【文章內(nèi)容簡介】 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目標自己所關(guān)心的目標波形，同時這些信號失真也最小。帶寬是用來衡量虛擬示波器可靠度的重要指標。傳統(tǒng)示波器的帶寬是一個不變的長值，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的頻率值，它的值取決于虛擬示波器的信號調(diào)理電路。數(shù)字帶寬是虛擬示波器隨機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，只是使用個人電腦及接口電路或采集卡來采集現(xiàn)場信號，并通過電腦強大的圖形處理功能在電腦屏幕上模擬示波器的操作面板，同時實現(xiàn)信號調(diào)理、信號分析處理和結(jié)果顯示輸出等功能。虛擬儀器的信號采集卡把外部的模擬信號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)則的外部信號轉(zhuǎn)變成A/D轉(zhuǎn)換器能接受的高低電平信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并存儲到存儲器中。同時由虛擬儀器的軟件部分編輯成的程序?qū)?shù)據(jù)進行分析處理、存儲、顯示、打印輸出等功能。3 LabVIEW編程環(huán)境介紹 LabVIEW 簡介對于虛擬儀器應(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進行編寫。它是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Vitural Instrument Engineering Workbench)的簡稱，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、功能最齊全最強大的圖形化軟件開發(fā)平臺。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間和資金來構(gòu)建自己的儀器測試平臺。LabVIEW 的優(yōu)點主要有： (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，簡單易學，讓人們在使用時更加快速的入手成為了可能，更加適合實驗室人員、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軟件自動在后臺完成了編譯工作。并時時提醒可能出現(xiàn)的錯誤，這些避免了像其它軟件那樣后期編譯時有錯誤不好發(fā)現(xiàn)的弊端。 (3) 采用模塊化設(shè)計。第一LabVIEW中使用的各種函數(shù)都是一個個小的模塊，都可以直接使用非常方便；第二用戶編寫的程序除獨立運行外還可以制作成一個子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（Icon）。前面板相當于真實儀器的操作面板，使用者可以在前面板上對要創(chuàng)建的虛擬儀器進行操作面板的設(shè)計。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。 程序框圖相當于儀器箱內(nèi)的功能部件，其包含了實現(xiàn)VI功能的圖形化源代碼。節(jié)點和連線是程序框圖的兩個重要組成部分。連線將節(jié)點、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。圖標是 VI 的圖形化標簽，圖標的使用使得創(chuàng)建子VI變得簡便易行、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標簽就是圖標，這個是在創(chuàng)建新 VI 時系統(tǒng)自動默認生成的。圖標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)的各自特點和屬性將所有的函數(shù)和 VI 進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 的各個模板。使用那個控件時，就可以根據(jù)它的屬性找到其所在的模板然后用鼠標把它拖出放到前面板或后面板中。 LabVIEW 有三個模板，包括工具模板、控件模板和函數(shù)模板。下面將簡單的介紹這三個模板。 工具模板工具模板為整個編程過程提供各種工具，使用起來非常的方便快捷。可以在菜單欄中找到“查看”選項單擊鼠標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)計中能用到的所有控件放在一塊能在使用時方便的找到，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右鍵彈出函數(shù)模板，第二種是在菜單欄中點擊“查看”項在彈出的下拉菜單中單擊“函數(shù)選板”項。 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VI的程序框圖中來實現(xiàn)。因此，通過構(gòu)建使用子VI能把復雜的任務(wù)劃分成多個簡單的小任務(wù)來分別完成，從而能夠使得VI程序框圖的結(jié)構(gòu)更加的簡潔明了，實現(xiàn)LabVIEW的層次化和模塊化編程的要求，使其變得更加的簡單，清晰，更加的橙刺分明，更加容易理解。 創(chuàng)建和編輯圖標 在LabVIEW中，每個VI在前面板和后面板的右上角都有一個由徽標和數(shù)字構(gòu)成的圖標，這個圖標可以根據(jù)自己的需要創(chuàng)建和編輯該圖標。創(chuàng)建和重新編輯該VI圖標的工作在圖標編輯器中完成。把鼠標指針放在該圖標上雙擊，或單擊鼠標右鍵，就可以彈出快捷菜單，在該菜單中選擇“編輯VI圖標”這一項，在彈出如的“圖標編輯器”對話框中對圖標進行編輯。 定義接線端子 子VI圖標是該子VI程序功能的圖形化表示，連接器作為一個編程接口，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圖標上右擊鼠標，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。首先將鼠標放在接線端圖標上，鼠標變成線軸狀，單擊該端子，然后將鼠標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，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VI節(jié)點進行設(shè)置，在子VI的圖標上右擊鼠標，選擇“設(shè)置子VI節(jié)點…”“子VI節(jié)點設(shè)置”。4 虛擬示波器的設(shè)計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)測量、濾波、波形存儲、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通道單獨顯示以及AB通道共同顯示。在本次的設(shè)計中沒使用數(shù)據(jù)采集卡來采集外部測量信號，而是使用了LaBVIEW內(nèi)部自帶的信號發(fā)生器來來設(shè)計的內(nèi)部仿真測量信號。LabVIEW自帶的信號發(fā)生器有正弦波、方波發(fā)、鋸齒波、三角波發(fā)生器等，用這些基本的信號產(chǎn)生模塊來仿真出測量信號來檢驗示波器的功能。 總體設(shè)計方案 本次示波器設(shè)計主要用LabVIEW 圖形化編程軟件來完成數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、濾波、波形顯示與存儲等功能。此次設(shè)計總體結(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)時間調(diào)節(jié)波形顯示 參數(shù)測量濾波器子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 為實現(xiàn)本次虛擬示波器的這些功能，程序主要包括信號發(fā)生模塊，通道選擇、時間調(diào)節(jié)、幅值調(diào)節(jié)、濾波、頻譜分析、參數(shù)測量模塊。 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，相當于傳統(tǒng)程序的源代碼。虛擬示波器的