【導(dǎo)讀】子儀器，是現(xiàn)代電工電子測量儀器的發(fā)展方向。虛擬儀器主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)。分析處理、數(shù)據(jù)輸出與顯示三部分模塊組成。本文主要介紹雙通道虛擬示波器的設(shè)計(jì)。這種儀器是基于被命名為LABVIEW. 量錄音、打印數(shù)據(jù)和在線傳輸?shù)榷喾N功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示這種儀器擁有以下優(yōu)勢，

　　

【正文】 號(hào)的兩個(gè)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(gè)數(shù)值輸入控件。右鍵單擊“簇”屬性，在“ 外觀”選項(xiàng)卡安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 28 中將簇的標(biāo)簽名改為“ A 采樣屬性”?！按亍敝袃蓚€(gè)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(hào)”，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(shí)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(gè)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(gè)數(shù)值旋鈕作為 A 與 B 通道時(shí)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(gè)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)前值提示框”復(fù)選框。 第二步：“數(shù)據(jù)輸入”選項(xiàng)卡中，勾選“使用默認(rèn)值范圍”復(fù)選框。設(shè)置數(shù)表示法時(shí)，單擊“數(shù)據(jù)類型”按鈕，從彈出的選項(xiàng)中，選擇“無符號(hào)長整型”類型 U32。 安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 29 第三步：“標(biāo)尺”選項(xiàng)卡中，在“標(biāo)尺樣式”中選擇第一種類型的標(biāo)尺樣式， 將“刻度范圍 ”的最小值和最大值分別設(shè)定為 0和 2。 第四步：“顯示格式”選項(xiàng)卡中，選中“高級(jí)編輯模式”單選鈕。在該選項(xiàng)卡上部的下拉列表中，選擇“標(biāo)尺”，設(shè)置標(biāo)尺的屬性。在格式字符串文本框中輸入格式化字符串“％ d”表示數(shù)值旋鈕按照整數(shù)形式來顯示和表示。在該選項(xiàng)卡下部的下拉列表中，選擇“數(shù)值格式代碼”選項(xiàng)，并選中“浮點(diǎn)表示”選項(xiàng)。 第五步：“文本標(biāo)簽”選項(xiàng)卡中，勾選“有序值”復(fù)選框。單擊右邊的“ Insert”添加按鈕，即添加按鈕上的文本標(biāo)簽。在左側(cè)的列表中，依次輸入“ ”、“ s/div”和“ s/div”，表示波形圖水平方向每分格所代表的時(shí)間大小。 圖 412 數(shù)值旋鈕控件的添加 (4)幅值分度旋鈕“ Volts/Div”的屬性設(shè)置。 在幅值分度調(diào)節(jié)面板上添加兩個(gè)經(jīng)典的數(shù)值旋鈕控件，將兩個(gè)數(shù)值旋鈕作為A 與 B 通道時(shí)分別對應(yīng)的豎直分度調(diào)節(jié)旋鈕。以下將分別具體對這個(gè)值旋鈕進(jìn)行設(shè)置。 幅值分度旋鈕和水平時(shí)間分度旋鈕一樣，都使用數(shù)值旋鈕，具體的屬性頁面的設(shè)置方法也都相同。在該旋鈕上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中，選擇“屬安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 30 性”。在彈出的屬性對話框中對“屬性”的各個(gè)選項(xiàng)卡進(jìn)行設(shè)置。 第一步：“外觀”選項(xiàng)卡中，勾選“標(biāo)題”的“可見”復(fù)選框并填入文本“ Volts/Div”。其余設(shè)置與水平時(shí)間分度旋鈕的“外觀”屬性設(shè)置相同。 第二步：“數(shù)據(jù)輸入”選項(xiàng)卡的設(shè)置與水平分度旋鈕的“數(shù)據(jù)輸入”設(shè)置相同。 第三步：“標(biāo)尺”和“顯示格式”屬性設(shè)置也可以參照水平時(shí)間分度旋鈕的設(shè)置。 第四步：“文本標(biāo)簽”選項(xiàng)卡中，同樣勾選“有序值”復(fù)選框。單擊“ Insert” 添加按鈕，在左側(cè)的列表中出現(xiàn)需要添加的數(shù)值。在豎直幅度分度的設(shè)置中，可以依次輸入“ ”、“ 1V/div”和“ 2V/div”。在程序設(shè)置過程中，調(diào)節(jié)不同分度可以顯示不同的幅值。 通過以上的對水平分度旋鈕屬性和豎直幅值分度旋鈕屬性的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)對示波器波形顯示的水平方向和豎直方向顯示的調(diào)節(jié)。圖 413 為設(shè)置后的定位面板。 圖 413 水平分度與幅值分度調(diào)節(jié)面板 (4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與 停止面板的創(chuàng)建 作為以虛擬儀器為基礎(chǔ)創(chuàng)建的雙通道示波器，可以在對信號(hào)進(jìn)行測量后對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，這是虛擬儀器相對于傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢之一。