【正文】 器信 號檢 測電 路D A Q數(shù) 據(jù)采 集板 卡接 口 總 線 圖 1 虛擬數(shù)字示波器結(jié)構(gòu)圖 該虛擬儀器的軟件是以 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境為平臺，采用的是自頂而下的設(shè)計方法，首先，有要實現(xiàn)的目標功能來制定一個整體框架。此外，應(yīng)用高效數(shù)字信號處理技術(shù)，還可實現(xiàn) FFT 算法，對頻域信號進行分析。在這個總體框架的基礎(chǔ)上來進行各個模塊的具體設(shè)計，并分別測量，測試通過后再把它們連接起來，構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，最后進行整個系統(tǒng)性能的調(diào)試 ，直到調(diào)試結(jié)果符合要求為止。 另外，主面板的設(shè)計要力求簡單、方便、使用、美觀。對模擬信號進行數(shù)據(jù)采集后存入數(shù)據(jù)文件，由軟件對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)分析、處理，并在屏幕上顯示處理結(jié)果。 本虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計雙通道臺式數(shù)字存儲示波器的功能，并在儀器分析和處理功能上有所擴展。 設(shè)計步驟 ： Ⅰ .模擬采集模塊 由于 DAQ 數(shù)據(jù)采集模塊是建立在數(shù)據(jù)采集卡的基礎(chǔ)上，所以，本設(shè)計采用一個虛擬采集模塊代替 DAQ 數(shù)據(jù)采集模塊。通過前面板還可以調(diào)整仿真信號的參數(shù)（波形類型、頻率、幅值）和屏幕刷新速度，最后經(jīng)提取波形成分將信號的幅值信息組成一個二維數(shù)組。 圖 模擬采集模塊圖標（圖片用作子 VI 時用） 模塊程序框圖如圖 所示。B 模式：在此模式下，通過 顯示通道選擇按鍵“ A”和“ B”，可以任意顯示某一通道或兩通道輸入信號的波形。 ? A+B AB 模式：當 A、 B 兩通道都處于選通狀態(tài)時，使用此模式顯示兩通道信號代數(shù)相加、相減后的波形。A 積分模式：當 A 通道處于選通狀態(tài)時，使用此模式顯示 A 通道信號和 A 通道信號對采樣間隔的離散積分的波形。A 微分模式：當 A 通道處于選通狀態(tài)時，使用此模式顯示 A 通道信號和 A 通道信號對采樣間隔的離散求導(dǎo)的波形。前面板單位的顯示是通過一個布爾輸出來顯示的。 A 的積分和微分運算分別通過積分 X(t)和微分 X(t)節(jié)點來實現(xiàn)波形數(shù)據(jù)離散積分和微分，其求導(dǎo)時間參數(shù)采用掃描周期（即采樣間隔）。 圖 波形顯示模塊圖標（圖片用作子 VI 時用） 11 圖 波形顯示模塊程序框圖 圖 波形顯示模塊前面板 Ⅳ .參數(shù)測量模塊 本模塊主要模擬 HP 54603B 的參數(shù)測量功能，完成包括 Vrms 等 12 個電壓參數(shù)和頻率、周期等 7 個時間參數(shù)的測量， 并顯示其測量結(jié)果。 12 圖 參數(shù)測量模塊圖標 圖 參數(shù)測量模塊程序框圖 圖 參數(shù)測量模塊前面板 如圖所示： ◆ 利用數(shù)組最大值與最小值（ Array Maxamp。 13 ◆ 利用交流和直流分量估計（ ACamp。 ◆ 分別利用均方根節(jié)點（ ）和均值節(jié)點（ ）求均方根值和平均值。如上升時間、下降時間、電壓頂 部、電壓底部、電壓幅值、延遲時間和持續(xù)時間，并通過對掃描周期的運算可求出正寬度、負寬度和占空比。 ◆ 點擊暫?？梢詴和?shù)測量，點擊返回可以退出參數(shù)測量前面板。返回按鍵未按下時，第二個條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行假時的程序，通過對應(yīng)用程序控制屬性節(jié)點的調(diào)用和一個布爾真常量，使其前面板始終處于打開狀態(tài)，且輸出（送入測量按鍵的局部變量）為真，該 子 VI 持續(xù)運行；當返回按鍵按下時，第二個條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行真時的程序，通過對應(yīng)用程序控制屬性節(jié)點的調(diào)用和一個布爾假常量，是其前面板由打開轉(zhuǎn)為關(guān)閉狀態(tài)，且輸出（送入測量按鍵的局部變量）變?yōu)榧?，分析按鍵被彈起，該子 VI 停止運行?？蓪崿F(xiàn)的頻譜分析控制包括： ? 利用按窗函數(shù)縮放 (Scaled )完成信號加窗，提供 9 種頻譜分析窗口； ? 利用頻譜單位轉(zhuǎn)換 (Spectrum Unit ) 完成 Log/Linear選擇，提供 3 種坐標 顯示模式和 8 種頻譜單位； ? 利用頻譜分析顯示模塊子 VI完成頻譜分析結(jié)果的顯示和主 VI對其的調(diào)用。通過分析邏輯按鍵和一個條件結(jié)構(gòu)決定是否調(diào)用其顯示模塊。另外，通 過在其前面板上添加了暫停和返回按鍵和兩個條件結(jié)構(gòu)，使其可以暫停分析和關(guān)閉該子 VI。