【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 線沿水平方向的偏轉(zhuǎn)同時(shí)間成正比，而在垂直方向同被測(cè)電壓成正比（每一瞬間）。所以，鋸齒波電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上，它迫使射線以恒定的速度從左向右沿水平方向偏轉(zhuǎn)。并且很快的返回到起始位置。射線沿水平軸經(jīng)過的距離跟時(shí)間成正比。被測(cè)電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，因而，每一瞬間射線的位置單值的對(duì)應(yīng)于這一瞬間被測(cè)信號(hào)的值。在鋸齒波電壓作用期間，射線就繪出了被測(cè)信號(hào)的曲線，示波器波形顯示原理如圖31所示。圖31 示波器波形顯示原理以上圖形是鋸齒波的重復(fù)周期等于輸入信號(hào)周期整數(shù)倍的情況（一倍），熒光屏上顯示出的信號(hào)圖形是穩(wěn)定不動(dòng)的。如果不是整數(shù)倍，則每次出現(xiàn)的信號(hào)波形就不會(huì)重合，圖形將不斷移動(dòng)，不利于觀測(cè)。為了保證鋸齒波的周期等于輸入信號(hào)的整數(shù)倍，示波器必須具有同步或觸發(fā)電路。 數(shù)字示波器的基本原理數(shù)字示波器用A/D變換器把模擬波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后存儲(chǔ)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器RAM中，需要時(shí)，將RAM中存儲(chǔ)內(nèi)容調(diào)出，通過相應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器，再恢復(fù)成模擬量顯示在示波管屏幕上。在這種示波器中，信號(hào)處理功能和信號(hào)顯示功能是分開的。其性能，包括精度和速度，完成取決于進(jìn)行信號(hào)處理的A/D、D/A變換器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。 數(shù)字示波器基本原理在數(shù)字示波器中，把輸入的被測(cè)模擬信號(hào)先送至A/D轉(zhuǎn)化器進(jìn)行采樣，量化和編碼，成為數(shù)字“1”、“0”碼，存儲(chǔ)到RAM中，這個(gè)過程稱為存儲(chǔ)器的“寫過程”。然后，再將這些“1”、“0”碼從RAM中依次取出按順序排列起來，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換使其包絡(luò)重現(xiàn)輸入模擬信號(hào)，這就是“讀過程”。在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中，采用適時(shí)采樣方式，可觀測(cè)單次信號(hào)；采用順序采樣或者隨即采樣方式，可觀測(cè)重復(fù)信號(hào)。采樣頻率理論分析指出，為了正確的觀測(cè)信號(hào)波形，只有恰當(dāng)?shù)倪x擇采樣頻率才能用所得的樣值脈沖序列恢復(fù)出原信號(hào)波形。采樣頻率過低會(huì)產(chǎn)生頻譜重疊效應(yīng)，造成波形失真，使示波器測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)明顯誤差。采樣定律證明，對(duì)于一個(gè)最高頻率為的信號(hào)，當(dāng)采樣頻率時(shí)，其采樣后所得到的脈沖序列將包括原信號(hào)的全部信息。稱為奈奎斯特頻率。當(dāng)采樣頻率等于輸入信號(hào)頻率時(shí)，顯示波形的頻率信息還能保留，但是幅度信息將大量損失。通過計(jì)算可以得到，當(dāng)一個(gè)周期中采樣點(diǎn)數(shù)N為4時(shí)，即采樣頻率時(shí)，故數(shù)字示波器的等效帶寬為。若采用正弦內(nèi)插顯示，等效帶寬可達(dá)。 數(shù)字示波器基本方框圖數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本方框圖如圖32所示。圖32 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本方框圖Y輸入信號(hào)經(jīng)衰減放大后送至A/D轉(zhuǎn)換器，按“t/div”開關(guān)設(shè)定的采樣頻率下進(jìn)行變換，從而得到一串?dāng)?shù)據(jù)流，在控制邏輯電路的作用下寫入隨即存儲(chǔ)器RAM中。RAM的讀寫操作受R/W控制，當(dāng)RAM的讀寫控制R/W=0時(shí)，RAM進(jìn)行寫操作；當(dāng)R/W=1時(shí)，RAM進(jìn)行讀操作。RAM地址選擇器在RAM進(jìn)行寫操作時(shí)，將寫地址輸出選做RAM地址；讀操作時(shí)，則將讀地址輸出選做RAM地址?？刂七壿嬰娐芬坏┙邮艿絹碜杂|發(fā)放大器的觸發(fā)信號(hào)，就啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)寫入循環(huán)，產(chǎn)生寫功能信號(hào)送至RAM讀寫控制，同時(shí)使寫地址計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。寫地址計(jì)數(shù)器將順序遞增的寫地址送至存儲(chǔ)器，確保每組數(shù)據(jù)寫入至相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中去。