【導(dǎo)讀】在數(shù)據(jù)采集、實時分析與處理、顯示與存儲等方面，基于計算機的虛擬儀器技術(shù)比傳統(tǒng)儀器有著明顯的優(yōu)勢。擬儀器的發(fā)展已是大勢所趨。美國NI公司率先發(fā)起對虛擬儀器的研。究與開發(fā)，建立了LabVIEW軟件開發(fā)平臺。以計算機為輔助的虛擬儀。性化的方向發(fā)展。儲與讀取等功能，程序調(diào)試、演示設(shè)計結(jié)果，分析系統(tǒng)性能。

　　

【正文】 圖 58(b)所示。 29 圖 58(b) 時域分析及參數(shù)測量程序面板 頻譜分析模塊 單獨對信號進行時域分析有時候不能反映信號的全部特征，因此需要對信號頻域分析。信號的頻域分析是對信號按頻率進行分析，頻域分析的關(guān)鍵是對數(shù)據(jù)進行 相 關(guān)的變換。 LabVEW 的頻域分析模板提供了豐富的信號頻域分析節(jié)點供 設(shè)計者使用，如 傅里葉變換、功率譜分析 、聯(lián)合時頻分析、諧波分析等。本設(shè)計 調(diào)用了實數(shù) 快速傅立葉變換(FFT)作為信號頻譜分析的 子 VI。 (1)輸入波形 頻譜分析 模塊前面板如圖 49(a)所示，該面板主要有 3個波形顯示控件用來顯示原 始信號波形、頻域相角及頻域幅值。 一個布爾控件，用來控制 該面板的開始。 30 圖 59(a) 頻譜分析 模塊前面板 (2) 輸入波形的 頻譜分析 模塊程序面板如圖 59(b)所示 圖 59(b) 頻譜分析 模塊程序面板 波形存儲和回放 傳統(tǒng)的示波器的數(shù)據(jù)一般無波形存儲功能，而本設(shè)計的 虛擬示 波器使用的軟盤或硬盤對波形及相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行存儲，數(shù)據(jù)不易丟失且攜帶方便，實現(xiàn)了波形和數(shù)據(jù)的保存和讀取，對波形的事后分析有很大的意義。本設(shè)計中的波形存儲與讀取模塊中，按鍵“存儲”控制是否進行波形和 數(shù)據(jù)存儲，當(dāng)按下存儲時將會將 LabVIE 中的數(shù)據(jù)流存儲在 Excel 表格中； 按鍵“讀取”控制是否從數(shù)據(jù) 表格 文件中讀取波形和數(shù)據(jù)。枚舉型輸入控件用來選擇典型輸入波形，兩個文件名輸入 31 框，提供存儲和讀取波形和數(shù)據(jù)的路徑。從軟盤或硬盤上讀取的數(shù)據(jù)同實時采集的數(shù)據(jù)一樣，能夠進行參數(shù)測量、顯示波形以及波形打印等相應(yīng)的操作。 (1)波形存儲和讀取模塊的前面板設(shè)計如圖 510(a)所示。 圖 510(a) 波形存儲和讀取模塊的前面板 (2)波形存儲和讀取模塊的程序框圖設(shè)計如圖 410(b)所示。 圖 510(b)波形存儲和讀取模塊的程序框圖 32 程序調(diào)試 程序調(diào)試就是要快速定位問題之所， LabVIEW 中探針和斷點時最常用的兩個工具。具體 程序 調(diào)試 方法 如下 ： (1)查看錯誤列表 點擊單步運行按鈕， 若 子 VI 程序 中 存在 連接松弛或者 語法錯誤，該 運行按鈕變成一個折斷的箭頭， 說明 程序不能被執(zhí)行 。 單擊單步運行按鈕 ，彈出錯誤清單，點擊 清單中的 的錯誤，錯 誤 的對象或端口 將會變成高亮 即可查找出錯誤所在 。 (2)程序 高亮 執(zhí)行 單擊 的工具條上燈泡 型 的按鈕 后該按鈕閃爍 ，再點擊運行按鈕，此時 程序以較慢的速度運行，執(zhí)行后的代碼高亮顯示， 未被 執(zhí)行的代碼灰色顯示。 使用戶能夠清晰的直觀的觀察 數(shù)據(jù)流動狀態(tài) ， 跟蹤程序的執(zhí)行。 (3)探針 LabVIEW 的探針是用來查看后面板程序框圖上的某線處數(shù)值的。因此只要在連線中設(shè)置探針，就可以 查看 數(shù)據(jù)流 流經(jīng)某一根連接線時的數(shù)據(jù)值。 (4)斷點與單步執(zhí)行 斷點指的是在程序中設(shè)置的中止點，程 序運行到斷點處將暫停。使用斷點工具 可以一步一步執(zhí)行程序 查看數(shù)據(jù) 。 