【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采樣頻率與水平分辨力之間有著正比例關(guān)系。 虛擬示波器的帶寬使用者總是希望自己的觀測(cè)目標(biāo)自己所關(guān)心的目標(biāo)波形，同時(shí)這些信號(hào)失真也最小。帶寬是用來衡量虛擬示波器可靠度的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)示波器的帶寬是一個(gè)不變的長值，而虛擬示波器有模擬和數(shù)字兩種帶寬模式。模擬帶寬指虛擬示波器無失真的狀態(tài)下能接收最高輸入信號(hào)的頻率值，它的值取決于虛擬示波器的信號(hào)調(diào)理電路。數(shù)字帶寬是虛擬示波器隨機(jī)采樣所能采集到的最高帶寬。 虛擬示波器的工作原理 虛擬示波器是虛擬技術(shù)與傳統(tǒng)儀器相結(jié)合的產(chǎn)物，它擁有和傳統(tǒng)示波器基本相同的操作面板和各項(xiàng)功能，而虛擬示波器卻沒有傳統(tǒng)示波器的硬件電路，只是使用個(gè)人電腦及接口電路或采集卡來采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并通過電腦強(qiáng)大的圖形處理功能在電腦屏幕上模擬示波器的操作面板，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理、信號(hào)分析處理和結(jié)果顯示輸出等功能。虛擬儀器的信號(hào)采集卡把外部的模擬信號(hào)輸送到虛擬儀器的內(nèi)部，在儀器內(nèi)部經(jīng)濾波、衰減、放大電路等部分，把無規(guī)則的外部信號(hào)轉(zhuǎn)變成A/D轉(zhuǎn)換器能接受的高低電平信號(hào)，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。同時(shí)由虛擬儀器的軟件部分編輯成的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、存儲(chǔ)、顯示、打印輸出等功能。3 LabVIEW編程環(huán)境介紹 LabVIEW 簡(jiǎn)介對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫，本次使用的是專業(yè)圖形化編程軟件即NI公司的LabVIEW進(jìn)行編寫。它是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Vitural Instrument Engineering Workbench)的簡(jiǎn)稱，是美國國家儀器公司(M)的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，是目前全世界使用最廣泛、發(fā)展速度最快、功能最齊全最強(qiáng)大的圖形化軟件開發(fā)平臺(tái)。LabVIEW 是圖形化的編程語言，它提供了大量的函數(shù)模型和各種工具給使用者。如各種信號(hào)發(fā)生函數(shù)、波形分析函數(shù)、Express VI 等。這些條件使得使用者可以用最短的時(shí)間和資金來構(gòu)建自己的儀器測(cè)試平臺(tái)。LabVIEW 的優(yōu)點(diǎn)主要有： (1) 提供了豐富的圖形控件。用圖形代替了枯燥無味難以理解的程序代碼，因此使得LabVIEW變的直觀明了，簡(jiǎn)單易學(xué)，讓人們?cè)谑褂脮r(shí)更加快速的入手成為了可能，更加適合實(shí)驗(yàn)室人員、工程師、生產(chǎn)人員的使用。 (2) LabVIEW內(nèi)有編譯器這可以讓用戶編寫程序的同時(shí)軟件自動(dòng)在后臺(tái)完成了編譯工作。并時(shí)時(shí)提醒可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這些避免了像其它軟件那樣后期編譯時(shí)有錯(cuò)誤不好發(fā)現(xiàn)的弊端。 (3) 采用模塊化設(shè)計(jì)。第一LabVIEW中使用的各種函數(shù)都是一個(gè)個(gè)小的模塊，都可以直接使用非常方便；第二用戶編寫的程序除獨(dú)立運(yùn)行外還可以制作成一個(gè)子VI供其他的程序使用。 