【正文】 本文作者：遲速逸二零一一年 五月參考文獻[1] [J].現(xiàn)代雷達，2007[2] .[J]清華大學(xué)出版社，2008[3] ．基于LabVIEW 的虛擬示波器的設(shè)計與應(yīng)用［J］．江南大學(xué)學(xué)報,2006[4] 張愛平．LabVIEW 入門與虛擬儀器［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2004[5] ．虛擬儀器概述［J］．電子技術(shù)，2000[6] ，姚勇濤。在整個課題研究過程中，導(dǎo)師給予作者學(xué)習(xí)上很大的支持和幫助，她敏銳、開拓的思想，嚴(yán)謹(jǐn)、扎實的作風(fēng)，淵博、精深的知識令筆者受益匪淺，她還在生活上對作者關(guān)心倍至。虛擬儀器最大的優(yōu)勢是可以任意調(diào)節(jié)各個器件程序的參數(shù)，這樣就使生產(chǎn)廠家大大降低了風(fēng)險，可以在大批量生產(chǎn)某種產(chǎn)品之前，進行多次調(diào)試，做到零風(fēng)險。下面對以上步驟做一下總結(jié)：：查閱了大量文獻書籍以及網(wǎng)絡(luò)上的資料，通過比較，最終確定外圍硬件電路的設(shè)計，主要完成了信號調(diào)理電路、 數(shù)據(jù)采樣電路和 PCI總線接口電路的設(shè)計。圖51 圖52 隨意調(diào)節(jié)波形信號的任何參數(shù)，可以看到波形的變化，可見調(diào)試結(jié)果很成功。將前面板上兩個通道的開關(guān)按鈕打開（變?yōu)榫G色），用鼠標(biāo)調(diào)節(jié)兩個通道信號的頻率和幅值，此時可以看到波形圖上有波形顯示，調(diào)節(jié)偏移量滑動桿，可以看到波形的便宜變化，同時可以看到兩個波形的峰峰值的測量數(shù)值顯示。點擊函數(shù)選板中的“編程”→“結(jié)構(gòu)”→“While循環(huán)”。如圖49所示。將兩個幅值和電平測量的下拉菜單拉至“峰峰值”。如圖46所示。 對后面板的設(shè)計（1） 點擊“程序框圖”對話框，我們可以看到剛才在前面板中添加的控件的圖形化代碼，先將他們調(diào)整至合適位置。用這個按鈕來控制循環(huán)的停止，同時控制調(diào)試的結(jié)束。在滑動桿上點擊右鍵，“屬性”欄中的“標(biāo)尺”，將“最小值”改為 10。用兩個幅值旋鈕來調(diào)節(jié)波形的幅值，用兩個頻率的旋鈕來調(diào)節(jié)波形的頻率。如圖42所示。下面對本設(shè)計的軟件設(shè)計部分做詳細說明?！CI總線接口電路 總線接口電路采用 P LX公司的專用芯片完成 PCI總線的接口轉(zhuǎn)換 ,而且 PCI總線與微處理器無關(guān)的特性 ,使之可在符合 PCI規(guī)范的各種微機中進行硬件移植 ,以滿足各種不同的需要。在時序控制電路中 ,時序的正確與否直接影響采樣電路能否正常工作。如我們可以選用 AD9058A/ D轉(zhuǎn)換器和 CY 7C128A 靜態(tài)存儲器。另外 ,A/ D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多 ,分辯率越高 ,可區(qū)分的電壓就越小。 圖 33 數(shù)據(jù)采集硬件與很多因素相關(guān) ,這里先介紹采樣頻率、 分辯率等通用的特性。 觸發(fā)電路是將不同參數(shù)的信號轉(zhuǎn)換為幅度固定的觸發(fā)矩形脈沖 ,用矩形波的邊沿觸發(fā)邏輯控制電路的工作。該電路可由運放組成的跟隨器來完成 ,它將高阻的輸入信號變?yōu)榈妥栎敵?,從而去驅(qū)動具有低輸入阻抗的放大電路。圖32 為信號調(diào)理電路結(jié)構(gòu)圖。　虛擬示波器的硬件組成 虛擬示波器的儀器硬件主要由計算機接口電路、 高速數(shù)據(jù)采樣電路、 采樣觸發(fā)電路以及模擬信號調(diào)理電路等組成。就是說 ,儀器功能的實現(xiàn)在很大程度上取決于應(yīng)用軟件功能的設(shè)計。圖31為虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)成框圖。