33 虛擬示波器數(shù)據(jù)顯示 (1)單通道或者雙通道波形顯示，如圖 61(a)、 61(b)、 62(c)所示，在通道控制面板上， 滑動桿滑動，分別依次打開 通道 1， 通道 2， 通道 1 和通道 2，然后選擇要產(chǎn)生的 波形 信號；再通過調(diào)節(jié) 參數(shù)通道控制中調(diào)節(jié)幅值、頻率和相角 的按鈕產(chǎn)生相應(yīng)的信號波形。 圖 61(a)通道 1 顯示正弦波 圖 61(b)通道 2 顯示鋸齒波 34 圖 61(c)通道 1 顯示正弦波 ， 通道 2 顯示方 波 (2)選定示波器主界面的通道 1(或者通道 2)，選擇任意波形， 打開選項卡中“濾波處理模塊”，然后單擊 “濾波 ”按鈕， 以通道 1，正弦信號為例， 正弦波信號 與高斯白噪聲疊加之后，通過 FIR 加窗濾波器，通過 先經(jīng)過 低通濾波 ，在分別經(jīng)過 高 通濾波 和帶通濾波比較可得，通過低通濾波和帶通濾波 能夠濾除噪聲信號達到很好的濾波效果，基本上實現(xiàn)了輸入正弦波形的再現(xiàn)。 運行結(jié)果如圖 62(a)、 62(b)所示， 圖 62(a)低通濾波和高通濾波 35 圖 62(b)低通濾波和帶通濾波 (3) 打開選項卡中 “時域分析 及參數(shù)測量 ” 模塊 ， 再單擊 “ 時域分析 ” 按鈕 ，運行結(jié)果如圖 63 所示。輸入的正弦波與噪聲信號疊加波形以及作自相關(guān)運算之后的波形顯示可知該波形時周期信號。同時顯示了正弦波的參數(shù)，如直流分量、交流分量、 直流平均值、反峰、正峰、峰峰值、均方根、頻率、周期、占空比等參數(shù)，其中 圖 63 時域分析及參數(shù)測量 (4) 打開選項卡中“頻域分析”模塊，單擊 “頻域分析”按鈕 ，運行結(jié)果如圖 64 所示，經(jīng)過 實數(shù) 快速傅立葉變換 (FFT)對 信號頻譜分析 ，幅值和相角按照頻率顯示；能夠看到不同頻率段信號的波形的幅值和相角，根據(jù) 需要可以選擇濾波器對信號進行處 理濾除不需要的信 36 號，得到較為純凈的信號。 圖 64 頻域分析模塊波形顯示 (5) 打開選項卡中 “波形的存儲和讀取” 模塊 ， 單擊“開始”按鈕， 選擇 “ 波形存儲路徑 ” ， 彈出對話框，擇已建立的 Excel 表格進行數(shù)據(jù)存儲 ，如圖 65(a)所示 ； 單擊數(shù)“存儲”按鈕 ， 進行數(shù)據(jù)存儲，等待一段時間， 如圖 65(b)所示 。單擊“讀取按鈕 ”，彈出對話框，選擇數(shù)據(jù)存儲的路徑 , 如圖 65(c)所示 ,單擊確認， 波形即可顯示，如圖65(d)所示 圖 65(a)選擇存儲路徑 37 圖 65(b)波形數(shù)據(jù)存儲 圖 65(c)選擇讀取路徑 圖 65(a) 波形的讀取 噪聲干擾的防止方法 工業(yè)測量的數(shù)據(jù)通常都會包含著著噪聲信號，噪聲 干擾的存在 38 影響測量的準(zhǔn)確度， 甚至致 使系統(tǒng)無法正 常運行 。 因此 對抗干擾的研究是 提高 測量技術(shù) 有重要意義 。電磁干擾是電子設(shè)備 噪聲干擾 中的主要干擾形式。一般解決方法 如下所示 ： (1)布置 信號線時，要將信號 線 與電源線分離。 (2)當(dāng)在電磁噪聲強度高 的 環(huán)境下 ，選擇 雙絞線來屏蔽噪聲 干擾信號 。 (3)信號采集結(jié)束后 設(shè)計適合的低通濾波器濾 除 高頻干擾 信號 。 (4)采用合適的隔離技術(shù)將干擾源與測試系統(tǒng)隔 離開來。常見的隔離技術(shù)有光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離、 7 總結(jié) 與展望 總結(jié) 本文關(guān)于虛擬示波器的設(shè)計是參閱雙蹤示波器的功能設(shè)計的， 整個程序的設(shè)計 充分發(fā)揮了微機強大的功能和 LabVIEW 軟件設(shè)計的靈活性 ，采用模塊化的設(shè)計思想，再將各子模塊按照一定的邏輯關(guān)系組合起來，構(gòu)成 完整的虛擬示波器。 