【正文】 BVIEW 專業(yè)版開發(fā)系統(tǒng)包括應(yīng)用程序生成器（ Application Builder），可以創(chuàng)建并發(fā)布獨(dú)立的可執(zhí)行程序、共 享庫或動態(tài)連接庫（ DLL）。 LABVIEW 具有許多特性，能使測量和自動化應(yīng)用方案完成適用于用戶企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，能將應(yīng)用方案以網(wǎng)頁的形式發(fā)表，或在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。數(shù)據(jù)采集卡是進(jìn)行高速直接控制以及低速控制的理想設(shè)備。無論是使用基于計算機(jī)的插入式儀器設(shè)備，還是使用 GPIB， VXI， Ether 接口或是串口的獨(dú)立儀器設(shè)備， LABVIEW 內(nèi)置的驅(qū)動程序庫和具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動軟件都可以對儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。但是 LABVIEW 的特點(diǎn)在于：它使用圖形化編程語言G 在流程圖中創(chuàng)建源程序，而沒有使用基于的文本語言來產(chǎn)生源程序代碼。西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 3 虛擬示波器軟件設(shè)計 15 3 虛擬示波器 軟件 設(shè)計 LABVIEW 簡介 LABVIEW 是（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺）是一個程序開發(fā)環(huán)境。主要介紹了聲卡的各個功能，包括 聲卡的作用、硬件結(jié)構(gòu)，并對聲卡的技術(shù)參數(shù)做了詳細(xì)的介紹。 本章小結(jié) 本章主要介紹了虛擬示波器的工作原理及各個功能模塊的流程實(shí)現(xiàn)原理。連接時要注意區(qū)分 Mic In 口和 SPK Out 口，不要把它們當(dāng)作 Line In 與 Line Out 接入。 圖 25（ a） 音量控制窗口 圖 25（ b） 音量控制屬性 圖 25 音量控制窗口和音量控制屬性對話框 （ 2）硬件連接 硬件連接采用兩種連接線： 1 一條一頭是 插孔，另一頭是鱷魚夾的連接線， 2 是雙頭為 插孔的音頻連接線（在市場上可以買的到）。注意圖 25 中的相關(guān)功能都不能處于靜音狀態(tài)。下面介紹對 Line In 和 Mic In 的檢查和設(shè)置。如果不正常，需要檢查聲卡的設(shè)置。 聲卡用 于數(shù)據(jù)采集時的 設(shè)置 （ 1）聲 卡的設(shè)置 一般聲卡主要用于輸出聲音，輸入部分可能沒有處于正常工作狀態(tài)。設(shè)置 8192 字節(jié)或其整數(shù)倍（例如 32768 字節(jié)）大小的緩沖區(qū)，可以較好的保證聲卡與 CPU 的協(xié)調(diào)工作。 一般聲卡使用的緩沖區(qū)長度的默認(rèn)值是 8KB（ 8192 字 節(jié)）。計算機(jī)總線的數(shù)據(jù)傳輸速率非常高，讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)所用時間極短，不會影響 A/D 變換的連續(xù)性。在這種工作方式下，聲卡的 A/D、 D/A都對某一緩沖區(qū)進(jìn)行操作。為了在一個簡易的結(jié)構(gòu)下較好的完成某個任務(wù)，聲卡緩沖區(qū)的設(shè)計有其獨(dú)到之 處。用戶基本上不可能控制整周期采樣，只能通過信號處理的方法來彌補(bǔ)非 整 周期 采樣帶來的問題。使用聲卡比較大的局限在于，它不允許用戶在最高采樣頻率之下隨意設(shè)定采樣頻率，而只能分為 4 檔設(shè)定。 2 虛擬示波器設(shè)計理論 11 只能達(dá)到 FM 廣播的聲音品質(zhì)； 是理論上的 CD 音質(zhì)界限， 48kHz 則更好一些。 （ 2）采樣頻率 目前 ,聲卡的最高采樣頻率為 ，少數(shù)達(dá)到 48kHz。例如， 8 位代表 25628 ? ； 16 位的代表 64000216 ? 。這個數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音也就越真實(shí)。另外這兩個通道是共地的 [10]。注意，這兩個輸入端口都有隔直電容，這意味著直流信號不能被聲卡所接受。這些接口可以用來作為雙通道信號發(fā)生器的輸出。其中，輸出接口有 2 個，分別是 Ware Out 和 SPK Out。 聲卡的硬件結(jié)構(gòu) 圖 24 是一個聲卡的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。 （ 3） MIDI（ Musical Instrument Digital Interface 樂器數(shù)字接口）接口通過MIDI 接口和波表合成，可以記錄和回放各種接近真實(shí)樂器原聲的音樂。注意，在錄制和回放時，不僅要進(jìn)行 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換，還要進(jìn)行壓縮和解壓縮處理。聲卡的主要功能包括錄制與播放、編輯與合成處理、 MIDI 接口三 個部分。 聲卡的作用 從數(shù)據(jù)采集的角度看，聲卡是一種音頻范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡， 是計算機(jī)與外部的模擬量 間 環(huán)境聯(lián)系的重要途徑。 本 文 設(shè)計的虛擬示波器總體上包括數(shù)據(jù)采集、 波形顯示、參數(shù)測量、頻譜分析、等 幾 大模塊組成， 虛擬示波器的 結(jié)構(gòu)框圖如下 23 所示。一般測試儀器由信號采集、信號處理和結(jié)果顯示三大部分組成，這三大部分均由硬件構(gòu)成。 2 圖22 聲卡 數(shù)據(jù)采集流程圖 虛擬示波器是采用基于計算機(jī)的虛擬技術(shù)，用以模擬通用示波器的面板操作和處理功能，也就是使用個人計算機(jī)及接口電路來采集現(xiàn)場或?qū)嶒?yàn)室信號，并通過圖形用戶界面（ GUI）來 模仿示波器的操作面板，完成信號采集、調(diào)理、分析處理和顯示輸出等功能 [8]。