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1、江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）基于LabVIEW的虚拟示波器设计摘要：随着电子计算机技术和软件开发技术的日新月异，电子计算机在数据的实时分析和处理，显示，存储等方面的优势与传统的仪器相比越来越明显。与此同时，随着计算机性价比的不断提升，传统仪器的价格又长期居高不下，再加上传统仪器的功能单一，发展虚拟仪器已经成为一个不可阻挡的历史潮流。本课题在掌握了虚拟仪器的基本结构及信号处理的相关知识基础之上，设计了一套虚拟示波器。对虚拟仪器的概念，结构，发展趋势进行了相关分析。虚拟仪器主要由硬件和软件两个部分构成。本文对虚拟示波器的硬件即数据采集卡进行了介绍，对其软件部分进行了详细研究。在此基础上完
2、成了数据采集模块、滤波模块、测量模块、显示模块、频谱分析模块、存储模块的设计。关键词：虚拟仪器；虚拟示波器；频谱分析；数据采集Design of Virtual Oscillograph Based on LabVIEW Abstract ：Along with the computer technology and software development technology changes with each new day, the electronic computer in real-time data analysis and processing, display, stora
3、ge, and other aspects of the advantages and the traditional instruments is more and more obvious than. At the same time, along with the computer cost-effective rising, traditional instruments and high prices for a long time, plus the traditional instruments single function, the development of virtua
4、l instrument has become an irreversible historical trend. This topic in the master the basic structure of virtual instrument and signal processing knowledge foundation, designed a set of virtual oscilloscope. On the concept of virtual instrument, structure, development trend for the correlation anal
5、ysis. Virtual instrument mainly by the hardware and software two parts. In this paper, the virtual oscilloscope hardware data acquisition card namely initial, introduces the software of are studied. Based on the analysis of spectrum finished module, storage module, display module, filter modules, th
6、e design of the sensor module. Key words: virtual instrument；virtual oscilloscope；Spectrum analysis；data collection目录第一章 绪论11.1虚拟仪器概述11.1.1 虚拟仪器的产生11.1.2 虚拟仪器的概念11.1.3 虚拟仪器的构成21.1.4 虚拟仪器的优点41.2 虚拟仪器的现状61.2.1 国外虚拟仪器的现状61.2.2 国内虚拟仪器的现状71.2.3 虚拟仪器的发展趋势71.3本论文的主要工作8第二章 系统软件的开发平台Labview简介92.1 labview的基本概
7、述92.2 labview的模板分析102.2.1工具模板112.2.2 控件选板122.2.3函数选板13第三章 虚拟示波器的原理153.1 示波器的基本原理153.1.1 示波器波形显示原理153.1.2 通用示波器的组成部分163.2 数字示波器的基本原理203.2.1 数字示波器基本原理203.2.2 数字示波器基本方框图213.3虚拟示波器的基本原理22第四章 虚拟示波器硬件部分（数据采集卡）244.1数据采集卡主要组成部分244.2 数据采集卡参数设置25第五章 虚拟示波器软件的设计275.1数据采集模块设计275.2信号测量模块设计285.3数字滤波模块设计315.4频谱分析模块
8、设计325.5波形显示模块设计325.6波形存储和回放模块设计345.7完整的程序与前面板设计35第六章 示波器验证376.1采集直流信号376.2采集正弦信号386.3其它波形的测量42参考文献44致 谢45附 录46附录146附录 257附录358V第一章绪论1.1虚拟仪器概述1.1.1 虚拟仪器的产生虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着数字化，智能化，模块化，网络化的方向发展。电子测量仪器发展至今，大体上可以分为四代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。第一代模拟仪器，这类仪器在某些实验室里还能看到，它是以
