【正文】 一種虛擬示波器的設(shè)計(jì)[J].電子測量與儀器學(xué)報，2007[7] ，晏燕，等。感謝他們的大力支持與密切合作!在論文完成之際，筆者非常感謝李娜同學(xué)，在筆者的撰寫過程中得到了她極大的理解與支持，并幫助筆者渡過了重重難關(guān)，在此，向她表示深深的謝意和最衷心的祝福。在此，作者向王桔老師表示深深的感謝和由衷的敬意。致 謝 本文是在導(dǎo)師王桔老師的精心指導(dǎo)下完成的。當(dāng)然，本設(shè)計(jì)還有需要完善的地方，可以在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對虛擬示波器進(jìn)行進(jìn)一步的高級設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更高級的功能，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能，本設(shè)計(jì)的前面板還可以進(jìn)一步修飾，使它更美觀。另外，虛擬儀器的開發(fā)軟件LabVIEW也是很方便的，它特有的圖形化開發(fā)環(huán)境，使編程人員操作方便，思路清晰，不像傳統(tǒng)編程那樣枯燥乏味，也是用戶看了簡單易懂，適合編程基礎(chǔ)不高的編程人員。：利用虛擬儀器開軟件LabVIEW ，主要用到數(shù)值輸入/出控件、顯示控件、信號生成類控件、信號測量類控件、循環(huán)結(jié)構(gòu)等。3. 對軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對采集到的信號進(jìn)行分析、處理、儲存、顯示的功能，同時增添了內(nèi)部軟件仿真信號，用于調(diào)試系統(tǒng)穩(wěn)定性。第6章 結(jié) 論 本文完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，針對虛擬示波器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了主要研究，主要分一下三個步驟：1. 對虛擬示波器的外圍數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。如圖52所示。如圖51所示。圖41圖42圖43圖44圖45圖46圖47圖48圖49圖410第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及調(diào)試 物理信號調(diào)試 仿真信號調(diào)試點(diǎn)擊前面板菜單欄中的“編輯”下方的白色箭頭，此時箭頭變?yōu)楹谏?，表示進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。在后面板中用鼠標(biāo)畫出一個方框，將整個程序包括在內(nèi)，將“停止”按鈕與While循環(huán)右下角的紅點(diǎn)相連，至此，完成了所有程序的設(shè)計(jì)。（4） 為了使信號連續(xù)不斷的給出，需要將給整個程序一個While循環(huán)。（3） 所有元器件及圖形化程序設(shè)計(jì)完畢，下面是將它們正確的連線，首先將CH1和CH2的幅值、頻率、偏移量的數(shù)值輸入控件分別與兩個仿真信號的幅值、頻率、偏移量端口對應(yīng)相連；分別將兩個仿真信號的波形輸出口與對應(yīng)的“幅值和電平測量”和“繼電器”的“信號”端口相連；分別將兩個通道的布爾控制開關(guān)與兩個繼電器的“啟用”端對應(yīng)連接；分別將兩個“幅值和電平測量”的“峰峰值”口與兩個對應(yīng)的峰峰值數(shù)值顯示控件相連；將兩個繼電器的“結(jié)果”輸出端與“合并信號”的兩端相連，完成信號的合并；最后再將合并信號的輸出端與“波形圖”相連。點(diǎn)擊函數(shù)選板中的“Express”→“信號操作”→“合并信號”，放置在前面板中合適位置，此次操作的目的是將兩個波形信號合并，使其能在一個示波器上顯示，因?yàn)楹喜⑿盘柍绦蚰J(rèn)就是兩路信號的合并，所以不需要再做調(diào)整。如圖48所示。此步驟需執(zhí)行兩次，如圖47所示。將兩個仿真信號的下拉菜單拉到“頻率”位置。