【正文】 /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；計算部件完成數(shù)學或其它運算與操作；子虛擬儀器部件調(diào)用其它虛擬儀器。 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。 　　復用是成熟工程領域的一個基本特征，使用經(jīng)過時間檢驗的標準零部件，可使常規(guī)的設計問題直接利用現(xiàn)成的解決方案來解決，避免了項目開發(fā)時的重復設計，從而大幅度地降低開發(fā)成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，虛擬儀器技術在中國越來越受到人們重視，研究高潮方興未艾，應用范圍越來越廣，虛擬儀器技術必然會有突飛猛進的發(fā)展。美國的斯福坦大學的機械工程系要求三、四年級的學生在實驗時應用虛擬儀器進行數(shù)據(jù)采集和實驗控制.當今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(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機廣泛采用的USB串行總線和IEEE1394總線（即Fire wire，也叫做火線）。隨著產(chǎn)品在功能上不斷趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設備總是要耗費大量的時間。在驅(qū)動和應用兩個層面上，高效的軟件構架能與計算機、儀器儀表和通信方面的最新技術結合在一起。 。如測試任務需要,也可將上述幾種方案結合構成混合測試系統(tǒng)。　　第五，基于PXI儀器的虛擬儀器,它是以PXI(PCI extension for instrumentation)標準總線 儀器模塊及PC機為儀器硬件平臺,PXI總線方式是在PCI總線內(nèi)核技術上增加多板同步觸發(fā)總 線和參考時鐘技術規(guī)范和要求形成。　　第二，基于串行總線儀器的虛擬儀器,是由Serial標準總線儀器及PC機為儀器硬件平臺, 包括符合RS 232/RS422標準的PLC和單片機系統(tǒng)。以PC計算機為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的功能的。傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實物”，而且是由“手動”、“觸摸”、來進行操作的，而虛擬儀器面板控件是外形與實物相象的“圖標”，每個圖標的“通”、“斷”、“放大”等，對應著相應的軟件程序。使用者用鼠標點擊虛擬面板，就可操作這臺計算機系統(tǒng)硬件平臺，就如同使用一臺專用測量儀器一樣。關鍵詞　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。本文介紹了利用LabVIEW 圖形編程語言進行虛擬儀器開發(fā)的方法，設計了一種基于PC機聲卡的虛擬示波器，說明了虛擬儀器在現(xiàn)代測試領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，“軟件就是儀器”。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算機技術和傳統(tǒng)的儀器儀表技術相結合的產(chǎn)物,它是在以計算機為核心的硬件平臺上,由用戶設計和定義其功能,具有虛擬面板. 虛擬儀器技術具有高效、易用、開放、靈活、更新快、功能強大、性價比高、用戶定義等諸多優(yōu)點. 目前在我國應用的虛擬儀器開發(fā)平臺主要有美國NI 公司的LabVIEW及其相應組件和Agilent 公司的HP VEE ,其中NI 的LabVIEW 、信號處理和虛擬儀器開發(fā)的一個標準工具,而且是一個基于圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具,設計者可利用它方便快捷地建立自己的虛擬儀器程序而無需復雜的程序代碼編寫. 它適用于多種操作系統(tǒng),用LabVIEW設計的虛擬儀器程序可以脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境,最終用戶看見的是和實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，就是在通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義、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)。如由各種開關、按鍵、顯示器等實現(xiàn)儀器電源的：“通”、“斷”；被測信號的“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)的設置；測量結果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。第二,虛擬儀器測量功能是通過對圖形化軟件流程圖的編程來實現(xiàn)的。 虛擬儀器構成圖第一，基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器,是以信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)及PC機為儀器硬 件平臺,采用PCI或ISA計算機總線,將DAQ直接插入PC機的相應標準的總線擴展插槽,因此 ,這種虛擬儀器又叫PCIDAQ/PCI插卡式虛擬儀器。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)測試功能的不同要求來 選用。　　無論上述哪種形式的虛擬儀器，都是通過應用軟件將儀器的模塊化功能硬件與各類計算機相 結合的,其中基于GPIB、VXI、PXI的方案主要適合構成大型高精度集成測試系統(tǒng)；PCIDAQ / PCI、串行口方案主要適合構成普及型的廉價測試系統(tǒng)；現(xiàn)場總線方案主要適合構成大規(guī)模 的網(wǎng)絡測試系統(tǒng)。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計算機網(wǎng)絡使得虛擬儀器技術展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。 。虛擬儀器技術從本質(zhì)上說是一個集成的軟硬件概念。在美國虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語言，已作為各大學理工科學生的一門必修課程。而虛擬儀器是一個全新的領域，大力發(fā)展虛擬儀器技術可以略過傳統(tǒng)儀器的發(fā)展階段，迅速進入虛擬儀器發(fā)展階段，與國外大公司處于同一起跑線，形成跨越式發(fā)展。 　 隨著個人電腦的小型化，虛擬儀器也將朝小型化、大眾化方向發(fā)展，將會出現(xiàn)個人能隨身攜帶的分析儀器，打造出個人“拎著走的實驗室”。 圖形化編程語言 LabVIEW本文所選用的軟件 LabVIEW 是美國 NI 儀器公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品 ，LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。其中，面板是用戶界面，流程方框圖是虛擬儀器源代碼，圖標/連接器是調(diào)用接口。因而可在很短的時間內(nèi)被掌握并應用到實踐中去，特別適合硬件工程師、實驗室扶術人員、生產(chǎn)線工藝技術人員的學習和使用。該函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等。 LABVIEW還有一個特點是模塊化，體現(xiàn)在兩個方面。下面簡要介紹一下LabVIEW程序的調(diào)試技術。點擊這個按鈕使該按鈕圖標變成高亮形式，再點擊運行按鈕，VI程序就以較慢的速度運行，沒有被執(zhí)行的代碼用灰色顯示，執(zhí)行后的代碼用高亮顯示。 屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì),這樣電子束打中的點就會發(fā)出光來。燈絲通電后加熱表面涂有氧化物的金屬圓筒（即陰極），使之發(fā)射電子。從柵極飛出來的電子再經(jīng)過第一陽極和第二陽極的加速與聚焦后打到熒光屏上形成一個明亮清晰的小圓點。這就需要預先將該小電壓通過電壓放大器進行放大。經(jīng)過一個周期后，熒光屏上的亮點又回到左側，重復運動。要直觀地看到正弦波信號隨時間的變化波形，必須將屏上光點在X方向（即時間方向）上“拉開”，這就要借助與鋸齒波信號的作用。圖中假設加在Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號為待測正弦電壓信號，其頻率與加在X偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波信號的頻率相同，并將一個周期分為相同的四個時間間隔，Uy和Ux的值分別對應光點在y軸和x軸偏離的位置。上面所討論的波形因Uy和Ux的周期相等，熒光屏上出現(xiàn)一個正弦波。還有一些示波器可以提供存儲，實現(xiàn)對波形的保存和處理。在ROM內(nèi)寫有儀器的管理程序，在管理程序的控制下，對鍵盤進行掃描產(chǎn)生掃描碼，接受使用者的操作，以便設定輸入靈敏度、掃描速度、讀寫速度等參數(shù)和各種測試功能。取樣和儲存過程如圖26所示。數(shù)字示波器的特點大致歸納為以下11點：1 數(shù)字示波器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）把被測電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。3 對重復的信號而言，數(shù)字示波器的帶寬是指示波器的前端部件的模擬帶寬，一般稱之為3dB 點。樣值每秒（S/s)。DPO使用完全的電子數(shù)字熒光，其實質(zhì)是不斷更新的數(shù)據(jù)庫。所有時刻的輸入信號都不能超過采樣橋滿動態(tài)范圍。 虛擬示波器模擬信號經(jīng)同軸電纜進入采集卡的輸入通道，經(jīng)過前置濾波電路、衰減電路、可變增益的放大電路，將信號處理成A/D轉(zhuǎn)換器可以處理的標準電平，經(jīng)過A/D采樣量化轉(zhuǎn)化成計算機可以處理的數(shù)字信號并緩存到卡上的存儲器。第3章 系統(tǒng)的硬件設計 聲卡該儀器設計中，我選用PC機上的聲卡（sound card）作為數(shù)據(jù)采集卡，聲卡也叫音頻卡,PC機上的聲卡具有A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換功能，多數(shù)為16位的量化精度、完全可以滿足特定應用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的需要，而且價格便宜，對該虛擬示波器的設計來說，性價比高 聲卡的工作原理麥克風和喇叭所用的都是模擬信號，而電腦所能處理的都是數(shù)字信號，兩者不能混用，聲卡的作用就是實現(xiàn)兩者的轉(zhuǎn)換。而在設計方面，很多中低檔聲卡普遍采用芯片廠家提供的公版PCB結構。 常見的主芯片有CREATIVE創(chuàng)新137X系列（ES137X），CT2518/CT5507和CT5880及EMUCanyon3D（MAESTRO2ESonicDX/NX系列；VLSIFM801AS系列等等。特別是直流電源輸出端的耦合電容，其做用與品質(zhì)都非常重要。 ：用于連接游戲桿/手柄/方向盤等外界游戲控制器或MIDI鍵盤/電子琴，你也可先購買一個光纖MIDI套件再來插入上述設備。 （MICIN）：用于將隨身聽或影碟機等外部設備的聲音信號輸入電腦。 （CD－IN）：使用CD音源線將來自CD/DVD光驅(qū)的模擬音頻信號接入。 前置運算電路 受到PC聲卡自身的限制，如果要測量電壓較高的信號，那么需要外加電路將信號將比例縮小。 虛擬示波器工作流程圖 該試驗設計的虛擬示波器中，信號的傳送，處理，顯示是相當清晰的，先是信號發(fā)生器產(chǎn)生聲卡所能識別的信號（。緩沖區(qū)長度可選默認值。當產(chǎn)生這一消息時，它將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容讀取到用戶程序的數(shù)組中，產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)采樣集合。 Sound → Sound → Input → Read 選擇read函數(shù)“Sound Input read .VI”前版面如圖46所示 圖46“Sound Input read .VI”前版面“Sound Input read .VI”后版面如圖47所示 圖47“Sound Input read .VI”后版面“Sound Input clear .VI”：如圖48所示 圖48“Sound Input clear .VI”該函數(shù)用于完成最終的清理工作。“Sound Input clear .VI”前版面如圖49所示 圖49 “Sound Input clear .VI”前版面“Sound Input clear .VI”后版面如圖410所示 圖410“Sound Input clear .VI”后版面 頻譜分析模塊頻譜分析VI圖標如圖411所示 圖411 FFT Spectrum（MagPhase）.vi程序說明：頻譜分析模塊，它的作用是對信號進行頻譜分析。其結果是返回一個幅值或相位值。參數(shù)顯示是以數(shù)字的方式顯示。 虛擬示波器操作界面虛擬示波器前版面如圖51：圖51 虛擬示波器前版面前版面說明：在該虛擬示波器前版面中，運用3個波形顯示vi來分別顯示輸入信號的波形，相位，幅度，用數(shù)字控件來設置對聲音格式，采樣數(shù)和設備ID分別進行設置，用數(shù)字顯示vi來對具體測量出來的數(shù)據(jù)進行顯示，開關控制程序的進行。 虛擬示波器波形顯示聲音信號的顯示如圖53所示圖53 一般聲音信號的顯示為了清楚的顯示虛擬示波器的特性，我采用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生單位信號，正弦信號，三角波信號，和方波信號。對于現(xiàn)有計算機普及率不斷提高的高校實驗室來說，無疑具有很高的性能價格比，使實驗教學的效果提高到一個新的層次?；跀?shù)字濾波、快速傅立葉變換等常用信號分析與處理技術，以建造了數(shù)字濾波器、信號發(fā)生器等各種虛擬儀器。s allinone Waveform data type. Front Panel(1) Open a new front panel by selecting Filenew VI, pressing Ctrln, or pressing the New VI button on the LabVIEW dialog box.(2) Add the following items to the front panel:a. Digital Control, available from the Controlsnumeric palette. Label it Amplitude.b. Digital Control, available from the Controlsnumeric palette. Label it Frequency.c. Digital Control, available from the Controlsnumeric palette. Label it Square Duty Cycle (%).d. Enum control, available from the Controlsring amp。 LabVIEW與硬件充分的交互通信，例如GPIB， VXI， RS232, RS485，和插入式數(shù)據(jù)