返回按鍵未按下時，第二個條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行假時的程序，通過對應(yīng)用程序控制屬性節(jié)點的調(diào)用和一個布爾真常量，使其前面板始終處于打開狀態(tài)，且輸出（送入分析按鍵的局部變量）為真，該子 VI 持續(xù)運行；當返回按鍵按下時，第二個條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行真時的程序，通過對應(yīng)用程序控制屬性節(jié)點的調(diào)用和一個布爾假常量，是其前面板由打開轉(zhuǎn)為 關(guān)閉狀態(tài)，且輸出（送入分析按鍵的局部變量）變?yōu)榧?，分析按鍵被彈起，該子 VI 停止運行。 按鍵“寫盤”控制是否進行數(shù)據(jù)存儲；按鍵“讀盤”控制是否從數(shù)據(jù)文件中讀取數(shù)據(jù)。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，能夠進行自動參數(shù)測量、顯示波形以及波形打印，并保留在顯示窗口（顯示模式設(shè)置為五種模式中的任意一種）。 在該模塊的設(shè)計中應(yīng)用了多個局部變量，使用時要注意選擇正確，另外，通過對數(shù)組寫入時的轉(zhuǎn)置，可以使我們在察看數(shù)據(jù)文件時看到完整的數(shù)據(jù)。為了完善該示波器的功能，本虛擬示波器的設(shè)計添加了一個波形打印模塊，將主面板的波形數(shù)據(jù)送 到波形打印模塊子 VI 顯示面板，模塊程序框圖如圖 所示。該子 VI 運行時用獲取日期 /時間字符串 (Get Data/Time String)節(jié)點可以獲取系統(tǒng)當前時間，并顯示在打印波形顯示面板的右上部。 Ⅷ .主要控制結(jié)構(gòu) 測量控制結(jié)構(gòu) 通過邏輯按鍵“測量”控制是否進行測量；通過邏輯按鍵“通道 ”控制通道選擇，且在測量過程中可隨時切換測量通道。 模擬信號控制 可通過對模擬信號選擇內(nèi)參數(shù)的調(diào)整，來改變使用的兩模擬信號的類型及相關(guān)數(shù)據(jù)；可通過刷新控制滑動條實現(xiàn)屏幕刷新的快慢程度。 18 遇到的問題及解決辦法 1. 設(shè)計前不知道如何下手 上網(wǎng)搜些資料，結(jié)合著前面選控件，分析程序框圖的原理，利用后面板傷得控件連線實現(xiàn)相應(yīng)功能。 3. 設(shè)計各個模塊時，注意，一些控件得事先設(shè)好默認值。 5. 設(shè)計的各個子模塊中，也出現(xiàn)了很多關(guān)于類型不匹配的問題，特別是 枚舉型輸入的連接經(jīng)常出現(xiàn)錯誤，還有連接的各個波形圖，波形圖表， XY 圖，更是需要有人嘗試著連接，直到?jīng)]有斷線出現(xiàn)。 7. 做子 VI 時注意各接線端的功能，不能弄錯。 9. 在總程序框圖設(shè)計時，最常出現(xiàn)的問題也是與子 VI 的連接錯誤，有多種可能性，例如，用簇時，需 要將總程序的各個單項連接順序與子 VI 中簇的順序相同；枚舉連接 case 結(jié)果時，也需要將總程序與子程序一一對應(yīng)。 11. 對背景顏色及文字顏色進行調(diào)整時，沒有找到背景顏色的調(diào)整，后來經(jīng)同學指點，在查看 — 工具選板中可以找到顏色調(diào)整，移動等功能。 ，但調(diào)試總圖時波形顯示不出來 可能 是某模塊所選控件選得不對，雖在模塊單獨運行時無誤但是所實現(xiàn)的功能不符合。所以，做設(shè)計之前，我花了很長時間來了解設(shè)計任務(wù)書中所給的執(zhí)行文件，并通過書籍和網(wǎng)絡(luò)來搜尋相關(guān)設(shè)計資料。設(shè)計過程是辛苦的，但結(jié)果是快樂的，整個設(shè)計過程基本上就是一個調(diào)試、修改、再調(diào)試、再修改的過程。各子 VI 設(shè)計調(diào)試好后，便是建立主程序模塊將它們連接起來，進行整體的功能調(diào)試，調(diào)試，修改，再調(diào)試，再修改 ?? 循環(huán)的過程很痛苦，主要是沒有顯示任何錯誤，卻沒有波形出現(xiàn)，老師的答疑很大程度上有了很好的促進作用，結(jié)局了部分問題，同學們都在一起討論了彼此的問題，使得問題基本迎刃而解。 20 附錄 總圖前面板 總圖程序框圖 21 測控儀器設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目： 基于 Labview 的數(shù)字示波器設(shè)計 設(shè)計要求： 一、主要功能模塊 數(shù)字示波器主要由軟件控制完成信號的采集、處理和顯示。其中： 1）觸發(fā)控制包括觸發(fā)模式、觸發(fā)斜坡、觸發(fā)電平控制； 2）通道選擇主要控制單通道或雙通道測量； 3）時基控制主要控制采集卡掃描率、每一通道掃描次數(shù) (取樣數(shù) )。B 模式：通過顯示通道選擇按鍵 A 和 B，可以任意顯示某一通道或兩通道輸入信號的波形。 3） A＋ B， A－ B 模式：當兩通道處于選通狀態(tài)時，使用此模式顯示兩通道信號代數(shù)相加、相減后的波形。A 積分 5） Aamp。 4．頻譜分析模塊 采用快速 FFT 算法，完成頻域信號分析。 5．數(shù)據(jù)存儲和回放模塊 按鍵“寫盤”控制是否進行數(shù)據(jù)存儲；按鍵“讀盤”控制