【正文】 ........... 38 總結(jié) .................................................................................................................. 38 展望 .................................................................................................................. 39 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 41 致 謝 ............................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。由于傳統(tǒng)儀器功能單一且價(jià)格長(zhǎng)期居高不下，計(jì)算機(jī)性?xún)r(jià)比卻不斷提升，因此虛擬儀器的發(fā)展已是大勢(shì)所趨。在數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)分析與處理、顯示與存儲(chǔ)等方面，基于計(jì)算機(jī)的虛擬儀器技術(shù)比傳統(tǒng)儀器有著明顯的優(yōu)勢(shì)。 本文基于 LabVIEW 虛擬儀器開(kāi) 發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)虛擬示波器界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、濾波處理、時(shí)域分析、頻域分析、波形存儲(chǔ)與讀取等功能，程序調(diào)試、演示設(shè)計(jì)結(jié)果，分析系統(tǒng)性能。若 用戶(hù)能夠?qū)⒁恍?shù)字信號(hào)處理的先進(jìn) 算法應(yīng)用于虛擬儀器中，通過(guò)軟件配置實(shí)現(xiàn)多功能集成的儀器設(shè)計(jì)， 提供傳統(tǒng)臺(tái)式儀 器所不具備的功能 ， 能夠滿足測(cè)試的速度、精度、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)可信度、完整性以及測(cè)試系統(tǒng)的可靠性、智能化、開(kāi)放性等要求， 就能 完善傳統(tǒng)儀器不具備的功能 ， 給用戶(hù)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益 。其中以美國(guó) NI 公司開(kāi)發(fā)的 LabVIEW 的軟件平臺(tái)上設(shè)計(jì)的虛擬示波器較 為先進(jìn)，例如該公司利用 LabVIEW 的軟件設(shè)計(jì)的多功能虛擬示波器主要由參數(shù)測(cè)量、頻譜分析、加窗和波形 顯示等模塊組成，具有實(shí)時(shí)采集、波形顯示、測(cè)量參數(shù)、存儲(chǔ)、打印的功能。 設(shè)計(jì)研究方 案 (1)開(kāi)發(fā)工具選型 LabVIEW(Laboratory VirtualInstrument Engineering Work Bench)是美國(guó)國(guó)家儀器公司 (National Instruments， NI)開(kāi)發(fā)的 應(yīng)用于工業(yè)測(cè)試測(cè)量的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，也是工業(yè)上廣泛使用的一種功能強(qiáng)大的 圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)編程軟件 [2]。 本系統(tǒng)可以從虛擬硬件和軟件兩方面考慮： (1)虛擬硬件設(shè)計(jì)：主要利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAQ）， 它包括：傳感器和變換器、信號(hào)調(diào)理設(shè) 備、 數(shù)據(jù)采集卡、驅(qū)動(dòng)程序、硬件配置管理軟件 。 圖 21 虛擬儀器的內(nèi)部功能 (1)數(shù)據(jù)采集： 虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)和儀器硬件組成硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集、測(cè)量、轉(zhuǎn)換與控制。 (3)數(shù)據(jù)結(jié)果 顯示 ： 虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)的資源，如顯示器、存儲(chǔ)器等 ，把測(cè)量結(jié)果進(jìn)行多種方式的表達(dá)與輸出，其輸出形式包括通過(guò)總線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)光盤(pán)、磁盤(pán)的拷貝輸出，在硬盤(pán)上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕等圖形接口的輸出方式。 ▲ 圖 22硬件結(jié)構(gòu)的基本 框圖 虛擬儀器的軟件系統(tǒng) 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)從底層到頂層共包括三部分，即 VISA(I/O)庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用軟件。 LabVIEW 程序的構(gòu)成 LabVIEW 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)包括兩個(gè)部分：前面板和后面板；其中前面板用來(lái)顯示圖形用戶(hù)界面，而后面板用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序框圖。