不管數(shù)據(jù)用何種速度寫入存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各數(shù)據(jù)均不相關(guān)的以固定的速度不斷讀出，且顯示時(shí)不產(chǎn)生閃爍。讀出數(shù)據(jù)送至垂直D/A變換電路，用做示波器Y顯示。同時(shí)一個(gè)以讀出速率遞增的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，輸出送至水平D/A轉(zhuǎn)換器，用做示波器X顯示。晶體振蕩器產(chǎn)生高精度、高穩(wěn)定性的時(shí)鐘。該時(shí)鐘由分頻電路產(chǎn)生與面板上“t/div”開關(guān)設(shè)置相對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)鐘，去控制A/D轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)器寫入。時(shí)基分頻電路也產(chǎn)生該脈沖，供讀地址計(jì)數(shù)器和顯示地址計(jì)數(shù)器，以產(chǎn)生穩(wěn)定階梯掃描電壓。 虛擬示波器的工作原理 模擬信號(hào)經(jīng)同軸電纜進(jìn)入采集卡的輸入通道，經(jīng)過前置濾波電路、衰減電路、可變?cè)鲆娴姆糯箅娐?，將信?hào)處理成A/D轉(zhuǎn)換器可以處理的標(biāo)準(zhǔn)電平，經(jīng)過A/D采樣量化轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)并緩存到卡上的存儲(chǔ)器。其支持軟件通過PC機(jī)的PCI總線接口控制模擬通道的阻抗匹配、放大器的增益選擇、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)換結(jié)束的識(shí)別，并將采集數(shù)據(jù)以DMA的方式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析處理、顯示、存儲(chǔ)及打印傳輸?shù)?。虛擬示波器是采用基于計(jì)算機(jī)的虛擬技術(shù)，用以模擬通用示波器的面板操作和處理功能，也就是使用個(gè)人計(jì)算機(jī)及接口電路來采集現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室信號(hào)，并通過圖形用戶界面（GUI）來模仿示波器的操作面板，完成信號(hào)采集、調(diào)理、分析處理和顯示輸出等功能。我所設(shè)計(jì)的虛擬示波器，是在數(shù)據(jù)采集硬件的支持下，配備一定功能的軟件，完成波形的存儲(chǔ)、分析、顯示等功能。一般測(cè)試儀器由信號(hào)采集、信號(hào)處理和結(jié)果顯示三大部分組成，這三大部分均由硬件構(gòu)成。虛擬示波器也是由這三大部分組成，但是除了信號(hào)采集部分是由硬件實(shí)現(xiàn)之外，其它兩部分都是由軟件實(shí)現(xiàn)。我所設(shè)計(jì)的虛擬示波器總體上包括數(shù)據(jù)采集、波形顯示、參數(shù)測(cè)量、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)回放等幾大模塊組成。 4 虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW LabVIEW簡(jiǎn)介LabVIEW是（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)）是一個(gè)程序開發(fā)環(huán)境。它類似于Visual Basic，Visual C++。但是LabVIEW的特點(diǎn)在于：它使用圖形化編程語言G在流程圖中創(chuàng)建源程序，而沒有使用基于的文本語言來產(chǎn)生源程序代碼。LabVIEW是一個(gè)多線程、最佳化的圖形編譯器，它能在最大程度上優(yōu)化系統(tǒng)的性能。無論是使用基于計(jì)算機(jī)的插入式儀器設(shè)備，還是使用GPIB，VXI，Ethernet 接口或是串口的獨(dú)立儀器設(shè)備，LabVIEW內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序庫和具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件都可以對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。LABVIEW的數(shù)據(jù)采集庫包含了許多有關(guān)采集和生成數(shù)據(jù)的函數(shù)，它們與NI的插卡式或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品協(xié)同工作。數(shù)據(jù)采集卡是進(jìn)行高速直接控制以及低速控制的理想設(shè)備。它能夠?yàn)榧墒綔y(cè)量方案提供功能強(qiáng)大且完備的測(cè)量分析庫，這些軟件庫可以完成極限測(cè)試、頻率分析、濾波及信號(hào)生成等任務(wù)。LabVIEW具有許多特性，能使測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用方案完成適用于用戶企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，能將應(yīng)用方案以網(wǎng)頁的形式發(fā)表，或在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。LabVIEW擁有完整的Web服務(wù)器，可以隨時(shí)發(fā)布測(cè)量結(jié)果。