實(shí)際的數(shù)據(jù)采集流程是：（ 1）初始化：對聲卡中與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的一些硬件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；（ 2）然后，聲卡開始采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)暫存在先進(jìn)先出的緩沖區(qū)中；（ 3）當(dāng) 緩沖區(qū)存滿數(shù)據(jù)后，一方面將數(shù)據(jù)讀取到用戶程序的數(shù)組中，產(chǎn)生一個采集數(shù)據(jù)集合，并在程序中對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理；（ 4）另一方面，得到緩沖區(qū)滿的消息后，通知聲卡暫時停止采集外部數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步清空緩存里的內(nèi)容。其支持軟件通過 PC 機(jī)的 PCI 總線接口控制模擬通道的阻抗匹配、放大器的增益選擇、啟動西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 A/D 轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)換結(jié)束的識別，并將采集數(shù)據(jù)以 DMA 的方式傳輸?shù)接嬎銠C(jī)內(nèi)存，同時對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行分析處理、顯示、存儲及打印傳輸?shù)?。完成波形顯示后示波器對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)測量。它能快速的把肉眼不能直接看見的電信號 的時變規(guī)律，以可見的形式，形象的顯示出來 [7]。 儀器主要功能包括：通道選擇、時基幅值控制、濾波器、信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)存儲與回放等 。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 2 虛擬示波器設(shè)計理論 7 2 虛擬示波器 設(shè)計理論 虛擬 示波器的基本原理 虛擬示波器主要由軟件來完成信號的采集、處理和輸 出。 第 4 章， 程序 測試與調(diào)試 ：本章給出了虛擬示波器系統(tǒng)性能的具體 指標(biāo)，進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證了虛擬示波器的實(shí)用性和優(yōu)越性。 第 2 章，虛擬示波器的 設(shè)計理論 ： 本章主要講了示波器組成部分、波形顯示原理，工作原理 以及虛擬示波器 在 硬件平臺上的使用，詳細(xì)講述了硬件選擇聲卡的理由。本論文開發(fā)了一臺虛擬示波器。 利用聲卡實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，制作成一個簡易的示波器，示波器能夠 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、波形顯示、參數(shù) 測量及頻譜分析四大功能 。 進(jìn)而考慮到計算機(jī)中的聲卡 本身就是一個 A/D， D/A 的轉(zhuǎn)化裝置，具有 16 位的量化精度、數(shù)據(jù)采集頻率是 ，完成可以滿足特定應(yīng)用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的需要，個別性能指標(biāo)還優(yōu)于商用數(shù)據(jù)采集卡，而價格卻為商用數(shù)據(jù)采集卡的十分之一或者幾十分之一，在設(shè)計實(shí)驗(yàn)中完全可以滿足要求。儀器硬件可以是插入式數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍電路（含信號調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器 、數(shù)字 I/O、定時器、 D/A轉(zhuǎn)換器等 ） ，或者是帶標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器，如 GPIB、 VXI、 PXI、 STD、 PCI總線儀器和網(wǎng)絡(luò)化儀器等。 本文的研究內(nèi)容 虛擬儀器由通用儀器硬件平臺（簡稱硬件平臺）和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。 VXI 總線將成為未來虛擬儀器的理想硬件平臺，這是由 VXI 總線的性能決定的；另一方面，基于 PCIDAQ 的虛擬儀器系統(tǒng)由于性價比高、靈活性好而受到大多數(shù)用戶的青睞，將得到高速的發(fā)展?！皼]有測量就沒有鑒別，科學(xué)技術(shù)就不能前進(jìn)。它可以取代測量技術(shù)在傳統(tǒng)領(lǐng)域的各類儀 器。虛擬儀器技術(shù)的提出和發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動測試與電子測試儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個重要方向[5]。國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。其主要產(chǎn)品有數(shù)字存儲示波器系列、任意波形發(fā)生器及頻率計系列、多通道大容量波形 — 記錄系列。一臺發(fā)動機(jī)檢測完后，就可打印出完整的檢測報告。清華大學(xué)利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車發(fā)動機(jī)檢測系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動機(jī)的出廠檢驗(yàn)。其中，華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程測試實(shí)驗(yàn)室將其開發(fā)成果在網(wǎng)上公開展示。 國內(nèi)已有部分院校的實(shí)驗(yàn)室引入了虛擬儀器系統(tǒng)，上海復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、廣州暨南大學(xué)、華中理工大學(xué)、四川聯(lián)合大學(xué)等。它們多數(shù)屬于中低頻范圍，主要是工程應(yīng)用類儀器設(shè)備。 是目前已經(jīng)發(fā)布的最高傳輸速度 [4]。美國 NI 公司在1997 年 9 月 1 日推出模塊化儀器的主流平臺 PXI，這是與 Compact PCI 完全兼西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 容的系統(tǒng)。世界各國的公司，特別是美國 NI 公司，為使虛擬儀器能夠適應(yīng)上述各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件以及適應(yīng)要求的硬件（插件），可以靈活的組建不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動檢測系統(tǒng)。 