【文章內(nèi)容簡介】 常強(qiáng)大的程序語言，LabVIEW通過與C 語言接口，可增強(qiáng)其整體功能。Windows系統(tǒng)下，通過CIN 技術(shù)在LabVIEW C + + 開發(fā)環(huán)境調(diào)用C語言源代碼。步驟為：框圖程序設(shè)計(jì)、建立模塊文件、編譯CIN 源代碼、在LabVIEW 文件。C語言程序見附錄。 4 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)目標(biāo)及要求示波器是以短暫掃跡的形式顯示一個量的瞬時值的儀器，也是一種測量、觀察、記錄的儀器，在科研和實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用十分廣泛。傳統(tǒng)的模擬示波器把需要觀察的兩個電信號加至示波管的X、Y通道以控制電子束的偏移，從而獲得熒光屏上關(guān)于兩個電信號關(guān)系的顯示波形。這種模擬示波器體積大、重量輕、成本高、價(jià)格貴，并不適合于對非周期的、單次信號的測量。基于多功能DAQ卡和LabVIEW平臺開發(fā)的虛擬數(shù)字示波器，具有結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字示波器主要由軟件控制完成信號的采集、處理和顯示。系統(tǒng)軟件總體上包括數(shù)據(jù)采集、波形顯示、參數(shù)測量、及波形存儲和回放等模塊。(1) 數(shù)據(jù)采集:主要完成數(shù)據(jù)采集的控制，包括設(shè)備號、通道選擇控制、采樣速率、采樣點(diǎn)數(shù)等，另外選擇采集的波形類型。(2) 波形顯示:對采集到的波形進(jìn)行觸發(fā)控制和時基控制后再顯示波形，可以實(shí)現(xiàn)單信道顯示和雙信道顯示，以及對波形運(yùn)算后的輸出顯示，有:A、B、Aamp。B、XY模式。(3) 參數(shù)測量:完成電壓參數(shù)、頻率參數(shù)的測量功能。(4) 結(jié)果整形、打印、保存模塊:讀取已存在文件中的波形數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前的波形參數(shù)寫到文檔中，打印波形。 虛擬示波器簡介虛擬數(shù)字示波器是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式( 一串二進(jìn)制數(shù)) , 。該數(shù)字示波器的軟件是以LabVIEW開發(fā)環(huán)境為平臺，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)功能來制定一個整體框架。由一個采集開關(guān)啟動整個儀器采集過程，在采集狀態(tài)下，可以進(jìn)行參數(shù)的測量；同時，還可以進(jìn)行時基的設(shè)置、觸發(fā)通道的設(shè)置、觸發(fā)模式的設(shè)置等；對于顯示面板上的波形可以任意地進(jìn)行位置的調(diào)整、縮放；對于當(dāng)前的波形能夠保存到硬盤上或U盤上；同樣，也能把硬盤或U盤上的數(shù)據(jù)讀到顯示面板上（這是將停止數(shù)據(jù)的采集）并還能進(jìn)行參數(shù)的測量；還可以把當(dāng)前的波形打印出來。此外，應(yīng)用高效數(shù)字信號處理技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn)FFT算法，對頻域信號進(jìn)行分析。該虛擬示波器主要包括以下基本模塊：顯示信號采集模塊、通道選擇模塊、水平分度調(diào)節(jié)模塊、幅值分度調(diào)節(jié)模塊、數(shù)據(jù)保存模塊等。