【正文】 LabVIEW 用戶(hù)界面主要提供了工具 (Tools)選板、函數(shù) (Functions)選板、控件 (Controls)選板三大類(lèi)選板，以供用戶(hù)通過(guò)該軟件完成前面板和程序框圖的設(shè) 計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的設(shè)計(jì)。處理內(nèi)容包括數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)值分析等。 2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，出現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)和軟件的新型儀器 虛擬儀器。以計(jì)算機(jī)為輔助的虛擬儀器技術(shù)，推動(dòng)了傳統(tǒng)儀器朝著智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、人性化的方向發(fā)展。各模塊之間通過(guò)高層功能 VI 調(diào)用一個(gè)或多個(gè)底層的特殊功能的 VI，完成虛擬示波器系統(tǒng)的仿真。 軟件的特點(diǎn) 歸納起來(lái) LabVIEW 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）圖形化的編程方式，設(shè) 計(jì)者無(wú)需寫(xiě)任何文本格式的代碼，是真正的工程師的語(yǔ)言 ； （ 2）提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫(kù)函數(shù) ； （ 3）既提供了傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行，同時(shí)提供有獨(dú)到的高亮執(zhí)行工具，使程序動(dòng)畫(huà)式 運(yùn)行，利于設(shè)計(jì)者觀察程 8 序運(yùn)行的細(xì)節(jié)，使程序的調(diào)試和開(kāi)發(fā)更為便捷 ； （ 4） 32bit 的編譯器編譯生成 32bit 的編譯程序 ，保證用戶(hù)數(shù)據(jù)采集、測(cè)試和測(cè)量方案的高速執(zhí)行 ； （ 5）囊括了 DAQ、 GPIB、 PXI、 VXI/RS23 485 在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù) ，使得不懂總線標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)者也能夠驅(qū)動(dòng)不 同總線標(biāo)準(zhǔn)就口設(shè)備與儀器 ； （ 6）提供大量與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機(jī)制，諸如 DLLs(動(dòng)態(tài)連接庫(kù) )、 DDE（共享庫(kù)）、 ActiveX 等 ； （ 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) [6]。用戶(hù)可以將設(shè)計(jì)所需的 控件放置到前面板上， 類(lèi)似于實(shí)際儀表面板上的各種 輸入 /輸出口、按鍵、旋鈕、顯示屏等，通過(guò)合理布局就能設(shè)計(jì)出滿(mǎn)意的虛擬儀器操作前面板 。目前，虛擬儀器的四種體系結(jié)構(gòu)中，在虛擬示波器中應(yīng)用最多的是 PCDAQ 體系。 虛擬示波器的總體流程圖如圖 51 所示 18 圖 51 虛擬示波器總體流程圖 數(shù)據(jù)采集模塊 對(duì)于示波器而言數(shù)據(jù)采集無(wú)疑是重要部分，然而由于相應(yīng)的硬件設(shè)備無(wú)法完成數(shù)據(jù)采集模塊的具體設(shè)計(jì)，本文就數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及采樣原理介紹如下： 前面板參數(shù)賦值 開(kāi) 始 數(shù)據(jù)采集開(kāi)始 數(shù)據(jù)讀取 采集停止 波形存儲(chǔ)與回放 結(jié) 束 波形顯示 濾波處理 頻譜分析 時(shí)域分析 Y N 19 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成 基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、信號(hào)調(diào) 理、數(shù)據(jù)采集 (DAQ)硬件、個(gè)人計(jì)算機(jī)、軟件等基本要素構(gòu)成。 采樣原理 數(shù)據(jù)采集最主要的功能之一是將外部模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)化為離散信號(hào)傳遞到計(jì)算機(jī)中 ，這一過(guò)程被稱(chēng)為采樣。重復(fù)端口初始值為0，每循環(huán)一次的遞增步長(zhǎng)為 1。該面板主要有 3 個(gè)波形圖表控件，用來(lái)顯示原始信號(hào) ， 原始信號(hào)與噪聲信號(hào)的疊加后的波形顯示 以及作自相關(guān)運(yùn)算之后的波形顯示。具體 程序 調(diào)試 方法 如下 ： (1)查看錯(cuò)誤列表 點(diǎn)擊單步運(yùn)行按鈕， 若 子 VI 程序 中 存在 連接松弛或者 語(yǔ)法錯(cuò)誤，該 運(yùn)行按鈕變成一個(gè)折斷的箭頭， 說(shuō)明 程序不能被執(zhí)行。電磁干擾是電子設(shè)備 噪聲干擾 中的主要干擾形式。 計(jì)算機(jī)虛擬示波器的成本低，功能全，可擴(kuò)充性強(qiáng)，較適合應(yīng)用于工業(yè)測(cè)試和工業(yè)自動(dòng)化及汽車(chē)、輪船、水力和醫(yī)療等領(lǐng)域。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 一臺(tái)有安裝虛擬儀器軟件的標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)，從根本上改變目前專(zhuān)用儀器的研制和生產(chǎn)方式，具有更為廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。 (2)當(dāng)在電磁噪聲強(qiáng)度高 的 環(huán)境下 ，選擇 雙絞線來(lái)屏蔽噪聲 干擾信號(hào) 。 (2)程序 高亮 執(zhí)行 單擊 的工具條上燈泡 型 的按鈕 后該按鈕閃爍 ，再點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，此時(shí) 程序以較慢的速度運(yùn)行，執(zhí)行后的代碼高亮顯示， 未被 執(zhí)行的代碼灰色顯示。 圖 58(a) 時(shí)域分析及參數(shù)測(cè)量前面板 (2)虛擬示波器的時(shí)域分析及參數(shù)測(cè)量程序面板如圖 58(b)所示。 本設(shè)計(jì) 通過(guò)滑動(dòng)桿控件控制通道的選擇，條件端口為 “ 0，默認(rèn)”、“ 1”、“ 2” ，滑動(dòng)桿滑到靠左時(shí)，打開(kāi)通道 1， 靠左時(shí) 通道 1 和通道 2 同時(shí)打開(kāi)，居中時(shí)打開(kāi)通道 2，如圖 56(b)、 56(c)、 56(d)所示 圖 56(b)示波器的通道 1 打開(kāi) 圖 56(c)示波器的通道 2 打開(kāi) 26 圖 56(d)示波器的通道 1 和通道 2 同時(shí)打開(kāi) 濾波模塊 一般在工程測(cè)量中采集的信號(hào)或多或少都有噪聲或者其他不需要的信號(hào)參雜在其中，需要經(jīng)過(guò)信號(hào)濾波才能夠 在被噪聲淹沒(méi)的信號(hào)中提取 真正 所需要的信號(hào)，抑制不需要的干擾信號(hào)。 