LabVIEW 程序的基本組成目前虛擬儀器的開發(fā)采用的開發(fā)軟件都是用的美國 NI 公司的測(cè)控軟件，而LabVIEW 就是其中的代表軟件。用LabVIEW 創(chuàng)建的程序被稱為 VI。所有的 VI 都由三部分組成：前面（Front Panel）、程序框圖（Block diagram）以及圖標(biāo)（Icon）。前面板相當(dāng)于真實(shí)儀器的操作面板，使用者可以在前面板上對(duì)要?jiǎng)?chuàng)建的虛擬儀器進(jìn)行操作面板的設(shè)計(jì)。該界面上有輸入和輸出兩類控件，例如開關(guān)、旋鈕按鈕顯示顯示器等。 程序框圖相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的功能部件，其包含了實(shí)現(xiàn)VI功能的圖形化源代碼。節(jié)點(diǎn)和連線是程序框圖的兩個(gè)重要組成部分。連線將節(jié)點(diǎn)、一些函數(shù)和子VI連接起來組合成具有特定功能的程序框圖。圖標(biāo)是 VI 的圖形化標(biāo)簽，圖標(biāo)的使用使得創(chuàng)建子VI變得簡(jiǎn)便易行、直觀明了。大多數(shù)情況下在前面板和程序面板的右上角看到的那個(gè)標(biāo)簽就是圖標(biāo)，這個(gè)是在創(chuàng)建新 VI 時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)默認(rèn)生成的。圖標(biāo)可以按照使用者自己的需要自己從新定義制作。 LabVIEW模板LabVIEW 根據(jù)函數(shù)的各自特點(diǎn)和屬性將所有的函數(shù)和 VI 進(jìn)行了分門別類的整理，把屬性相同的函數(shù)和 VI 放一起就構(gòu)成了 LabVIEW 的各個(gè)模板。使用那個(gè)控件時(shí)，就可以根據(jù)它的屬性找到其所在的模板然后用鼠標(biāo)把它拖出放到前面板或后面板中。 LabVIEW 有三個(gè)模板，包括工具模板、控件模板和函數(shù)模板。下面將簡(jiǎn)單的介紹這三個(gè)模板。 工具模板工具模板為整個(gè)編程過程提供各種工具，使用起來非常的方便快捷?？梢栽诓藛螜谥姓业健安榭础边x項(xiàng)單擊鼠標(biāo)左鍵在下拉菜單欄中找到“工具選板”單擊就可以看到工具模板了。前面板和后面板中工具模板的使用方法相同。 控件模板控件選板集合了各式各樣的輸入和輸出控件，把這些前面板設(shè)計(jì)中能用到的所有控件放在一塊能在使用時(shí)方便的找到，方便了用戶使用。 函數(shù)選板函數(shù)模板是由若干個(gè)不同的子模板有序的堆積在一起形成的，在該選板中包含了創(chuàng)建框圖程序要用到的所有 VI 和函數(shù)控件。有兩種方法可以找到函數(shù)模板，第一種是在后面板的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵彈出函數(shù)模板，第二種是在菜單欄中點(diǎn)擊“查看”項(xiàng)在彈出的下拉菜單中單擊“函數(shù)選板”項(xiàng)。 子VI的創(chuàng)建和調(diào)用LabVIEW中的子VI和文本編程語言中的子程序、函數(shù)很類似，換言之，子VI是可以在其它的編程中直接調(diào)用的自己創(chuàng)建的VI。在LabVIEW這種圖形化編程環(huán)境中，圖形連線會(huì)占據(jù)較大的屏幕空間，我們不可能把所有的程序都放在同一個(gè)VI的程序框圖中來實(shí)現(xiàn)。因此，通過構(gòu)建使用子VI能把復(fù)雜的任務(wù)劃分成多個(gè)簡(jiǎn)單的小任務(wù)來分別完成，從而能夠使得VI程序框圖的結(jié)構(gòu)更加的簡(jiǎn)潔明了，實(shí)現(xiàn)LabVIEW的層次化和模塊化編程的要求，使其變得更加的簡(jiǎn)單，清晰，更加的橙刺分明，更加容易理解。 創(chuàng)建和編輯圖標(biāo) 在LabVIEW中，每個(gè)VI在前面板和后面板的右上角都有一個(gè)由徽標(biāo)和數(shù)字構(gòu)成的圖標(biāo)，這個(gè)圖標(biāo)可以根據(jù)自己的需要?jiǎng)?chuàng)建和編輯該圖標(biāo)。