LabVIEW專業(yè)版開發(fā)系統(tǒng)包括應(yīng)用程序生成器（Application Builder），可以創(chuàng)建并發(fā)布獨(dú)立的可執(zhí)行程序、共享庫或動(dòng)態(tài)連接庫（DLL）。使用共享庫可以使開發(fā)的應(yīng)用程序代碼進(jìn)行重新使用。DLL提供最大的靈活性，可以將LabVIEW與其他開發(fā)工具如VB，VC和NI的Measurement Studio結(jié)合起來。LabVIEW應(yīng)用程序生成器可以創(chuàng)建安裝程序，以便在Windows環(huán)境中執(zhí)行可運(yùn)行程序。 LabVIEW主要窗口所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），它包括前面板（front panel）、流程圖（block diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器(icon/connector)三部分。前面板前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，如圖41所示。這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對(duì)象（indicator）。圖1所示是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生和顯示的簡(jiǎn)單VI是它的前面板，上面有一個(gè)顯示對(duì)象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。還有一個(gè)控制對(duì)象——開關(guān)，可以啟動(dòng)和停止工作。顯然，并非簡(jiǎn)單地畫兩個(gè)控件就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之配套的流程圖。圖41　隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的前面板流程圖流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對(duì)VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。圖42是與圖41對(duì)應(yīng)的流程圖。我們可以看到流程圖中包括了前面板上的開關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連線端子，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設(shè)置了一個(gè)While Loop循環(huán)，由開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。圖42　隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的流程圖如果將VI與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用VI可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無幾。圖標(biāo)/連接器VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè)VI可以作為子程序，這里稱為子VI（subVI），被其他VI調(diào)用。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)。LabVIEW 具有三個(gè)可移動(dòng)的圖形化工具模板:工具模板( Tools Palette) 、控件模板(Controls Palette) 和功能模板(Function Palette) 。工具模板提供了用于圖形操作的各種工具,比如定位、標(biāo)注、斷點(diǎn)、連線、文字注釋等。控件模板提供了前面板編輯所需的圖像圖標(biāo)、一些特殊的圖形功能模板則提供了一些基本的數(shù)學(xué)函數(shù)和其他功能函數(shù)。這三個(gè)模板是LabVIEW 編程的主要工具。工具模板（Tools Palette）圖43工具模板工具模版如圖43，該模板提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具。如果該模板沒有出現(xiàn)，則可以在Windows菜單下選擇Show Tools Palette命令以顯示該模板。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀。當(dāng)從Windows菜單下選擇了Show Help Window功能后，把工具模板內(nèi)選定的任一種工具光標(biāo)放在流程圖程序的子程序（Sub VI）或圖標(biāo)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的幫助信息?？刂颇０澹–ontrol Palette）圖44控制模板控制模版如圖42，該模板用來給前面板設(shè)置各種所需的輸出顯示對(duì)象和輸入控制對(duì)象。每個(gè)圖標(biāo)代表一類子模板。如果控制模板不顯示，可以用Windows菜單的Show Controls Palette功能打開它，也可以在前面板的空白處，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。功能模板(Functions Palette) 圖45功能模板功能模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具，如圖45。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開它，也可以在流程圖程序窗口的空白處