再添加一個“仿真信號”，將“信號類型”改為“正弦”，其他參數(shù)設(shè)置和三角波一樣。點(diǎn)擊“信號處理”→“波形生成”→“仿真信號”，放置在后面板中合適位置，此時會彈出“配置仿真信號[仿真信號]”對話框，通過此對話框來調(diào)節(jié)波形初始參數(shù)，在“信號類型”一欄中，選“三角”，“頻率”設(shè)為20HZ，幅值設(shè)為2，“采樣率”設(shè)為1000HZ，采樣數(shù)設(shè)為100，將右下角的使用信號類型名取消選擇，在下面的“信號名”一欄中改為“三角波”。如圖45所示。如圖44所示。點(diǎn)擊“新式”→“布爾”→“停止開關(guān)”，放置在前面板合適位置，隱藏標(biāo)簽。用這兩個數(shù)值顯示控件來顯示測量出來的波形峰峰值，如圖43所示。點(diǎn)擊“新式”→“數(shù)值”→“數(shù)值顯示控件”，放置在前面板中合適位置，此過程需執(zhí)行兩次，依次將兩個數(shù)值顯示控件的標(biāo)簽改為“CH1峰峰值”、“CH2峰峰值”。點(diǎn)擊“新式”→“數(shù)值”→“垂直指針滑動桿”，放置在前面板中合適位置，此過程需執(zhí)行兩次，依次將兩個滑動桿的標(biāo)簽改為：“CH1偏移量”、“CH2偏移量”。分別在兩個頻率旋鈕上點(diǎn)擊右鍵，“屬性”標(biāo)題欄中的“標(biāo)尺”，將最大值改為20。（3） 需要加入對波形幅值、頻率、偏移量進(jìn)行調(diào)整的功能，目的是使示波器顯示不同參數(shù)的波形，同時方便調(diào)試。在“波形圖”上點(diǎn)擊右鍵，在出現(xiàn)的選項(xiàng)欄中，將“顯示項(xiàng)”中的“標(biāo)簽”項(xiàng)取消選擇，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是雙通道的示波器，需要同時顯示兩個波形，所以將鼠標(biāo)知道“波形圖”右上角的“曲線0”處的邊緣，出現(xiàn)小方框后鼠標(biāo)向上拉，使出現(xiàn)一個與“曲線0”一樣的方框“曲線1”，此行為的目的是為標(biāo)記兩個波形的顏色，以區(qū)分不同的波形。 對前面板的設(shè)計(jì)（1） 雙擊“National Instruments LabVIEW ”圖標(biāo)，運(yùn)行LabVIEW ，我們會看到起始界面如圖41所示，點(diǎn)擊左上方的“VI”標(biāo)題欄，此時會彈出主界面，包括前面板和后面板，當(dāng)點(diǎn)擊前面板對話框時，其右側(cè)會出現(xiàn)“控件”對話框，如沒有，點(diǎn)擊前面板上方菜單欄中的“查看(V)”，點(diǎn)擊“控件選板(C)”,即可出現(xiàn)控件選板，當(dāng)點(diǎn)擊后面板的對話框時，其右側(cè)會出現(xiàn)“函數(shù)”對話框，如沒有，點(diǎn)擊后面板上方菜單欄中的“查看(V)”，點(diǎn)擊“函數(shù)選板(C)”,即可出現(xiàn)函數(shù)選板。本設(shè)計(jì)主要介紹了一種以Labview圖形化編程語言為基礎(chǔ)的虛擬示波器，不僅擴(kuò)展了示波器的分析和計(jì)算能力，而且降低了儀器的價格，增強(qiáng)了儀器的通用性。PCI總線的傳輸速率可達(dá) 132MB/ S ,其優(yōu)異的性能 ,保證了虛擬儀器采集數(shù)據(jù)的高速傳輸。 功能控制電路的主要作用是管理 3 種采樣觸發(fā)方式 ,即正常采樣觸發(fā)方式、 正延遲采樣觸發(fā)方式和負(fù)延遲采樣觸發(fā)方式。例如采集輸入的模擬信號 ,應(yīng)按照以下的順序進(jìn)行:采樣輸入信號 → 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 →數(shù)據(jù)保持 →存儲器地址穩(wěn)定 → 存儲器寫入 →再一次采樣。 時序控制電路在虛擬儀器硬件平臺的設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用 ,由計(jì)算機(jī)通過接口電路發(fā)出的控制字必須通過時序控制電路的譯碼 ,才能變?yōu)榭刂菩盘柤拥礁鱾€芯片的控制端。