Lab windows/CVI 是為熟悉 C 語言的開發(fā)人員準(zhǔn)備的、在 windows 環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn) ANSI C 開發(fā)環(huán)境，除了上述優(yōu)秀的開發(fā)軟件之外，美國 HP 公司的HPVEE 和 HPTIG 平臺軟件，美國 Tektronix 公司的 EzTest 和 TekTNS 軟件，以及美國的 HEM Data 公司的 SnapMaster 平臺軟件，也是國際上公認(rèn)的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺軟件。最早和最具有影響力的開發(fā)軟件，是 NI 公司的 LABVIEW 軟件和Lab windows/CVI 開發(fā)軟件。美國的斯福坦大學(xué)的機(jī)械工程系要求三、四年級的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時應(yīng)用虛擬儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)控制。 虛擬儀器的現(xiàn)狀 國外虛擬儀器的 研究 現(xiàn)狀 虛擬儀器技術(shù)目前在國外發(fā)展很快，以美國國家儀器公司（ NI 公司）為代表的一批廠商已經(jīng)在市場上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計的商品化儀器產(chǎn)品。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化、可重復(fù)使用及 互換性等特點(diǎn)。因此，利用 VI 技術(shù)可 方便的構(gòu)建自動測試系統(tǒng)（ ATS， Automatic Test System），實(shí)現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡(luò)化。 （ 3） 基于計算機(jī)總 線和模塊化儀器總線， 使儀器的硬件實(shí)現(xiàn)了模塊化、系顯示器 信號分析及處理器 入機(jī)接口 各類接口 A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)據(jù)發(fā)生器 信號調(diào)理器 信號調(diào)理器 輸入 信號 D/A 轉(zhuǎn)換器 信號調(diào)理器 信號 輸出 1 緒論 3 列化，大大縮小了系統(tǒng)的尺寸，可方便的構(gòu)建模塊化儀器（ Instrument on a Card）。而且高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬儀器的標(biāo)準(zhǔn)配置。 圖 11 虛擬儀器的結(jié)構(gòu) 虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn) 一臺性能優(yōu)良的虛擬儀器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的大部分功能，而且在許多方面有傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如使用靈活方便、功能豐富、價格低廉、可一機(jī)多用、可重復(fù)開發(fā)等。 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器從構(gòu)成要素上講，由計算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件等構(gòu)成；從構(gòu)成分式上講則由以 DAQ 板和信號調(diào) 理為儀器硬件而組成的 PCDAQ 測試系統(tǒng)，或已 GPIB， VXI， Serial 和 Field bus 等標(biāo)準(zhǔn)總線儀器為硬件組成的 GPIB 系統(tǒng)、 VXI系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等多種形式 [2]。它不僅可以用于電子測量、測試、分析、計量等領(lǐng)域，而且還可以用于進(jìn)行設(shè)備的監(jiān)控以及工業(yè)過程自動化。用戶可以 根據(jù)自己的需要，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用要求。 虛擬儀器技術(shù)的實(shí)質(zhì)是充分利用最新的計算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器以透明的方式，通過軟件對數(shù)據(jù)的分析處理、表達(dá)以及圖形化用戶接口， 把計算機(jī)資源（如微處理器、顯示器等）和儀器硬件（如 A/D、 D/A、數(shù)字 I/O、 定時器、信號調(diào)理等）的測試能力和控制能力結(jié)合起來。第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)在計算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測試技術(shù)高速發(fā)展孕育出的一項革命性技術(shù)，其導(dǎo)致了傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設(shè)計觀點(diǎn)都發(fā)生了巨大的變革，它的出現(xiàn)使得人類的測試技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展紀(jì)元。第三代智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，可以進(jìn)行自動測試和數(shù)據(jù)處理功能，可能代替部分腦力老公，習(xí)慣上稱為智能儀器。第一代模擬儀器，這類儀器在某些實(shí)驗(yàn)室里還能看到，它是以電磁感應(yīng)基本定律為基礎(chǔ)的指針式儀器，如指針式萬用表 、晶體管電壓表、指針式電流表等。它推動著傳統(tǒng)儀器朝著數(shù)字化，智能化，模塊化，網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 關(guān)鍵詞 ： 虛擬 儀器 ， LABVIEW，示波器 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II ABSTRACT I ABSTRACT Virtual instrument technology is now the puter system and instrumentation system binin