目前通常采用的方法是在計算機上插入數(shù)據(jù)采集卡 ,用軟件在屏幕上生成儀器面板 ,用軟件進行信號分析處理等。第3章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計 虛擬儀器系統(tǒng)是由計算機、 硬件平臺和應(yīng)用軟件組成的。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率?！　? 圖形化的程序語言，又稱為 “G” 語言。LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、VXI、RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。 與 C 和 BASIC 一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。另一方面，數(shù)字存儲和數(shù)字熒光示波器卻能夠處理50到100伏特的輸入。 然而，采樣示波器帶寬的增加帶來的負面影響是動態(tài)范圍的限制。連續(xù)等效時間采樣示波器能達到50GHZ的帶寬。圖26 對那些需要最好的通用設(shè)計和故障檢測工具以適合大范圍應(yīng)用的人來說，DPO是一個理想工具。利用DPO，可以比較由不同觸發(fā)器產(chǎn)生的波形之間的異同，例如，比較某波形與第們口號觸發(fā)器產(chǎn)生波形的區(qū)別。當(dāng)波形涉及到該單元，單元內(nèi)部就加入亮度信息；沒有涉及到則不加入。DPO微處理器與集成的捕獲系統(tǒng)一道并行工作，完成顯示管理、自動測量和設(shè)備調(diào)節(jié)控制工作，同時，又不影響示波器的捕獲速度. DPO如實地仿真模擬示波器最好的顯示屬性，并在三維顯示信號：時間、幅度和以時間為參變量的幅度變化，三者都是實時的口模擬示波器依靠化學(xué)熒光物質(zhì)，與此不同，DPO使用完全的電子數(shù)字熒光，其實質(zhì)是不斷更新的數(shù)據(jù)庫。每1/30秒，這大約是人類眼睛能夠覺察到的最快速度，存儲到數(shù)據(jù)庫中的信號圖象直接送到顯示系統(tǒng)。如果只是依靠顯示更新速率，就確認(rèn)示波器能采集到波形的所有相關(guān)信息，那么是很容易犯錯誤的，因為，實際上示波器并沒有作到。在這段時間內(nèi)，儀器處理最近捕獲的數(shù)據(jù)，重置系統(tǒng)，等待下一觸發(fā)事件的發(fā)生。隨后將對該并行處理體系結(jié)構(gòu)進行闡述。DPO的體系結(jié)構(gòu)使之能提供獨特的捕獲和顯示能力，加速重構(gòu)信號。DSO提供高性能處理單脈沖信號和多通道的能力（參看圖24）。信號通過顯存，最后顯示到示波器屏幕中。波形點共同組成一條波形記錄。水平系統(tǒng)的采樣時鐘訣定ADC采樣的頻度。隨后將對串行處理體系作講解。即使信號已經(jīng)消失，仍能夠顯示出來口與模擬示波器不同的是，數(shù)字存儲示波器能夠持久地保留信號，可以擴展波形處理方式口然而，DSO沒有實時的亮度級；因此，他們不能表示實際信號中不同的亮度等級。它的顯示部分更多基于光柵屏幕而不是基于熒光。 數(shù)字的手段則意昧著，在示波器的顯示范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定、明亮和清晰地顯示任何頻率的波形。 數(shù)字示波器 與模擬示波器不同，數(shù)字示波器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，并對樣值進行存儲，存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止。為顯示”實時”條件下或突發(fā)條件下快速變化的信號，人們經(jīng)常推薦使用模擬示波器。 水平掃描和垂直偏轉(zhuǎn)共同作用，形成顯示在屏幕上的信號圖象。 圖 21 圖 22 信號也經(jīng)過觸發(fā)系統(tǒng)，啟動或觸發(fā)水平掃描口水平掃描是水平系統(tǒng)亮點在屏幕中移動的行為。模擬示波器的極)巨頻率約為1GHZ。示波器屏幕通常是陰極射線管(CRT)。