在對示波器主要功能了解的基礎(chǔ)上來進(jìn)行各個模塊的具體設(shè)計(jì)，并分別測量，測試通過后再把它們連接起來，構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，最后進(jìn)行整個系統(tǒng)性能的調(diào)試，直到調(diào)試結(jié)果符合要求為止。 雙通道示波器VI的主體及程序如下圖圖41和圖42所示，分別為本章所創(chuàng)建的雙通道示波器的前面板及后面板程序框圖。雙通道示波器的運(yùn)行主要是通過后面板程序框圖的幾個模塊來編程實(shí)現(xiàn)的。接下來將對這幾個主要的功能模塊要實(shí)現(xiàn)的功能和作用分別進(jìn)行介紹。圖41 雙通道示波器前面板42 雙通道示波器程序框圖 仿真信號采集模塊波形信號的輸入一般是通過數(shù)據(jù)采集卡從外界采集再傳輸?shù)接?jì)算機(jī)與主程序進(jìn)行互動，本章數(shù)據(jù)采集的是仿真信號，即在主程序中直接輸入采樣頻率、采樣數(shù)、信號頻率、信號幅值等產(chǎn)生仿真波形。信號類型選項(xiàng)控制輸入的波形類型，將采樣頻率、采樣數(shù)捆綁成簇構(gòu)成信號的采樣信息，頻率、幅值、相角作為產(chǎn)生波形的自帶參數(shù)，這些參數(shù)決定了示波器仿真信號的產(chǎn)生，與采樣信息一起構(gòu)成了仿真信號的采集模塊。 通道選擇模塊通道選擇功能塊通過調(diào)節(jié)選擇，可以表明示波器顯示哪一通道信號，可以選擇的通道信號為通道A、通道B以及通道A和通道B兩路信號同時顯示。常見的一般示波器都可以進(jìn)行單通道信號顯示或兩路通道信號顯示。通道選擇以及示波器中的信號顯示同樣是一般示波器的主要功能之一。本章在創(chuàng)建雙通道示波器進(jìn)行簡單的期間模擬時，對這部分功能進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和模擬。通道選擇功能塊通過調(diào)節(jié)選擇，可以表明示波器顯示哪一通道信號，可以選擇的通道信號為通道A、通道B以及通道A和通道B兩路信號同時顯示。常見的一般示波器都可以進(jìn)行單通道信號顯示或兩路通道信號顯示。通道選擇以及示波器中的信號顯示同樣是一般示波器的主要功能之一。本章在創(chuàng)建雙通道示波器進(jìn)行簡單的期間模擬時，對這部分功能進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和模擬。 幅值分度調(diào)節(jié)模塊通道選擇功能塊通過調(diào)節(jié)選擇，可以表明示波器顯示哪一通道信號，可以選擇的通道信號為通道A、通道B以及通道A和通道B兩路信號同時顯示。常見的一般示波器都可以進(jìn)行單通道信號顯示或兩路通道信號顯示。通道選擇以及示波器中的信號顯示同樣是一般示波器的主要功能之一。本章在創(chuàng)建雙通道示波器進(jìn)行簡單的期間模擬時，對這部分功能進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和模擬。 波形存儲、停止模塊一般的虛擬儀器示波器都有數(shù)據(jù)存儲、波形打印等模塊，這是虛擬示波器相對于傳統(tǒng)示波器的優(yōu)勢之一。本章介紹的示波器可以在波形測量結(jié)束后，將輸出的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。停止按鈕可結(jié)束示波器對信號的采集與測量，是主程序停止運(yùn)行。 雙通道示波器VI的設(shè)計(jì)過程，彈出啟動界面，選擇雙通道虛擬示波器項(xiàng)目，如圖43所示。雙擊打開該項(xiàng)目，出現(xiàn)項(xiàng)目關(guān)系，單擊“新建”按鈕或從“文件”菜單選擇“新建VI”后創(chuàng)建新的LabVIEW控件，彈出新的VI前程序框圖。圖43 此時，單擊“保存”按鈕或從“文件”菜單選擇“保存”后，輸入名稱“雙通道虛擬示波器”保存，如圖44所示。