(shù)據(jù)采集卡CS 82G和通用PC平臺，使用VC++ ，完成了一種快速虛擬示波器的設(shè)計。首先，本文介紹了虛擬儀器的研究背景和意義以及國內(nèi)外的一些研究進(jìn)展。對虛擬儀器總體進(jìn)行了概述，討論了虛擬儀器的概念、構(gòu)成、特點、發(fā)展，建立了虛擬儀器的基本框架。然后對虛擬示波器的重要組成部分－數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了探討，同時對CS 82G數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行了深入的研究，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了虛擬示波器的系統(tǒng)設(shè)計。本文的重點是第五章虛擬示波器的具體實現(xiàn)，這部分完成了虛擬示波器各模塊的詳細(xì)設(shè)計，包括數(shù)據(jù)采集模塊、用戶界面模塊、頻譜分析模塊、數(shù)字濾波模塊、波形顯示模塊和參數(shù)計算模塊的設(shè)計，并給出了設(shè)計和實驗結(jié)果，還討論和實現(xiàn)了軟件設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)，最后進(jìn)行了系統(tǒng)性能分析。文章的最后進(jìn)行了課題的總結(jié)和展望。本文對相關(guān)高速、大容量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和虛擬儀器的設(shè)計有重要的參考價值。關(guān)鍵詞：虛擬儀器 虛擬示波器 數(shù)據(jù)采集 CS 82Design of Virtual Oscillograph Based on High Speed Dataacquisition CardAbstractThe instrumentation industry is undergoing a variety of exciting changes as a result of the development of PCs, The PC revolution has equipped users with powerful processing and display capabilities of their own. The puter can enhance instrument functionality in any of the three areasdata acquisition, analysis, and presentation. Virtual instrument (VI) changed the ideas of traditional instrument and made full use of the powerful resources of puter. It is a newstyle instrument that bines the technologies of electronic measurement, signal processing, puter and network. In this dissertation, a newstyle fast virtual oscillograph was designed with the use of VC++ programming tool based on a fast dataacquisition card, CS82G and universal PC platform.The research background and significance of VI are introduced in this dissertation firstly including the research status of VI in China and foreign countries. Then, the general technologies of VI are summarized including the definition of VI, the ponent of VI, the characters of VI and the development of VI, which established the framework of VI. Afterwards, the dataacquisition system is discussed detailedly as well as the studying of the dataacquisition card CS82G. On the basis of those work, the system of virtual oscillograph is designed. Chapter 5 is the emphasis of this dissertation. Every module is designed in detail including dataacquisition module, GUI module, FFT module, digital filter module, waveform display module and parameters puting module. Besides, the result of design and experiments is put forward and some key technologies of software are discussed in this chapter. In the end, some existing problems are pointed out as well as the summary work. This dissertation is of important value to the design of correlative fast, large capability dataacquisition system and VI. Key words:virtual instrument。virtual oscillograph。dataacquisition。CS 82G目錄第一章 緒 論 1 1 研究的背景和意義 1 本文內(nèi)容安排 2第二章 虛擬儀器技術(shù) 4 4 5第三章 基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬示波器的研究 6 6 超高速數(shù)據(jù)采集卡CS 82G 6 基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬示波器的原理和結(jié)構(gòu) 7 虛擬示波器的工作原理 7 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點 8第四章 虛擬示波器的方案設(shè)計 9 9 9 10 11第五章 虛擬示波器系統(tǒng)的軟件具體實現(xiàn) 13 13 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計 13 數(shù)據(jù)采集的編程過程 13 15 軟面板的設(shè)計 15 頻譜分析模塊的設(shè)計 15 設(shè)計結(jié)果 18 數(shù)字濾波模塊的設(shè)計 21 波形顯示模塊的設(shè)計 23 數(shù)據(jù)內(nèi)插技術(shù) 23 波形顯示技術(shù) 23 26 27 29第六章 總結(jié)和展望 31 31 展望 31參考文獻(xiàn) 33致謝 34第一章 緒 論虛擬儀器是隨著計算機技術(shù)、電子測量技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型儀器，虛擬儀器的出現(xiàn)是測量儀器領(lǐng)域的一個突破， 從根本上更新了測量儀器的概念。它是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設(shè)計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)充分利用計算機系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)處理。 能力，利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、數(shù)據(jù)分析和處理以及測試結(jié)果的顯示等， 通過軟、硬件的配合實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能， 大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲等方面的限制，使用戶可以方便地對儀器進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展和升級。它的優(yōu)勢在于可由用定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。尤其在科研、開發(fā)、測量、檢測、計量、測控等領(lǐng)域更是不可多得的好工具。虛擬儀器技術(shù)先進(jìn)，十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器”。隨著計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的儀器設(shè)備缺乏相應(yīng)的計算機接口，因而配合數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理十分困難。而且，傳統(tǒng)儀器體積相對龐大，多種數(shù)據(jù)測量時常常感到捉襟見肘。我們常見到硬件工程師的工作臺上堆砌著紛亂的儀器，交錯的線纜和繁多待測器件。然而在集成的虛擬測量系統(tǒng)中，我們見到的是整潔的桌面，條理的操作，不但使測量人員從繁復(fù)的儀器堆中解放出來，而且還可實現(xiàn)自動測量、自動記錄、自動數(shù)據(jù)處理。其方便之極固不必多言，而設(shè)備成本的大幅降低卻不可不提。一套完整的實驗測量設(shè)備少則幾萬元，多則幾十萬元。在同等的性能條件下，相應(yīng)的虛擬儀器價格要低二分之一甚至更多。虛擬儀器強大的功能和價格優(yōu)勢，使得它在儀器計量領(lǐng)域具有很強的生命力和十分廣闊的前景。 研究的背景和意義所謂虛擬儀器就是微機化的智能電子測量儀器。虛擬儀器通過硬件功能模塊和專用軟件構(gòu)成一種良好的人機交互界面,用戶可以自定義測試功能以及使測量對象多樣化。虛擬儀器的外部接口是通過數(shù)據(jù)采集卡將信號數(shù)據(jù)采集后送入計算機,各種復(fù)雜測試功能、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果顯示則完全由計算機軟件完成。一臺性能優(yōu)良的虛擬儀器不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)測量儀器的大部分測量功能,在許多方面較傳統(tǒng)儀器有無法比擬的優(yōu)點,如使用靈活方便、測試功能豐富、價格低廉、一機多用等,這些使得虛擬儀器成為未來電子測量儀器發(fā)展的方向。一臺傳統(tǒng)儀