9、电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表、晶体管电压表、指针式电流表等。第二代数字化仪器，这类仪器现在相当普遍，这类仪器将模拟信号的测量值转化为数字信号，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量，如数字万用表、数字频率计等。第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，可以进行自动测试和数据处理功能，可能代替部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。它的功能模块全部都是以硬件或固定软件的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代虚拟仪器，它是现在计算机软件技术、通信技术和测试技术高速发展孕育出的一项革命性技术，其导致了传统仪器的结构、概念和设计观点都发生了巨大的变革，它的出
10、现使得人类的测试技术进入了一个新的发展纪元。虚拟仪器（Virtual Instruments.简称VI）的概念，是美国国家仪器公司（National Instruments Corp.简称NI）于1986年提出的。NI公司同时也提出了“软件即仪器”的口号，彻底打破了传统仪器只能由厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起了仪器和自动化工业的一场革命。随着现在硬件和软件技术的飞速发展，仪器的智能化和虚拟化成为各级实验室以及研究机构发展的方向。虚拟仪器，它既具有传统仪器的功能，又有别于其他传统仪器。它能够充分利用和发挥现有计算机的先进技术，使仪器的测试和测量及自动化工业的系统测试和监控变得异常方便和快
11、捷。1.1.2 虚拟仪器的概念虚拟仪器是指通过应用程序将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面（通常叫做虚拟前面板，简称前面板）来操作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样，从而完成对被测信号的采集、分析、判断、显示、数字存储等。虚拟仪器以透明的方式，通过软件对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口，把计算机资源和仪器硬件的测试能力和控制能力结合起来。虚拟一起突破了传统仪器以硬件为主体的模式，实际上使用者是在操作具有测试软件的电子计算机进行测量，犹如操作一台虚设的电子仪器。虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。软
12、件是虚拟仪器的关键，当基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。用户可以根据自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用要求。利用计算机丰富的软、硬件资源，可以大大突破传统仪器的数据的分析、处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领域，而且还可以用于进行设备的监控以及工业过程自动化。虚拟仪器还可以广泛用于电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面。1.1.3 虚拟仪器的构成虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构成分式上讲则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件
13、而组成的PC-DAQ测试系统，或已GPIB，VXI，Serial和Field bus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、VXI系统、串口系统和现场总线系统等多种形式。虚拟仪器的构成如图1-1所示。显示器信号分析及处理器入机接口各类接口A/D转换器数据发生器信号调理器信号调理器输入信号D/A转换器信号调理器信号输出图1-1 虚拟仪器的结构目前，虚拟仪器的构成方式有以下几种：PC-DAQ插卡式的VI这种方式用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件，便可构成各种数据采集和虚拟仪器系统。它充分利用了计算机的总线、机箱、电源以及软件的便利，其关键在于A/D转换技术。这种方式受PC机机箱、总线限制，存
14、在电源功率不足，机箱内噪声电平较高、无屏障，插槽数目不多、尺寸较小等缺点。随着基于PC的工业控制计算机技术的发展，PC-DAQ方式存在的缺点已经和正在被克服。因个人计算机数目非常庞大，插卡式仪器价格便宜，因此其用途广泛，特别适用于工业测控现场、各种实验室和教学部门使用。并行口式的VI最新发展的可连接到计算机并行口的测试装置，其硬件集成在一个采集盒里或探头上，软件装在计算机上，可以完成各种VI功能。它的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC相连，实现台式和便携式两用，非常方便。GPIB总线方式的VIGPIB（General Purpose Interface Bus）技术
15、是IEEE488标准的VI早期的发展阶段。它的出现使电子测量由独立的单台的手工操作向大规模自动测试系统发展。典型的GPIB系统由一台PC机，一块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口卡可带多达14台的仪器，电缆长度可达20m。GPIB技术可以用计算机实现对仪器的操作和控制，代替传统的人工操作方式，很方便的把多台机器组合起来，形成大的自动测试系统。GPIB测试系统的结构和命令简单，造价较低，主要市场在台式仪器市场。适用于精确度要求高，但对计算机速率要求和总线控制实时性要求不高的场合应用。VXI总线方式的VI VXI总线是VMEbus eXtension for Instrumentation的缩写，是高速计算机总线VME在VI领域的扩展，有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放，且具有结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，得到广泛的应用。经过多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，有其他仪器无法比拟的优势，适用于组建大、中规