圖中左側(cè)的文檔列表中，顯示了項(xiàng)目關(guān)系圖，包括在該項(xiàng)目下的所有已經(jīng)創(chuàng)建的LabVIEW的VI項(xiàng)目名稱，以及依賴關(guān)系和程序生成規(guī)范；中間為創(chuàng)建的前程序框圖，在前程序框圖的標(biāo)題中已經(jīng)顯示所保存的文件名；在運(yùn)行界面右側(cè)，同時顯示出前面板的控件面板、工具面板和及時幫助對話框。本章在創(chuàng)建雙通道示波器的步驟中，首先進(jìn)行雙通道示波器運(yùn)行界面的設(shè)計(jì)，然后，利用LabVIEW提供的VI控件進(jìn)行程序編程部分的工作，和前面的創(chuàng)建過程有所不同。前面的設(shè)計(jì)創(chuàng)建過程首先通過程序框圖的設(shè)計(jì)之后，再進(jìn)行前面板的設(shè)計(jì)。這兩種不同的創(chuàng)建過程對一般的LabVIEW控件的創(chuàng)建過程比較常用，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。此外，在創(chuàng)建非常復(fù)雜的LabVIEW控件VI的過程中，這兩種創(chuàng)建和設(shè)計(jì)過程需要根據(jù)具體情況進(jìn)行交叉進(jìn)行，能夠完成功能比較完善、界面比較美觀的LabVIEW的VI。圖44 創(chuàng)建VI并保存后的界面 前面板的創(chuàng)建和設(shè)計(jì)在本章創(chuàng)建雙通道的設(shè)計(jì)過程中，首先對該LabVIEW的VI前界面進(jìn)行整體創(chuàng)建和設(shè)計(jì)。前界面的主要創(chuàng)建設(shè)計(jì)為：創(chuàng)建波形圖顯示控件，用于示波器的波形圖顯示；創(chuàng)建信號輸入面板，對信號類型進(jìn)行選擇；創(chuàng)建通道選擇面板，可以對示波器可以顯示的通道波形進(jìn)行選擇；創(chuàng)建定位面板，可以對示波器的水平分度和幅值分度進(jìn)行調(diào)節(jié)；創(chuàng)建程序控制面板，對示波器控件的程序功能進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。1．示波器波形圖控件的創(chuàng)建具體的示波器圖形控件創(chuàng)建步驟如下。在LabVIEW前面板，選擇波形圖控件，選擇順序?yàn)椤翱丶?jīng)典—經(jīng)典圖形－波形圖”或“新式”—“圖形”—“波形圖”。可以直接在前面板選擇，也可以在前面板單擊鼠標(biāo)右鍵，再按照以上順序進(jìn)行選擇，如圖45所示。根據(jù)基本的設(shè)計(jì)構(gòu)想創(chuàng)建簡單雙通道示波圖形的界面布局，將該波形圖控件放在LabVIEW前面板左上角。圖45波形圖控件的選擇過程示波器波形圖控件的屬性設(shè)置。在波形圖控件上，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單上選擇“屬性”彈出屬性對話框，此時，可以設(shè)置示波器波形圖控件的屬性選項(xiàng)。根據(jù)示波器波形圖控制的情況，設(shè)置相應(yīng)的屬性選項(xiàng)卡。（1）外觀選項(xiàng)卡屬性設(shè)置。外觀屬性頁設(shè)置的屬性直接和波形圖控件的外觀特性有關(guān)。設(shè)置時，取消構(gòu)選“標(biāo)簽”的“可見”、“標(biāo)題”的“可見”及“顯示圖例”復(fù)選框，從而使示波器波形圖控件的顯示更加接近真實(shí)的物理示波器面板，在添加曲線欄設(shè)置曲線為2條。設(shè)置如圖46所示。（2）顯示格式選項(xiàng)卡屬性設(shè)置。