程序框圖提供 VI 的圖形化源程序，在其中利用函數(shù)、各種結(jié)構(gòu)和連線對(duì) VI 進(jìn)行編程， 以控制和操縱定義在前面板的輸入輸出功能。在前面板設(shè)計(jì)窗口或者后面板程序設(shè)計(jì)窗口菜單中，執(zhí)行“查看” |“工具選板”命令，即可打開(kāi)工具選板， 工具選板中的每個(gè)工具圖標(biāo)都有不同的功能，在操作過(guò)程中，用戶(hù)可以選擇合適的工具圖標(biāo)，鼠標(biāo)單擊該工具圖標(biāo)即可對(duì)前面板或者程序框圖中的對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)的操作和修改。用戶(hù)在調(diào)用這些函數(shù)節(jié)點(diǎn)時(shí)候只需要對(duì)這些函數(shù)節(jié)點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，可以滿足用戶(hù)信號(hào)處理得大部分要求。 在前面板 菜單 中， 執(zhí)行“查看 ”|“ 控 12 件選板 ” 命令， 即可 打開(kāi) LabVIEW 的控件選板，如圖 35(a)所示，或者 在前面板的設(shè)計(jì)窗口中鼠標(biāo)右鍵單擊， 即可 彈出控件選板，如圖35(b)所示， 圖 35(a)菜單打開(kāi)控件選板 圖 35(b)右鍵單擊打開(kāi)控件選板 4 傳統(tǒng)示波器與虛擬示波器 傳統(tǒng)示波器 示波器是一種能夠反映任何兩個(gè)參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的 XY 坐標(biāo)的顯示儀器。 傳統(tǒng)示波器的分類(lèi) 傳統(tǒng)示波器大致可以分為模擬示波器和數(shù)字示波器兩大類(lèi)。 (2)數(shù)字示波器 數(shù)字示波器是將被測(cè)連續(xù)模擬信號(hào)用 A/D 轉(zhuǎn)換器變換成離散數(shù)字信號(hào)，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中。根據(jù)采樣的方法不同，數(shù)字示波器可以分為實(shí)時(shí)采樣數(shù)字存儲(chǔ)示波器、隨機(jī)采樣數(shù)字存儲(chǔ)示波器，順序采樣數(shù)字示波器。DAQ(Data Acquisition)，即數(shù)據(jù)采集儀器，它的出現(xiàn)和發(fā)展與微型計(jì)算機(jī)密切相關(guān) ； DAQ 儀器以微型計(jì)算機(jī)為平 臺(tái)，配以用于測(cè)量和測(cè)試的數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)軟件 (虛擬示波器應(yīng)用軟件 )，實(shí)現(xiàn)示波器的功能。 由于屏幕上的點(diǎn)、線和面都是由像素組成的，顯示器可顯 示的像素越多，畫(huà)面就越精細(xì)，同樣的屏幕區(qū)域內(nèi)能顯示的信息也越多 。 通常在測(cè)量中有基本誤差、絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、系統(tǒng)誤差等 等 。 基于 LabVIEW 軟件所提供的工具選板、函數(shù)選板和控件選板搭建虛擬示波器的主界面和程序框圖，用以實(shí)現(xiàn) 波形顯示、 濾波分析、時(shí)域分析、 頻譜分析、波形存儲(chǔ)和讀取等功能。 其結(jié)構(gòu)如圖 52 所示 圖 52 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) (1)傳感器 傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出的器件或裝置，它通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成[9]。通過(guò)信號(hào)調(diào)理之后才能夠有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以保證測(cè)量的精度。被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬時(shí)高電壓損壞計(jì)算機(jī) ，因此應(yīng)采用變壓器隔離或者光電隔離將 傳感器信號(hào)同計(jì)算機(jī)隔離開(kāi)。模擬量輸入通道的分辨率是指 ADC 用于表示模擬信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。采樣頻率，即每秒采集所得數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，對(duì)采樣過(guò)程是一個(gè)重要 的 參數(shù) ，確定了合適的采樣頻率，才可能在采集設(shè)備允許的性能范圍和硬件設(shè)備成本下進(jìn)行正確 而 可靠的采樣 ； 過(guò)高的采樣頻率會(huì)增加采樣設(shè)備的工作負(fù)擔(dān)及軟件計(jì)算的工作量；而過(guò)低的采樣頻率不足以 正確 恢復(fù)原始信號(hào) ； 采樣定理指出，采樣頻率必須至少是原始信號(hào)中 所包含最高頻率的兩倍時(shí)，所得的采樣信號(hào)才能包含原始信號(hào)所有 頻率分量的全部信息 ， 否則從采用信號(hào) 21 恢復(fù)到原始信號(hào)時(shí)會(huì)發(fā)生畸變 [11]。 若單擊“取消”按鈕，就會(huì)自動(dòng)退出登錄系統(tǒng)。 因此 虛擬 示波器主界面 是虛擬示波器控制軟件的核心。 前面板 通過(guò)選項(xiàng)卡將濾波處理、時(shí)域分析、頻譜分析、波形存儲(chǔ)與回放等子模塊放入其中， 上設(shè)有各個(gè)功能模塊按鈕，當(dāng)按下相應(yīng)按鈕 時(shí)，即可調(diào)用該子程序。