創(chuàng)建和重新編輯該VI圖標(biāo)的工作在圖標(biāo)編輯器中完成。把鼠標(biāo)指針放在該圖標(biāo)上雙擊，或單擊鼠標(biāo)右鍵，就可以彈出快捷菜單，在該菜單中選擇“編輯VI圖標(biāo)”這一項(xiàng)，在彈出如的“圖標(biāo)編輯器”對(duì)話框中對(duì)圖標(biāo)進(jìn)行編輯。 定義接線端子 子VI圖標(biāo)是該子VI程序功能的圖形化表示，連接器作為一個(gè)編程接口，定義了子VI輸入輸出端口與主程序之間的參數(shù)形式和接口類型。在VI圖標(biāo)上右擊鼠標(biāo)，選擇“模式”，從中選擇出所需的端子模式。 選擇接線端子模式后就要開始連接（即定義）接線端子了。如圖31所示。首先將鼠標(biāo)放在接線端圖標(biāo)上，鼠標(biāo)變成線軸狀，單擊該端子，然后將鼠標(biāo)移至前面板上的控件上，單擊該控件。這樣該端子就與控件連接在一起了。按照同樣的方法定義全部的接線端子。圖31 定義連接端子 接線端子和圖標(biāo)都定義好后，將VI保存到合適的位置。至此，子VI就創(chuàng)建成功了。創(chuàng)建好的子VI可以被其他程序調(diào)用。 子VI的調(diào)用在子VI創(chuàng)建好后就可以被其他的VI調(diào)用了。在一個(gè)新的VI的編程中想要調(diào)用自己創(chuàng)建的子VI，可以在函數(shù)選板中選擇“選擇子VI…”項(xiàng)，從自己保存子VI的地方打開以保存地子VI，將其放入程序框圖即可。在調(diào)用子VI后要對(duì)VI節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，在子VI的圖標(biāo)上右擊鼠標(biāo)，選擇“設(shè)置子VI節(jié)點(diǎn)…”“子VI節(jié)點(diǎn)設(shè)置”。4 虛擬示波器的設(shè)計(jì)方案本虛擬示波器主要功能包括：數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、參數(shù)測(cè)量、濾波、波形存儲(chǔ)、讀取子VI等功能。此示波器為虛擬雙蹤示波器，其顯示模式有A、B通道單獨(dú)顯示以及AB通道共同顯示。在本次的設(shè)計(jì)中沒使用數(shù)據(jù)采集卡來采集外部測(cè)量信號(hào)，而是使用了LaBVIEW內(nèi)部自帶的信號(hào)發(fā)生器來來設(shè)計(jì)的內(nèi)部仿真測(cè)量信號(hào)。LabVIEW自帶的信號(hào)發(fā)生器有正弦波、方波發(fā)、鋸齒波、三角波發(fā)生器等，用這些基本的信號(hào)產(chǎn)生模塊來仿真出測(cè)量信號(hào)來檢驗(yàn)示波器的功能。 總體設(shè)計(jì)方案 本次示波器設(shè)計(jì)主要用LabVIEW 圖形化編程軟件來完成數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、濾波、波形顯示與存儲(chǔ)等功能。此次設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)如圖41所示：數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集觸發(fā)選擇通道選擇幅值調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)波形顯示 參數(shù)測(cè)量濾波器子VI濾波功能頻譜分析 波形保存圖41 示波器總體結(jié)構(gòu)框圖 為實(shí)現(xiàn)本次虛擬示波器的這些功能，程序主要包括信號(hào)發(fā)生模塊，通道選擇、時(shí)間調(diào)節(jié)、幅值調(diào)節(jié)、濾波、頻譜分析、參數(shù)測(cè)量模塊。 虛擬示波器前面板虛擬示波器模仿傳統(tǒng)示波器功能，前面板主要設(shè)有用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量的控件并模仿真實(shí)儀器的操作面板。程序框圖是利用LabVIEW圖像化編程 語言編寫的，相當(dāng)于傳統(tǒng)程序的源代碼。虛擬示波器的