該屬性頁能夠?qū)Σㄐ螆D控件的X和Y軸的現(xiàn)實(shí)數(shù)值格式及精度進(jìn)行設(shè)置和調(diào)節(jié)。設(shè)置時，將X軸和Y軸的“數(shù)據(jù)類型”均設(shè)置為浮點(diǎn)數(shù)、“精度類型”均選擇“精度位數(shù)”、“位數(shù)”選擇3，具體如圖47所示。圖46 波形圖圖屬性外觀選項(xiàng)卡設(shè)置圖47波形圖格式與顯示格式選項(xiàng)卡設(shè)置（4）標(biāo)尺選項(xiàng)卡屬性設(shè)置。標(biāo)尺屬性頁設(shè)置的屬性對波形圖控件顯示標(biāo)簽、網(wǎng)絡(luò)線等屬性都有比較重要的影響。設(shè)置 “Y軸”標(biāo)尺選項(xiàng)卡的屬性設(shè)置，勾選“顯示標(biāo)尺標(biāo)簽”復(fù)選框。 “刻度樣式與顏色”屬性中，“主刻度”、“輔刻度”和“標(biāo)記文本”的顏色均設(shè)置為綠色?！熬W(wǎng)絡(luò)樣式與顏色”中，“主網(wǎng)絡(luò)”設(shè)置為綠色、“輔網(wǎng)絡(luò)”設(shè)置為“T”型樣式?！癤軸”的屬性設(shè)置中，“自動調(diào)整標(biāo)尺”。其他屬性的設(shè)置與“Y軸”設(shè)置相同。（5）波形圖屬性對話框的其他設(shè)置。其他設(shè)置選項(xiàng)，如游標(biāo)屬性頁的設(shè)置、說明信息屬性頁的設(shè)置以及數(shù)據(jù)綁定屬性頁的設(shè)置，這些屬性的設(shè)置在前面章節(jié)中已經(jīng)作過簡單的介紹。感興趣的讀者可以根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)的一些屬性。而對于數(shù)據(jù)幫定等屬性頁的設(shè)置，設(shè)計(jì)到比較高級的數(shù)據(jù)處理功能，可以和數(shù)據(jù)庫及其他相關(guān)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綁定的設(shè)置與顯示，本章對這些屬性暫時不予以介紹。感興趣的讀者可以按照屬性頁中的提示來完成相應(yīng)的屬性設(shè)置。圖48 波形圖曲線選項(xiàng)卡設(shè)置2．布置雙通道示波器界面的其他面板如前文所述，本章創(chuàng)建雙通道波形圖VI控件，首先創(chuàng)建該波形圖控件的外觀界面。根據(jù)外觀界面的整體布局，需要在前面板界面上，布置多個面板，用于對不同調(diào)節(jié)功能、說明功能和控件功能的調(diào)節(jié)、顯示和完成控件目的。需要布置的主要包括以下一些面板：信號采集面板（用于采集簡單雙通道示波器的仿真信號）、程序控制面板（控制簡單雙通道示波器的信息存儲和程序終止命令的執(zhí)行任務(wù)）、通道選擇面板（選擇示波器不同通道的信號，如單通道還是雙通道信號顯示）和定位面板（水平分度的調(diào)節(jié)及數(shù)值分度的調(diào)節(jié)和顯示）。（1）面板選擇和設(shè)置在實(shí)現(xiàn)時，這些面板都選擇使用“上凸盒”控件顯示，選擇“上凸盒”控件的順序?yàn)椤翱丶揎棧贤购小笨梢酝ㄟ^控件選板進(jìn)行選擇，也可以通過單擊右鍵鼠標(biāo)后再按照以上順序進(jìn)行選擇。選擇這些控件后，按照需要改變這些控件的大小，布置幾個面板。同時，再者些不同的面板上，添加“文字”標(biāo)簽，用于說明具體的面板功能。經(jīng)過以上的布局調(diào)整之后，簡單雙通道示波器的前面布局如圖49所示，結(jié)構(gòu)相對比較緊湊、比較美觀。圖49簡單的雙通道示波器界面的面板布局（1）通道選擇面板的創(chuàng)建在通道選擇面板上選擇添加“下拉列表”控件，選擇順序?yàn)椤翱丶?jīng)典—下拉列表”如圖410所示。改變所添加控件的大小和寬度，使之外觀比較適合于顯示。