過(guò)高的采樣 頻率和過(guò)低的采樣頻率下所得的采樣 結(jié)果 如圖 53 所示 ， 足夠采樣頻率下的采樣結(jié)果過(guò)低采樣頻率下的采樣結(jié)果模擬信號(hào)的采樣點(diǎn) 圖 53 過(guò)高的采樣頻率和過(guò)低的采樣頻率的結(jié)果 用戶(hù)登陸界面 虛擬儀器是一個(gè)面向用戶(hù)的、圖形化、易操作的儀器技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以靈活的設(shè)置儀器系統(tǒng)的界面，以供用戶(hù)使用，為了使得用戶(hù)使用時(shí)能夠安全的保存自己的數(shù)據(jù)，用戶(hù)登錄界面自然必不可少的。常見(jiàn)的傳感器有應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器以及光電式傳感器等等。本文中研究的虛擬示波器即是基于這種體系結(jié)構(gòu) [8]。它可以將被測(cè)信號(hào) (電量、非電量轉(zhuǎn)化成的電信號(hào) )隨時(shí)間的變化規(guī)律，直觀形象地用圖形表示出來(lái)。 (1)前面板 前面板是 VI 的面板，這一界面有輸入型控件和輸出型控件；輸入型控件一般包括旋鈕、按鈕、轉(zhuǎn)盤(pán)、數(shù)值和字符以及布爾輸入控件 ，用來(lái)模擬儀器的輸入裝置，為 VI 程序框圖提供數(shù)據(jù)輸入。 (2)軟件設(shè)計(jì) ： 主要采用 LabVIEW 設(shè)計(jì) ，虛擬儀器的界面開(kāi)發(fā)主要由 LabVIEW 軟件完成，其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、分析等人機(jī)交互的界面設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 虛擬儀器 ， 虛擬示波器 ， 頻域分析 ，數(shù)據(jù)采集 ABSTRACT In the contemporary world, information and puter technology develop rapidly with each passing day. The Software Development Technology is quite different, too. Compared with the traditional instrument technology, the virtual instrument technology based on puter has more advantages from the aspects of data acquisition, realtime analysis and processing, display and storage. Because of traditional instruments’ single function and high price for always and the continuous improvement of puters’ cost performance, the technology of virtual instrument is irreversible. The NI (National Instrument) took the lead in the technology of virtual instrument research and development, and established the LabVIEW software development platform. The technology of puterassisted virtual instrument promoted the traditional instruments to the direction of intelligent, digitizing, working, modular and userfriendly. This article, based on LabVIEW virtual instrument development platform, design virtual oscilloscope interface and realize the function of data acquisition, filtering process, time domain analysis, frequency domain analysis, waveform storage and recall, and debug program, illustrate design results, analyze the system performance. KeyWords: Virtual instrument, Virtual oscilloscope, Frequency domain analysis, Data acquisition 目 錄 1 緒論 .............................................................................................................................. 1 前言 .................................................................................................................... 1 設(shè)計(jì)背景與意義 ................................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 .......................................................................................................... 2 設(shè)計(jì)研究方案 ...................................................................................................... 2 ................................................................................................................ 3 虛擬儀器系統(tǒng)的組成 ............................................................................................ 4 虛擬儀器的構(gòu)成 ................................................................................................... 5 虛擬儀器的硬件系 ...................................................................................... 5 虛擬儀器的軟件系統(tǒng) .................................................................................. 5 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比 .......................................................................... 6 的軟件概述 ....