在前面板添加一個(gè)下拉列表控件和一個(gè)布爾開關(guān)控件，這些控件的選擇與前面選擇方式相同。屬性設(shè)置中只需將文本標(biāo)簽和標(biāo)題按照前面板的顯示名稱更改即可。停止按鈕則直接在布爾控件里選擇停止控件。 各模塊功能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì) 通道選擇功能可以實(shí)現(xiàn)在波形器波形圖上顯示不同通道的波形，可以實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)同時(shí)顯示以及兩個(gè)通道單獨(dú)顯示。實(shí)現(xiàn)大體程序框圖如圖 414 所示。通道選擇開關(guān)作為 caseswitch 的選擇判斷，在選擇判斷 case,中，根據(jù)不同的通道選擇選擇不同的輸出傳入波形圖顯示界面。在單雙選擇通道中，可以根據(jù)不同的安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 31 情況選擇示波器是單通道輸入好是雙通道輸入，利用條件結(jié)構(gòu)分別設(shè)置這兩種情況。 圖 414 通道選擇功能的程序框圖 在虛擬雙通道示波器中，信號(hào)的產(chǎn)生是由數(shù)據(jù)采集卡采集后傳入計(jì)算機(jī)再輸入雙通道示波器程序而實(shí)現(xiàn)的，本章所設(shè)計(jì)的信號(hào)則是模擬的仿真信號(hào)，在設(shè)置一些參數(shù)后由系統(tǒng)產(chǎn)生模擬輸入信號(hào)， 在通過通道選擇輸出波形。在模擬信號(hào)的參數(shù)設(shè)置中，主要有信號(hào)的頻率、幅值、相角、采樣信息等，采樣信息包括采樣頻率和采樣數(shù)。我們將這些仿真信號(hào)的參數(shù)直接設(shè)置，使之成為默認(rèn)數(shù)值，然后產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。信號(hào)產(chǎn)生的程序框圖如圖 415 所示。 3. 水平分度調(diào)節(jié)處理功能塊 水平分度調(diào)節(jié)功能塊處理后所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息作為波形圖控件的水平分度范圍的設(shè)置數(shù)值。在具體實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能塊的時(shí)候，首先將選擇的水平分度旋鈕的選擇數(shù)值作為 caseswitch 的分支選擇條件（在本章中使用 3 個(gè)離散數(shù)作為調(diào)節(jié)安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 32 數(shù)值）；再根據(jù)不同的選擇條件，再功能塊 中捆綁不同的數(shù)據(jù)構(gòu)成簇，將該簇作為波形圖控件屬性節(jié)點(diǎn)的水平分度范圍屬性的設(shè)定值。分別在不同的通道中設(shè)置不同的水平調(diào)節(jié)塊來對應(yīng)不同通道信號(hào)的調(diào)節(jié)。圖 416 為水平分度調(diào)節(jié)處理功能塊的程序框圖。 圖 415 通道信號(hào)輸入功能的程序框圖 圖 416 水平分度調(diào)節(jié)功能的程序框圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 33 4. 豎直幅值分度調(diào)節(jié)處理功能塊 如圖 417 所示為豎直幅值分度調(diào)節(jié)功能塊的程序框圖。同樣，在程序功能的處理過程中，將數(shù)值旋鈕選擇的幅值分度數(shù)值作為程序塊中的 caseswitch 選擇條件，根據(jù)不同的選擇條件， caseswitch 選擇功能塊用不同的數(shù)據(jù)捆綁成簇，作為波形圖屬性引用節(jié)點(diǎn)的豎直分度范圍屬性的設(shè)定值。捆綁成簇的幾個(gè)數(shù)據(jù)代表的意義分別為：輸入信號(hào)的豎直分度的最小值、最大值、增量、次增量和起始值。 圖 417 豎直幅值分度調(diào)節(jié)功能的程序框圖 圖 418 為波形存儲(chǔ)功能的程序框圖，能夠?qū)y量的波形選擇進(jìn)行存儲(chǔ)。該功能主要是通過兩個(gè)條件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，外層條件結(jié)構(gòu)控制是否保存，內(nèi)層條件結(jié)構(gòu)決定波形保存的形式，分別是“保存為文本”和“保存為波形文件”。波形存儲(chǔ)功能屬于對示波器功能的繼續(xù)完善，如果需 要，還可以繼續(xù)在該模塊上添加一些相關(guān)的功能，例如波形顯示、波形回放、數(shù)據(jù)打印等功能。 圖 418 波形存儲(chǔ)功能的程序框圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 34 5 波形仿真 部分 仿真部分簡介 本虛擬示波器的設(shè)計(jì)一是參閱通用的雙通道臺(tái)式數(shù)字存儲(chǔ)示波器的功能，并月在儀器分析上有所擴(kuò)展。儀器的主要功能包括波形顯示、 波形調(diào)節(jié) 、波形存儲(chǔ)等。以 PC 機(jī)為平臺(tái)將設(shè)計(jì)好的虛擬信號(hào)發(fā)生器與虛擬示波器相連接。用虛擬信號(hào)發(fā)生器來產(chǎn)生不同頻率和幅值的波形，通過虛擬示波器來顯示、測量、處理和分析這些波形，來檢測虛擬示波器的性能 。 實(shí)際上的虛擬示波器也應(yīng)做到軟 件與硬件的連接，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集外界信號(hào)，再通過傳感器、單片機(jī)、串口連接程序等連接與 PC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，但限于現(xiàn)實(shí)條件無法獲得足夠的硬件，所以在此我們用示波器測量的是仿真信號(hào)，利用函數(shù)發(fā)生器模擬產(chǎn)生輸入信號(hào)，再利用我們編好的雙通道虛擬示波器對輸入信號(hào)進(jìn)行測量、顯示，基本上能達(dá)到預(yù)期效果。 