當(dāng)然，采用普通PC總線，尤其是工業(yè)PCI總線的虛擬儀器也在不斷發(fā)展，這類虛擬儀器主要面向一般工業(yè)控制、過程監(jiān)測和實驗室應(yīng)用。虛擬儀器強大的功能和價格優(yōu)勢，使得它在儀器計量領(lǐng)域具有很強的生命力和十分廣闊的前景。在制造業(yè)，虛擬儀器的卓越計算能力和巨大數(shù)據(jù)吞吐能力使其在溫控系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、電力儀表系統(tǒng)、流程控制系統(tǒng)等工控領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。尤其在科研開發(fā)、檢測計量、測量測控等領(lǐng)域更是不可多得的好工具。目前，主流的虛擬儀器主要是VXI、PXI、各種計算機總線(如PCI、ISA、RS23USB)等總線標(biāo)準(zhǔn)的各種插卡和儀器模塊，間或有少數(shù)其他總線形式的儀器模塊，工作方式多是插入各種總線式儀器機箱內(nèi)或直接插入計算機主機箱內(nèi)，少數(shù)情況下是獨立模塊以接口形式接入計算機。 虛擬儀器現(xiàn)狀與發(fā)展 虛擬儀器是計算機管理的數(shù)字化儀器系統(tǒng)，因此，依據(jù)某種通用或?qū)Ｓ每偩€標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)約，或以某種接口形式，與計算機進行通信和管理，并與計算機系統(tǒng)共同工作運行的儀器系統(tǒng)，目前多數(shù)屬于虛擬儀器系統(tǒng)，它的典型特征是不可脫離計算機而獨立工作。虛擬儀器硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 用戶可以將儀器的設(shè)計、 使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn), 使資源的重復(fù)利用率提高, 功能易于擴展, 管理規(guī)范, 生產(chǎn)維護和開發(fā)費用降低。傳統(tǒng)儀器的某些硬件在虛擬儀器中被軟件所代替, 由于減少了隨時間可能產(chǎn)生漂移, 需要定期校準(zhǔn)的分立式模擬硬件, 加上標(biāo)準(zhǔn)化總線的使用,大大提高了測量精度、測量速度和可重復(fù)性。虛擬儀器僅是一種功能意義上的儀器,是具有儀器功能的軟硬件組合,它并不強調(diào)物理上的實現(xiàn)形式。在虛擬儀器中, 計算機處于核心地位。虛擬儀器的軟件在基本硬件確定以后, 就可以通過不同的軟件實現(xiàn)不同的虛擬儀器系統(tǒng)功能。 虛擬儀器作為新興的儀器儀表，其優(yōu)勢在于用戶可自行定義儀器的功能和結(jié)構(gòu)等，且構(gòu)建容易、轉(zhuǎn)換靈活，它已廣泛應(yīng)用于電子測量、振動分析、聲學(xué)分析、故障診斷、航天航空、機械工程、建筑工程、鐵路交通、生物醫(yī)療、教學(xué)及科研等諸多方面。電子計算機及其配置的電子測量儀器硬件模塊組成了虛擬儀器測試硬件平臺的基礎(chǔ)。 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器由硬件和軟件兩部分組成。 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理。I／O部件可以是獨立儀器、模塊化儀器、數(shù)據(jù)采集板（DAQ）或傳感器。虛擬儀器的圖形化數(shù)據(jù)流語言和程序框圖能自然地顯示您的數(shù)據(jù)流，同時地圖化的用戶界面直觀地顯示數(shù)據(jù)，使我們能夠輕松地查看、修改數(shù)據(jù)或控制輸入。硬件采用的是阿爾泰PCI2003數(shù)據(jù)采集卡，此卡基于PCI總線。本文主要完成對軟件系統(tǒng)的設(shè)計。虛擬示波器是虛擬技術(shù)的一種具體應(yīng)用。該示波器基于計算機平臺,將虛擬儀器硬件和軟件緊密結(jié)合，實現(xiàn)比傳統(tǒng)儀器更強大的功能。軟件利用美國NI公司推出的LabVIEW圖形編程語言，采用模塊化的軟件設(shè)計思想編寫。它的分辨率是12位，采樣速率是100kHZ。 美國國家儀器公司