本設(shè)計完成的任務(wù)如下所示： (1)本文完成了用戶登錄系統(tǒng)的設(shè)計，用戶的重要數(shù)據(jù)起到一定的保護作用 (2)利用 LabVIEW 提供的控件及函數(shù)完成了虛擬示波器的界面設(shè)計，能夠完成通道的選擇，模擬典型信號發(fā)生器作為輸入信 號，顯示、 39 濾波處理、時域和頻域分析、波形的存儲和讀取等功能。 (3)通過兩個月的論文設(shè)計，從自行學(xué)習(xí) LabVIEW 軟件基本選板的運用以及簡單的程序設(shè)計到完成畢業(yè)論文，當(dāng)然這個過程中遇到很多問題，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下都逐一得到解決。使得我對你能夠更深的掌握 LabVIEW 軟件基本運用方法和設(shè)計技巧，如 while 循環(huán)、 for 循環(huán)、條件結(jié)構(gòu)循環(huán)的用法，程序調(diào)試的方法等。 本 設(shè)計中 的不足及后續(xù)工作 (1)由于沒有數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)采集所涉及的硬件設(shè)備對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只是用 使用 LabVIEW 中信號發(fā)生器設(shè)置其參數(shù)模 擬信號的輸入。 (2)由于個人能力不足，在波形存儲時候只能完成波形的存儲和回放，但是未能夠?qū)M軸數(shù)據(jù)與縱軸數(shù)據(jù)對應(yīng)保存在 Excel 表格中。 (3)在數(shù)據(jù)分析處理時候應(yīng)該進行 高級分析與實時處理功能 ， 如：小波分析，回歸分析，統(tǒng)計分析等， 增強 測試實用價值。 (4)增強網(wǎng)絡(luò)化測試功能。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，資源已經(jīng) 能夠 得到共享和充分利用。 若能夠 運用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 將 一臺帶有儀器硬件的計算機作為測試服務(wù)器，向其他聯(lián)網(wǎng)的計算機提供測試服務(wù)， 就能 實現(xiàn)遠程控制與測試， 這樣就可以使測量儀器成本大大降低，給用戶帶來更大的利益和便利 。 展望 虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過十 余載 的發(fā)展，正 朝 著總線與驅(qū)動程序的標(biāo)準(zhǔn) 40 化、硬 /軟件的模塊化 、智能化的 方向發(fā)展。 計算機虛擬示波器的成本低，功能全，可擴充性強，較適合應(yīng)用于工業(yè)測試和工業(yè)自動化及汽車、輪船、水力和醫(yī)療等領(lǐng)域。 不久的將來虛擬 儀器 的 應(yīng)用 必將 更為 廣泛， 逐漸取代 傳統(tǒng)儀器主導(dǎo)地位。 一臺有安裝虛擬儀器軟件的標(biāo)準(zhǔn)微機，從根本上改變目前專用儀器的研制和生產(chǎn)方式，具有更為廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在經(jīng)濟效益。 虛擬示波器的開發(fā)和研究將會獲得卓越的成果 。 41 參考文獻 [1]王福明，于麗霞 ，劉吉，丁博，《 LabVIEW 程序設(shè)計 與虛擬儀器 》 ，陜西，西安電子科技大學(xué)出版社， 2020 年，前言 [2]江建軍，孫彪，《 LabVIEW 程序設(shè)計 教程 》 ，北京，電子工業(yè)出版社， 第 2 版 ,2020年， P1 [3]徐曉東，鄭對元，肖武， 《 常用功能與編程實例精講》，北京，電子工業(yè)出版社 ,2020 年， P2 [4]王斌 ，《基于虛擬 儀器的電子學(xué)實驗教學(xué)平臺的設(shè)計 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