【正文】 — 智 能儀器。這類儀器在某些實(shí)驗(yàn)室仍能看到，是以電磁感應(yīng)基本定律為基礎(chǔ)的指針式儀器，如指針式萬(wàn)用表、 指針式電壓表、指針式電流表等。最早和最具影響的開(kāi)發(fā)軟件，是 NI公司的 LabVIEW軟件和LabWindows／ CVI開(kāi)發(fā)軟件。此后，美國(guó)的惠普 (HP)公司，Tektronix公司， Racal公司等也相繼推出了許多此類儀器，并在短短的 lO余年便占有了世界儀器市場(chǎng)的 10％左右。同時(shí)，虛擬儀器面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受“標(biāo)準(zhǔn)件”和“加工工藝”的限制，它們是由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)用戶的認(rèn)知要求和操作要求，設(shè)計(jì)儀器面板。借 助虛擬儀器技術(shù) ,可以把儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合 ,可以充分利用計(jì)算機(jī)資源。 虛擬儀器的基本概述 虛擬儀器就是在通用儀器硬件平臺(tái)上定義和設(shè)計(jì)儀 器的功能 ,用戶在操作虛擬儀器的同時(shí)就是在使用一臺(tái)專門的電子儀器。它為虛擬儀器設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)便捷、輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境。本文主要完成對(duì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？傮w而言，虛擬儀器硬件以 VXI、 PXI等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)接口總線發(fā)展為標(biāo)志，而軟件技術(shù)則是以 VISA、 SCPI、 IVA 等標(biāo)武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 準(zhǔn)和 LabVIEW、 LabWindows/CVI 等先進(jìn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)為核心，構(gòu)成一個(gè)完整的虛擬儀器技術(shù)體系。而不少硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能，例如復(fù)雜的信號(hào)分析，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和三維圖像顯示等，在計(jì)算機(jī)中則較容易實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞 : 虛擬儀器 ； 示波器 ； labview； 波形顯示； 雙通道信號(hào)輸入 Abstract The hypothesized instrument is the modern puter software and hardware technology rapid development product, it is substituting for traditional gradually the electronic instrumentation, is the modern electrician electronic surveying instrument development direction. The hypothesized instrument mainly by the data acquisition, data analysis processing, the data output and demonstrated three parts of modules pose. This article using American NI Corporation39。虛擬儀器主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)輸出與顯示三部分模塊組成。電子測(cè)量?jī)x器的功能和作用已經(jīng)發(fā)生質(zhì)的變化。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智 能化程度、處理能力和可操作性等方面均具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本文介紹了一種新型的示波器：虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器。我們所設(shè)計(jì)的虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器主要由數(shù)據(jù)采集、參數(shù)測(cè)量、頻譜分析、濾波和波形存儲(chǔ)和讀取模塊組成。它的主要性能指標(biāo)是雙通道 波形顯示，波形可存儲(chǔ)讀取，具有譜分析和濾波功能以及電壓、時(shí)間、頻率等參數(shù)的測(cè)量。其次 ,虛擬儀器人機(jī)界面好 ,內(nèi)容豐富 ,借助虛擬儀器的功能 ,可以直觀生動(dòng)地展示其物理實(shí)質(zhì) ,減輕實(shí)驗(yàn)人員的教學(xué)負(fù)擔(dān) ,加深學(xué)生的理解 。 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)成方式上講，則由以 DAQ板和信號(hào)調(diào)理為儀器硬件而組成的 PC— DAQ測(cè)試系統(tǒng)，或以GPIB， VXI、 Sedal和 Field bus等標(biāo)準(zhǔn)總線儀器為硬件組成的 GPIB系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)等多種形式。 (4)儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需要更新相關(guān)軟件設(shè)計(jì)而不需要購(gòu)買新的儀器。美國(guó)的斯坦福大學(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。除了上述的優(yōu)秀開(kāi)發(fā)軟件之外，美國(guó) HP公司的 HP— VEE和 HPTIG平臺(tái)軟件，美國(guó) Tektronis公司的 EzTest和 TekTNS軟件，以及美國(guó) HEM Data公司的 SnapMarter平臺(tái)軟件，也是國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件。當(dāng) 20 世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)晶體管時(shí)，便產(chǎn)生了以電子管或晶體管電子電路為基礎(chǔ)的第二代測(cè)試儀器 —— 分立元件式儀器。