在選擇的下拉列表控件上單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“屬性”，修改屬性對話框中的屬性選項(xiàng)卡。在“外觀”選項(xiàng)卡中，標(biāo)簽選擇可見，標(biāo)簽名為“單通道選擇”，其他的不變?！皵?shù)據(jù)類型”“數(shù)據(jù)輸入”“顯示格式”等選項(xiàng)卡參數(shù)不用設(shè)置，在“編輯項(xiàng)”選項(xiàng)卡中，勾選有序值復(fù)選框，并分別添加三個有序值，分別為“A”，“B”，“Aamp。B”。 這3項(xiàng)分別表示，示波器只顯示通道A中的信號和只顯示通道B中的信號、同時顯示兩路通道的信號。另一控件“單雙選擇”與“單通道選擇”控件的添加類似，將控件標(biāo)簽改為“單雙選擇”，將有序值選項(xiàng)添加2個有序值，分別對應(yīng)“單通道”，“雙通道”。此控件控制雙通道示波器信號輸入的單雙通道選擇。圖410 下拉列表控件的選擇（2）信號輸入與采集面板的創(chuàng)建在信號輸入模塊，添加“枚舉”控件和“數(shù)值”控件，“枚舉”控件控制波形信號的類型，“數(shù)值”控件控制輸入信號的頻率與幅值參數(shù)。選擇“控件—經(jīng)典—經(jīng)典下拉列表及枚舉—枚舉”添加枚舉控件。右鍵單擊該控件選擇“屬性”對該控件的選項(xiàng)卡進(jìn)行設(shè)置。在“外觀”選項(xiàng)卡中，標(biāo)簽“可見”復(fù)選框不選，選擇標(biāo)題“可見”復(fù)選框，標(biāo)題名輸入“A信號類型”，“顯示格式”選項(xiàng)卡選擇“十進(jìn)制”格式，“編輯項(xiàng)”選項(xiàng)卡添加4個選項(xiàng)，分別為“Sine Wave”、“Triangle Wave”、“Square Wave”、“Sawtooth Wave”。同樣，另一控件“B信號類型”與“A信號類型”的創(chuàng)建類似。選擇“新式—數(shù)值—數(shù)值輸入控件”，右鍵單擊“屬性”進(jìn)行設(shè)置，標(biāo)簽選擇不可見，勾選標(biāo)題“可見”復(fù)選框，輸入標(biāo)題名為“頻率”，“顯示格式”選項(xiàng)卡選擇“自動格式”，精度為“有效數(shù)字”，位數(shù)為“6”。如圖411所示為該控件的屬性設(shè)置，接下來的“幅值”控件設(shè)置以及B信號的兩個頻率與幅值控件的添加都與上面的添加方法相同，這里不再贅述。采樣信息模塊的選擇，選擇“新式—數(shù)組矩陣與簇—簇”添加簇控件，然后在簇控件里面添加兩個數(shù)值輸入控件。右鍵單擊“簇”屬性，在“外觀”選項(xiàng)卡中將簇的標(biāo)簽名改為“A采樣屬性”。“簇”中兩個數(shù)值輸入控件的“外觀”選項(xiàng)卡中標(biāo)簽名分別為“Fs”和“采樣數(shù)”，數(shù)據(jù)類型選擇“雙精度”，顯示格式選擇“SI符號”，精度位數(shù)為2位，精度類型為有效數(shù)字。圖411 數(shù)值控件的屬性設(shè)置（3）水平時間分度旋鈕“Time Base”的屬性設(shè)置。在水平幅度調(diào)節(jié)面板上添加兩個經(jīng)典的數(shù)值旋鈕控件，該數(shù)值旋鈕的選擇過程如圖412所示，將兩個數(shù)值旋鈕作為A與B通道時分別對應(yīng)的水平分度調(diào)節(jié)旋鈕。以下將分別具體對這個值旋鈕進(jìn)行設(shè)置。在該旋鈕上單擊鼠標(biāo)右鍵，從彈出的快捷菜單中選擇“屬性”，在彈出的“屬性”對話中，進(jìn)行屬性設(shè)置。 第一步：“外觀”選項(xiàng)卡中，勾選“標(biāo)題”中的“可見”復(fù)選框，填入文本“Time Base”修改并設(shè)置“指針1”的屬性，勾選“鎖定在最小值和最大值之間”和“顯示當(dāng)前值提