仿真波形參數(shù)設(shè)置 要使雙通到示波器能夠正確的顯示所輸入的信號(hào)，我們應(yīng)當(dāng)對輸入信號(hào)的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使示波器最后能夠正常的顯示所輸入的波形信號(hào)，并且能夠?qū)Σㄐ涡盘?hào)進(jìn)行測量、調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)等。 首先，在波形類型選項(xiàng)，有 A、 B 兩個(gè)通道可以選擇波形類型，波形類型有四種波形可供選擇，有正弦波、方波、三角波以及鋸齒波。本次模擬可選擇 A通道輸入正弦波， B 通道輸入方波。波形其他參數(shù)的設(shè)置方便， A 通道正弦波的頻率設(shè)為 20Hz，幅值為 5，相角可設(shè)置為 0； B 通道方波的頻率設(shè)為 50Hz，幅值為 3，相角也設(shè)置為 0。這些模擬輸入的參數(shù)可設(shè)置為默認(rèn)值，在程序運(yùn)行時(shí)即可直接模擬輸入這些信號(hào)，當(dāng)然也可以對這些信號(hào)的參數(shù)進(jìn)行具體的調(diào)節(jié)。為了排版的需要，相角輸入模塊在程序中設(shè)為隱藏。 采樣屬性模塊， A、 B 通道采樣屬性設(shè)為一樣，采樣頻率設(shè)為 ，采 樣數(shù)設(shè)為 1000。實(shí)際仿真效果顯示，以上參數(shù)的設(shè)置能夠滿足雙通道虛擬示波器對仿真信號(hào)的測量，達(dá)到了仿真效果。 仿真波形效果圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 35 A通道波形圖 B通道波形圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 36 Aamp。B通道波形圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 37 結(jié)論 經(jīng)過四年的學(xué)習(xí)生活，我們也到了即將畢業(yè)的時(shí)刻，在這最后一個(gè)學(xué)期中，我們在指導(dǎo)老師的諄諄教導(dǎo)下完成了我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在這次設(shè)計(jì)的過程中，我們遇到過不少困難與挫折，甚至在一開始對設(shè)計(jì)的軟件都不是很了解，但是，在不斷搜索資料、詢問老師，最終還是順利的完成了程序及論文。我們在這個(gè)過程中 都溫習(xí)了大學(xué)中學(xué)到的知識(shí)，鞏固和復(fù)習(xí)了以前在課本上學(xué)到的一些理論，在此同時(shí)，我們也學(xué)習(xí)到了課本之外的一些知識(shí)。對于我而言，我覺得這次設(shè)計(jì)對我的自主學(xué)習(xí)能力和搜索資料的能力都有所幫助，讓我能夠更好的去完成和實(shí)踐我的程序。 在這次雙通道示波器的設(shè)計(jì)中，我順利的編寫完了主體程序，也在老師和互聯(lián)網(wǎng)的幫助下對程序進(jìn)行了一定的完善。在程序編寫過程中，使用了分支選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)等變成邏輯結(jié)構(gòu)以及常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如簇、捆綁成簇等數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)；同時(shí)還用到了波形產(chǎn)生控件（正弦波、方波、三角波、鋸齒波）、布爾邏輯控件、旋鈕控件 、數(shù)值控件等多個(gè) LABVIEW 控件。通過對這些 LabVIEW 編程結(jié)構(gòu)和常用控件的使用，可以使我們更好地掌握 LabVIEW 編程方法和技術(shù)。在的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，我們還可以加入其他信號(hào)生成和信號(hào)處理過程，進(jìn)一步深化模擬過程，從而更好地進(jìn)行模擬、測量和仿真，進(jìn)一步完善雙通道示波器的功能。在雙通道示波器運(yùn)行過程中，可以進(jìn)行相應(yīng)功能的調(diào)節(jié)和信號(hào)調(diào)節(jié)和測試。 由于時(shí)間倉促以及本人能力有限，設(shè)計(jì)完成的程序還有待進(jìn)一步調(diào)試和改進(jìn)，程序的一些功能和模塊還得繼續(xù)添加和完善，不足之處還望多多包容。 安徽理工大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 38 附錄 C語 言程序： /************************* 程序功能說明 ************************************** * Labview 與單片機(jī)的綜合控制實(shí)驗(yàn) * * 1/ 多任務(wù)串口調(diào)度 * 2/ 任務(wù)就緒搶占模式 即串口命令的任務(wù)立即執(zhí)行。 * 3/ 通過多個(gè)標(biāo)志位進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度與協(xié)調(diào) * 4/ 串口中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置位 PS=1 *****************************************************************