AD9058 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是美國模擬器件公司的產(chǎn)品 ,具有高速度、 低功耗、 雙通道、輸入電容低、 具有內(nèi)部參考電壓、 外圍電路簡單等優(yōu)點(diǎn)；CY 7C128A靜態(tài)存儲器具有速度快、 耗電省、 TT L 電平兼容等特點(diǎn) ,是一種理想的用于虛擬儀器的數(shù)字存儲器。因此為滿足儀器的較高采樣速率要求 ,從采樣頻率、 分辯率、 存儲帶寬等方面綜合考慮 ,盡量選用高速 A/ D轉(zhuǎn)換器和高速靜態(tài)存儲器。 A/ D轉(zhuǎn)換電路和高速存儲電路是采樣電路的核心部分 ,也是硬件設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。根據(jù)奈奎斯特理論 ,采樣頻率至少是系統(tǒng)元件最高頻率的兩倍 ,才能保證恢復(fù)的波形不失真。采樣頻率高 ,就能在一定時間獲得更多的原始信號信息 ,為了再現(xiàn)原始信號 ,必須有足夠高的采樣頻率。圖33為數(shù)據(jù)采樣電路結(jié)構(gòu)圖。 根據(jù)實(shí)際需要還可以增加傳感器調(diào)理電路 ,因?yàn)楦鞣N傳感器具有各自獨(dú)特的特性 ,如對于熱電偶就需要進(jìn)行冷節(jié)補(bǔ)償 ,對其非線性化輸出進(jìn)行線性化處理等。此電路的頻率特性直接關(guān)系到整個調(diào)理電路的通頻帶 ,同時它還必須具有良好的信號限幅功能 ,以使放大后的信號不超過 A/ D 轉(zhuǎn)換器的輸入極限值。 信號放大電路是信號調(diào)理電路的核心 ,它將輸入信號放大成為最大值為 177。因?yàn)榉糯箅娐肪哂休^小的輸入阻抗 ,而調(diào)整電路又有較大的輸出阻抗 ,所以信號不能直接進(jìn)入放大電路 ,必須先進(jìn)行阻抗變換。被測信號信號調(diào)整阻抗變換壓控放大電平位移A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換控制電壓觸發(fā)輸入比較觸發(fā)觸發(fā)脈沖 圖 32 信號調(diào)整電路主要是對輸入信號進(jìn)行交直流耦合及對信號進(jìn)行放大或衰減 ,以使信號滿足放大電路的輸入信號電平要求。它主要由信號調(diào)整電路、 阻抗變換電路、 電壓控制放大電路和觸發(fā)電路組成。其中信號調(diào)理電路、 數(shù)據(jù)采樣電路和 PCI總線接口電路是硬件設(shè)計(jì)中最為重要的部分。下面是本文虛擬示波器的硬件平臺設(shè)計(jì)。通過不同功能模塊的設(shè)計(jì) ,實(shí)現(xiàn)各種儀器的功能 ,如:示波器、 萬用表、 分析儀等。整個過程由軟件控制 ,采集到的數(shù)據(jù)由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。測控對象信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集軟件平臺數(shù)據(jù)處理圖形顯示文件管理數(shù)字濾波 圖 31 虛擬儀器的硬件平臺包括計(jì)算機(jī)資源(處理器、 存儲器、 顯示器等)和(A/ D轉(zhuǎn)換器、 數(shù)字輸入輸出設(shè)備、 定時器等) ,它與用于數(shù)據(jù)分析、 過程通信及圖形用戶界面的軟件有效結(jié)合起來形成完整的虛擬儀器設(shè)備。由 PCI總線數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成的虛擬儀器性能價格比高 ,設(shè)計(jì)手段靈活 ,通用性強(qiáng) ,應(yīng)用前景廣闊。我們采用 PCI總線技術(shù)開發(fā)了虛擬儀器系統(tǒng)硬件平臺 ,其基于 PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡包括信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集兩部分 ,數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)