但在 LabVIEW 中，重復(fù)端口的步長(zhǎng) 25 和初始值是不會(huì)改變的，假如要運(yùn)用不同的步長(zhǎng)和初始值，即可使重復(fù)端口顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算。而FIR 數(shù)字濾波器是有限的單位響應(yīng)也有利于對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理，便于編程。 (1)本設(shè)計(jì)是將將兩個(gè)通道采集的信號(hào) ，與高斯白噪聲疊加之后，通過(guò) FIR 加窗濾波器，選擇低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶阻濾波，觀察選擇不同濾波器時(shí)不通濾波效果。不含周期成分的隨機(jī)信號(hào)在 ? 稍大時(shí)自相關(guān)函數(shù)就趨近于零。 10個(gè) 數(shù)值顯示控件，用來(lái)顯示波形的參數(shù)，如直流分量、交流分量、 直流 平均值、反峰、正峰、峰峰值、均方 根 、頻率、周期、占空比 等 參數(shù) 。 LabVEW 的頻域分析模板提供了豐富的信號(hào)頻域分析節(jié)點(diǎn)供 設(shè)計(jì)者使用，如 傅里葉變換、功率譜分析、聯(lián)合時(shí)頻分析、諧波分析等。 30 圖 59(a) 頻譜分析 模塊前面板 (2) 輸入波形的 頻譜分析 模塊程序面板如圖 59(b)所示 圖 59(b) 頻譜分析 模塊程序面板 波形存儲(chǔ)和回放 傳統(tǒng)的示波器的數(shù)據(jù)一般無(wú)波形存儲(chǔ)功能，而本設(shè)計(jì)的 虛擬示波器使用的軟盤(pán)或硬盤(pán)對(duì)波形及相 應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)不易丟失且攜帶方便，實(shí)現(xiàn)了波形和數(shù)據(jù)的保存和讀取，對(duì)波形的事后分析有很大的意義。 (1)波形存儲(chǔ)和讀取模塊的前面板設(shè)計(jì) 如圖 510(a)所示。 單擊單步運(yùn)行按鈕 ，彈出錯(cuò)誤清 單，點(diǎn)擊 清單中的 的錯(cuò)誤，錯(cuò) 誤 的對(duì)象或端口 將會(huì)變成高亮 即可查找出錯(cuò)誤所在 。因此只要在連線中設(shè)置探針，就可以 查看 數(shù)據(jù)流 流經(jīng)某一根連接線時(shí)的數(shù)據(jù)值。 圖 61(a)通道 1 顯示正弦波 圖 61(b)通道 2 顯示鋸齒波 34 圖 61(c)通道 1 顯示正弦波 ， 通道 2 顯示方波 (2)選定示波器主界面的通 道 1(或者通道 2)，選擇任意波形， 打開(kāi)選項(xiàng)卡中“濾波處理模塊”，然后單擊 “濾波 ”按鈕， 以通道 1，正弦信號(hào)為例， 正弦波信號(hào) 與高斯白噪聲疊加之后，通過(guò) FIR 加窗濾波器，通過(guò) 先經(jīng)過(guò) 低通濾波 ，在分別經(jīng)過(guò) 高 通濾波 和帶通濾波比較可得，通過(guò)低通濾波和帶通濾波 能夠?yàn)V除噪聲信號(hào)達(dá)到很好的濾波效果，基本上實(shí)現(xiàn)了輸入正弦波形的再現(xiàn)。 圖 64 頻域分析模塊波形顯示 (5) 打開(kāi)選項(xiàng)卡中 “波形的存儲(chǔ)和讀取” 模塊 ， 單擊“開(kāi)始”按鈕， 選擇 “ 波形存儲(chǔ)路徑 ” ， 彈出對(duì)話框，擇已建立的 Excel 表格進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ) ，如圖 65(a)所示 ； 單擊數(shù)“存儲(chǔ)”按鈕 ， 進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等待一段時(shí)間， 如圖 65(b)所示 。一般解決方法 如下所示 ： (1)布置 信號(hào)線時(shí)，要將信號(hào) 線 與電源線分離。常見(jiàn)的隔離技術(shù)有光電隔 離、繼電器隔離、變壓器隔離、 7 總結(jié) 與展望 總結(jié) 本文關(guān)于虛擬示波器的設(shè)計(jì)是參閱雙蹤示波器的功能設(shè)計(jì)的， 整個(gè)程序的設(shè)計(jì) 充分發(fā)揮了微機(jī)強(qiáng)大的功能和 LabVIEW 軟件設(shè)計(jì)的靈活性 ，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，再將各子模塊按照一定的邏輯關(guān)系組合起來(lái)，構(gòu)成 完整的虛擬示波器。 本 設(shè)計(jì)中 的不足及后續(xù)工作 (1)由于沒(méi)有數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)采集所涉及的硬件設(shè)備對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只是用 使用 LabVIEW 中信號(hào)發(fā)生器設(shè)置其參數(shù)模擬信號(hào)的輸入。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，資源已經(jīng) 能夠 得到共享和充分利用。 不久的將來(lái)虛擬 儀器 的 應(yīng)用 必將 更為 廣泛， 逐漸取代 傳統(tǒng)儀器主導(dǎo)地位。 d39。cdPq 9JWKf wvGt YM*Jgamp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!z n%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumam