【正文】 對(duì)所測(cè)量的參數(shù)進(jìn)行顯示，包括有波形的頻率，峰峰值，占空比等。設(shè)計(jì)前面板時(shí)，主要考慮界面美觀，操作簡(jiǎn)潔，用戶可以通過前面板中的開關(guān)和旋鈕模擬傳統(tǒng)儀器的操作，通過鍵盤和鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬示波器的控制。B、 XY、 Aamp。時(shí)基控制主要控制采集掃描數(shù)據(jù)的掃描率、信道掃描次數(shù) (取樣數(shù) )。 EN為使能端，當(dāng) EN=0時(shí)，通道斷開，禁止模擬量輸入 。在采樣方式下，采樣 /保持器的輸出必須跟蹤模擬輸入電壓 :在保持方式下，采樣 /保持器的輸出將保持采樣命令發(fā)出時(shí)刻的電壓輸入值，直到保持命令結(jié)束為止。 A/D 轉(zhuǎn)換器將采樣信號(hào)量化，將轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)、智能儀器與外界物理世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。數(shù)據(jù)系統(tǒng)一 個(gè)主要方面是驅(qū)動(dòng)軟件的使用。 (6) 定時(shí) I/0 許多場(chǎng)合都要用到定時(shí)器，如數(shù)字脈沖定時(shí)、產(chǎn)生方波等。如果增加到 16 位，代碼增加到 655536，這樣就可以得到較為精確地反映原始信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少是輸入最高頻率的兩倍，才可能不產(chǎn)生失真。 (3) 濾波 濾波的目的是消除噪音信號(hào)，提高輸入信號(hào)的信噪比。 1 傳感器 傳感器將被測(cè)試的物理量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的最基本的環(huán)節(jié)。歸類的標(biāo)準(zhǔn)是信號(hào)中有用的不同信息。一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本任務(wù)是測(cè)量和產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)世界的物理信號(hào)。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板 (如圖所示 )。 6 自動(dòng)選擇工具 控件選板 圖 24 控件選版 控件選板擬儀器的面板是通過軟件實(shí)現(xiàn)的。如果聯(lián)機(jī)幫助的窗口被打開時(shí)， 把該工具放在任一條連線上，就會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。該模板可以在 windows 菜單下選擇 ShowToolsPalette 命令以顯示該模板。如果一個(gè)VI 程序存在語法錯(cuò)誤，則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕將會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。用數(shù)據(jù)連線將這些端口和節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)連接起來，形成一個(gè)完整的框圖程序。前面板是圖形化用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。其特點(diǎn)是用圖形化的符號(hào)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的文本語言，從而達(dá)到直觀， 簡(jiǎn)潔，易懂的目的。 作為一本新興技術(shù)，虛擬儀器在國(guó)內(nèi)尚屬于起步階段，但也初步取得了一些成果。 （ 5）虛擬儀器的發(fā)展可與計(jì)算機(jī)的發(fā)展同步，與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備同步。虛擬儀器是電子計(jì)算機(jī)技術(shù) 與現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是用戶在普通 PC 機(jī)上，應(yīng)用各種軟件平臺(tái)，根據(jù)自身的需要，設(shè)計(jì)和定義的軟硬件相結(jié)合的一種測(cè)量?jī)x器。對(duì)虛擬儀器的概念，結(jié)構(gòu)，發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了相關(guān)分析。 本課題在掌握了虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)及信號(hào)處理的相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了一套虛擬示波器。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。 （ 4）由于用軟件替代硬件，儀器的更新升級(jí)大都只要更新軟件，從而使得儀器的升級(jí)換代更加迅速，研發(fā)周期縮短。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(shè)計(jì)的。硬件部分主要是普通 PC 機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡；軟件部分則包括了前面板，采集卡驅(qū) 動(dòng)程序及相關(guān)的應(yīng)用軟件（主要有頻譜分析，數(shù)字濾波，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取，波形顯示等） 本論文主要分為以下幾個(gè)部分： 第 1 章 緒論 第 2 章 軟件開發(fā)平臺(tái) Labview 的有關(guān)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(diào)試 第 6 章 結(jié)論和展望 3 第 2章 系統(tǒng)軟件的開發(fā)平臺(tái) Labview 簡(jiǎn)介 labview 的基本概述 Labview 是美國(guó)國(guó)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。 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。根據(jù)需要在功能模板中找到所需的節(jié)點(diǎn)，并將節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)放置到框圖程序窗口。在4 LabVIEW 中，用戶可以通過兩種方式來運(yùn)行程序 :運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行。 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(diào)試 VI 程序的工具 (如圖所示 )。 連線工具 :用于在框圖程序上連接對(duì)象。它也顯示出對(duì)象的前景色和背景色。使用時(shí)只需根據(jù)預(yù)完成的功能與操作，從子模板上選擇相應(yīng)的“圖標(biāo)”放在流程圖編輯窗口中相應(yīng)的位置上即可。 8 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集技 術(shù) 對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行總線擴(kuò)展以便將其用于實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)控制、測(cè)試和測(cè)量、這些都要用到基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，需要高速的處理器，在對(duì)數(shù)據(jù)采集功能模塊進(jìn)行分析之前，我們先對(duì)信號(hào)進(jìn)行歸類。下面逐一予以討論說明。 (2) 隔離 隔離是指使用變壓器、光或電容禍合等方法阻礙被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)之間傳遞信號(hào)，避免發(fā)生直接連接，使用禍合主要有兩個(gè)方面原因 :一是從安全的角度把傳感器信號(hào)同計(jì)算機(jī)隔離，因?yàn)楸槐O(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，另一個(gè)原因是隔離可以使從數(shù)據(jù)采集卡出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響，減少誤差。顯然，如果信號(hào)變化比采樣板的數(shù)字化要快，或采樣太慢，就會(huì)產(chǎn)生波形失真，見圖 4 一 1(b)。例如，三位轉(zhuǎn)化器把模擬電壓分成 2’ (8 位 )段，每段用二進(jìn)制代碼在 000 到 In 之間表示，因而數(shù)字并不能真實(shí)反映原始信號(hào)，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅?。停滯時(shí)間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號(hào)幅值改變的快慢。 4 驅(qū)動(dòng)軟件 沒有軟件，甚至沒有好的軟件，數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)不可能發(fā)揮很大的作用。 m)是信息科學(xué)的重要分支，11 它不僅應(yīng)用在現(xiàn)代智能檢測(cè)系統(tǒng)中，而且在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防軍事及科學(xué)研究等方面都得到廣泛應(yīng)用，無論是過程控制狀態(tài)檢測(cè)、還是故障診斷、質(zhì)量檢測(cè)，都離不開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。多路開關(guān)將各路信號(hào)輪流切換到輸入端，對(duì)各路信號(hào)分時(shí)采樣。采樣 /保持電路有兩種工作方式，即采樣方式和保持方式。三個(gè)二進(jìn)制控制信號(hào)經(jīng)過三八譯碼器后，選擇 5158 個(gè)輸入通道中的一個(gè)通道與輸出端 D 接通。根據(jù)這一思路，本文設(shè)計(jì)的虛擬示波器主要功能是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn) 行觸發(fā)、時(shí)基控制后，完成對(duì)輸入信號(hào)的電壓、頻率和周期等參數(shù)的測(cè)量，同時(shí)，利用 FFT 窗口對(duì)波形進(jìn)行頻譜分析，可以實(shí)現(xiàn)單、雙信道顯示波形，并可以對(duì)波形運(yùn)算后進(jìn)行輸出顯示。 (2) 波形顯示 :對(duì)采集到的波形進(jìn)行觸發(fā)控制和時(shí)基控制后再顯示波形，可以實(shí)現(xiàn)單信道顯示和雙信道顯示，以及對(duì)波形運(yùn)算后的輸出顯示，有 :A、 B、 A+B、A 一 B、 Aamp。由于虛擬面板直接面向用戶，是虛擬示波器控制軟件的核心。通過在這個(gè)枚舉的三個(gè)選擇項(xiàng)之間切換，可以分別實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。其中低通截止頻率的設(shè)置必須滿足采樣定理規(guī)則，截17 止頻率不能高于采樣頻率的一半。 (2)單位選擇 :有多種單位如 vrms、 vpk、 vrlnS‘ 2 等供選擇。 以上 為三角函數(shù)的形式，或者轉(zhuǎn)換成復(fù)指數(shù)形式： x(t)= ????tjmmeC ? （ 44） 使用計(jì)算機(jī)完成信號(hào)處理工作的需求導(dǎo)致了離散傅里葉變換的產(chǎn)生。這個(gè)過程相當(dāng)于在連續(xù)時(shí)間信號(hào)上“抽取”許多離散時(shí)刻 iT(i=0， 1， 2，? )上的信號(hào)瞬時(shí)值。 (4)Labview 中的頻域分析 LabVIEw 高級(jí)分析庫中的頻域分析模板提供了豐富的信號(hào)頻域分析函數(shù)，包括傅里葉變換、 Hilbert 變換、小波變換、 Hartley 變換、功率譜分析、聯(lián)合時(shí)頻分析、諧波分析、系統(tǒng)辨識(shí)等。 波形顯示 圖 51 波形顯示結(jié)果 頻譜分析 圖 52 頻譜分析結(jié)果 25 參數(shù)測(cè)量 圖 53 均方根分析結(jié)果 圖 54 相位分 析結(jié)果 圖 55 總體結(jié)果分析 26 第 6章 結(jié)論和展望 本文主要以 labVIEW 軟件平臺(tái)作為軟件開發(fā)環(huán)境，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行了探索性的開發(fā)和研究。 利用 LABVIEW 語言研究和開發(fā)了虛擬實(shí)驗(yàn)儀器虛擬示波器和虛擬信號(hào)發(fā)生器，除了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能外，在某些功能上進(jìn)行了創(chuàng)新提高，并就如何準(zhǔn) 確地恢復(fù)輸入信號(hào)對(duì)信號(hào)處理技術(shù)、存儲(chǔ)寬帶改善技術(shù) 和顯示技術(shù)進(jìn)行了研究。相信在不久的將來，一臺(tái)裝有虛擬儀器的標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)可能成為一個(gè)多功能儀器測(cè)量系統(tǒng)，從根本上改變傳統(tǒng)儀器的研制和生產(chǎn)模式。 (2) 進(jìn)行更加廣泛的實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行定量和定性分析，找出原因，給出改進(jìn)方案。由此可以看出，由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡及相應(yīng)軟件構(gòu)成的虛擬實(shí)驗(yàn)儀器是切實(shí)可行的，而且可以最大限度的利用 計(jì)算機(jī)資源，降低了成本，提高了效率。用到的節(jié)點(diǎn)有：幅值和電平測(cè)量，信號(hào)的時(shí)間與瞬態(tài)特性測(cè)量參數(shù)測(cè)量模塊程序前面板 23 圖 410 參數(shù)測(cè)量模塊程序前面板 圖 411 參數(shù)測(cè)量模塊程 序框圖 24 第 5章 虛擬示波器的調(diào)試 本虛擬示波器的設(shè)計(jì)一是參閱通用的雙通道臺(tái)式數(shù)字存儲(chǔ)示波器的功能，并月在儀器分析上有所擴(kuò)展。但是當(dāng)采樣頻率。 (l) 信號(hào) XS(i)及其頻譜 XS(? ) 若連續(xù)時(shí)間信號(hào) x(t)被數(shù)據(jù)采集卡 (DAQ)中的采樣器以等時(shí)間間隔 T 采樣，則采樣時(shí)刻 0， T， ZT… .，所得信號(hào) x(t)的瞬時(shí)值，就構(gòu)成了連續(xù)信號(hào)的 x(t)的離散時(shí)間序列 xs(i)， (i==0， 1， 2，? )。還能夠根據(jù)用戶選用的分析功能的不同自動(dòng)顯示適當(dāng)?shù)臋M坐標(biāo)。我們之所以將它稱作為“模塊”，主要是因?yàn)樗谡麄€(gè)程序中舉足輕重，如果沒有它，開發(fā)出來的程序不能稱為“虛擬儀器”，只是18 一個(gè)“信號(hào)處理內(nèi)存”。數(shù)字濾波器即是以數(shù)值計(jì)算的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)離散化信號(hào)的處理，以減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中所占的比例，從而改變信號(hào)的質(zhì)量，達(dá)到濾波或加工信號(hào)的目的。通過信號(hào)類型選擇器可以從信號(hào)發(fā)生器中選擇不同類型的波形，如正弦波形，方波波形，三角波波形，鋸齒波形等。 (3) 參數(shù)測(cè)量 :完成電壓參數(shù)、頻率和周期等參數(shù)的測(cè)量功能。其中，參數(shù)測(cè)量模塊包括電壓參數(shù)和頻率、周期等時(shí)間參數(shù)的測(cè)量并顯示測(cè)量結(jié)果。 13 圖 34 數(shù)據(jù)采集卡 圖 35 數(shù)據(jù)采集卡布局圖