其缺點(diǎn)是它的功能塊全部都以硬件（或固化的軟件）的形式存在，無(wú)論對(duì)開(kāi)發(fā)還是針對(duì)應(yīng)用，都缺乏靈活性。虛擬儀器將會(huì)在科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 域得到廣泛應(yīng)用，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。該數(shù)字示波器的軟件是以 LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境為平臺(tái)，采用的是自頂而下的設(shè)計(jì)方法，首先，有要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)功能來(lái)制定一個(gè)整體框架。( 4) 便于程控和多種方式輸出。美國(guó)國(guó)家儀器公司提出的“軟 件即儀器 (The Software is the Instrument)形象地概括了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。數(shù)據(jù)采集卡價(jià)格低廉、操作攜帶方便，因此大大的降低了每個(gè)通道的成本。 該示波器主要由數(shù)據(jù)采集 DAQ（ Data Acquisition）、接口總線、硬件驅(qū)動(dòng)程序和虛擬數(shù)字示波器軟件構(gòu)成。在這個(gè)總體框架的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)，并分別測(cè)量，測(cè)試通過(guò)后再把它們連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，最后進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)性能的調(diào)試，直到調(diào)試結(jié)果符合要求為止。功能模板(Functions Palette)是創(chuàng)建框圖程序的工具。 2．程序框圖 框圖程序是由節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、圖框和連線四種元素構(gòu)成的。對(duì)象端點(diǎn)是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)慕涌?。常量端點(diǎn)永遠(yuǎn)只能在 VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點(diǎn)。在彩顯上，每種數(shù)據(jù)類型還以不同的顏色予以強(qiáng)調(diào)。使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地點(diǎn)中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。從 Tools工具模板選擇探針工具，再用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊所希望放置探針的連接線。用戶可以把一個(gè)應(yīng)用題目分解為一系列的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)還可以進(jìn)一步分解成許多更低一級(jí)的子任務(wù)，直到把一個(gè)復(fù)雜的題目分解為許多子任務(wù)的組合。 (7)強(qiáng)大的 Inter功能，支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控儀器的開(kāi)發(fā)。如果儀器設(shè)備具有 RS232 串行接口，則直接用連線將儀器設(shè)備與計(jì)算機(jī)機(jī)的 RS232 串行接口連接即可；如果儀器是 GPIB 接口，則需要額外配備一塊 GPIB488 接口板，建立計(jì)算機(jī)與儀器設(shè)備之間的通信渠道；如果使用計(jì)算機(jī)來(lái)控制 VXI 總線設(shè)備，則也需要配備一塊GPIB 接口卡，通過(guò) GPIB 總線與 VXI 總線、 VXI 主機(jī)箱零槽模塊通信，零槽模塊的 GPIBVXI 翻譯器將 GPIB 命令，并把各模塊返回的數(shù)據(jù)以一定的格式傳回主控計(jì)算機(jī)。同時(shí)， LabVIEW 是目前唯一帶有編輯器的圖形化編程環(huán)境，他可根據(jù)用戶編制程序自動(dòng)產(chǎn)生最優(yōu)化代碼，加快程序運(yùn)行速度。數(shù)據(jù)采集卡價(jià)格低廉、操作攜帶方便，因此大大的降低了每個(gè)通道的成本。 2．放大器 放大器將待采集信號(hào)放大或衰減至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。 武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 很多數(shù)據(jù)采集卡電路板上，還裝有數(shù)／模 (D／ A)，它處在 PC的后向輸出通道，用于將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，從而實(shí)現(xiàn)控制功能。選擇量程：一般根據(jù)輸入信號(hào)是單極性還是雙極性，選擇合適量程。在選取產(chǎn)品時(shí)需要注意：可測(cè)通道數(shù)是否滿足系統(tǒng)要求；當(dāng)需要差分輸入測(cè)量時(shí)，板卡上有 無(wú)差分輸入以及差分輸入的通道數(shù)；在測(cè)量道數(shù)多時(shí)，應(yīng)注意產(chǎn)品能否擴(kuò)展及最多可擴(kuò)展的道數(shù)。設(shè)計(jì)要求如下： 、主要功能模塊 數(shù)字示波器主要由軟件 控制完成信號(hào)的采集、處理和顯示。A 積分 武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 5） Aamp。 2．自動(dòng)調(diào)整掃描率控制結(jié)構(gòu) 由邏輯按鍵組“自動(dòng)”、“手動(dòng)”來(lái)控制是自動(dòng)調(diào)整掃描率，還是手動(dòng)調(diào)整掃描率 虛擬示波器的設(shè)計(jì)步驟 本虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)參考了 HP公司的雙通道臺(tái)式數(shù)字存儲(chǔ)示波器 HP 54603B的功能，并在儀器分析和處理功能上有所擴(kuò)展。 ?? A+B AB模式：當(dāng) A、 B兩通道都處于選通狀態(tài)時(shí)，使用此模式顯示兩通道信號(hào)代數(shù)相加、相減后的波形。 A的積分和微分運(yùn)算分別通過(guò)積分 X(t)和微分 X(t)節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)波形數(shù)據(jù)離散積分和微分，其求導(dǎo)時(shí)間參數(shù)采用掃描周期（即采樣間隔）。 ◆ 利用交流和直流分量估計(jì)（ ACamp。返回按鍵未按下時(shí)， 第二個(gè)條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行假時(shí)的程序，通過(guò)對(duì)應(yīng)用程序控制屬性節(jié)點(diǎn)的調(diào)用和一個(gè) 布爾真常量，使其前面板始終處于打開(kāi)狀態(tài)，且輸出（送入測(cè)量按鍵的局部變 武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 量）為真，該子 VI持續(xù)運(yùn)行；當(dāng)返回按鍵按下時(shí)，第二個(gè)條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行真時(shí)的 程序，通過(guò)對(duì)應(yīng)用程序控制屬性節(jié)點(diǎn)的調(diào)用和一個(gè)布爾 假常量，是其前面板由 打開(kāi)轉(zhuǎn)為關(guān)閉狀態(tài)，且輸出（送入測(cè)量按鍵的局部變量）變?yōu)榧?，分析按鍵被 彈起，該子 VI停止運(yùn)行。返回按鍵未按下時(shí)，第二個(gè)條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行假時(shí)的程序，通過(guò)對(duì)應(yīng)用程序控制屬性節(jié)點(diǎn)的調(diào)用和一個(gè)布爾真常量，使其前面板始終處于打開(kāi)狀態(tài)，且輸出（送入分析按鍵的局部變量）為真，該子 VI持續(xù)運(yùn)行；當(dāng)返回按鍵按下時(shí)，第二個(gè)條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行真時(shí)的程序，通過(guò)對(duì)應(yīng)用程序控制屬 性節(jié)點(diǎn)的調(diào)用和一個(gè)布武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 爾假常量，是其前面板由打開(kāi)轉(zhuǎn)為關(guān)閉狀態(tài)，且輸出（送入分析按鍵的局部變量）變?yōu)榧?，分析按鍵被彈起，該子 VI停止運(yùn)行。模塊的程序框圖如圖 。讀盤的路徑與存盤共用一個(gè)路徑。通 過(guò)取反使得自動(dòng)手動(dòng)按鈕不能同時(shí)按下。 武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 、 前面板與程序框圖 圖 前面板圖 武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 圖 程序框圖 武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 總 結(jié) 通過(guò)對(duì)虛擬儀器的設(shè)計(jì)，了解虛擬儀器設(shè)計(jì)的基本原理及常用的對(duì)象使用方法；通過(guò)設(shè)計(jì)一臺(tái)虛擬式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、圖形識(shí)別系統(tǒng)、通過(guò)串口、并口控制、測(cè)溫系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)等，了解虛擬 儀器數(shù)據(jù)采集卡的使用及設(shè)置，并口或串口的數(shù)據(jù)傳輸，了解虛擬編程中如何驅(qū)動(dòng)非 NI 公司的數(shù)據(jù)采集卡或電腦中常用的聲卡，學(xué)會(huì)把外界物理信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)并進(jìn)行簡(jiǎn)單分析或者通過(guò)虛擬儀器產(chǎn)生符合要求的信號(hào)并通過(guò)聲卡輸出或者學(xué)會(huì)利用 NI 的 ELVIS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的測(cè)量軟件。雖然本虛擬示波器能 基本完成設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能，但仍然存在很多不足之處，比如對(duì)自動(dòng)調(diào)整掃描率理解不到位，前面板可再優(yōu)化設(shè)計(jì)，缺乏硬件無(wú)法實(shí)際檢測(cè)，無(wú)法網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程控制等。老師在我的設(shè)計(jì)過(guò)程中一直給我指導(dǎo)和幫助，幫我解決了許多在設(shè)計(jì)中遇到的難題，減少了我在設(shè)計(jì)中遇到的困難，并教會(huì)了我許多有關(guān) labview 的知識(shí)，擴(kuò)展了我的知識(shí)面 ，同時(shí)也感謝學(xué)校圖書館為我們提供了如此優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓我們?cè)趫D書館的查閱書刊中了解到了更多的關(guān)于 labview 設(shè)計(jì)的書籍。本次設(shè)計(jì)的兩通道數(shù)字示波器具有傳統(tǒng)示波器的基本功能，還需要豐富更多的功能，如顯示模式可以加上微分、積分、 A+B和 AB 等功能。 設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案 ： 在數(shù)據(jù)采集模塊，參考相關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在 LabVIEW中找不到 Data Acquisition子模板中的 AI Waveform Scan(scaled array).vi，利用搜索功能也不能找到，經(jīng)上網(wǎng)查詢后得知需要安裝 Traditional DAQ，并最終在 上下載到 TDAQ750，使得問(wèn)題得以解決。 武漢 紡織大學(xué) 外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 圖 自動(dòng)掃描程序框圖 、 主要控制結(jié)構(gòu) 測(cè)量控制結(jié)構(gòu) 通過(guò)邏輯按鍵“測(cè)量”控制是否進(jìn)行測(cè) 量；通過(guò)邏輯按鍵“通道”控制通道選擇，且在測(cè)量過(guò)程中可隨時(shí)切換測(cè)量通道。該子 VI運(yùn)行時(shí)用獲取日期 /時(shí)間字 (GetData/Time String)節(jié)點(diǎn)可以獲取系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間，并顯示在打印波形顯示面板的右上部。選擇存盤時(shí)保存的文件，將文件讀入。 圖 FFT頻譜分析模塊框圖 、數(shù)據(jù)寫盤模塊 傳統(tǒng)的