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1、工程学院课 程 设 计课程设计题目：基于Labview的虚拟示波器设计 工程学院课程设计任务书课程设计题目：基于Labview的虚拟示波器设计 系 别 自控系 班级 测本101 学生 顾亚辉 学号 2010312113 指导教师 雷彦华 职称 助工 课程设计进行地点： 实训F430 任 务 下 达 时 间： 13年 3月4日起止日期： 13年3月4日起至13年3月8日止教研室主任 年 月 日批准基于Labview的虚拟示波器设计成绩评定表指导教师评审意见评价容具体要求权重评分加权分论 证独立查阅文献，制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好
2、，能够独立完成设计工作。0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满， 0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，文字通顺，技术用语准确，符号统一，书写工整规。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12）分加权分合计指导教师签名：年 月 日评阅教师评审意见评价 容具体要求权重评分加权分查文献查阅文献有广泛性，有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，文字通顺，技术用语准确，符号统一，书写工整规。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评阅教师签名：年 月 日课程设计总评成
3、绩分系部：自控系 班级：测控本101 学生:顾亚辉 中文摘要在现代测量领域中，为了对电路功能进行检测，有许多的测量仪器可供使用。只要电量不随时间变化，借助于仪器来掌握数值的大小就足够了。但是，对于曲线形状、周期或频率以及最大值的附加数据都属于交流量的电路，由于交变量的曲线形状是多种多样的，以至于只有用图像才能充分加以描述。因此一般的电过程差不多都可以用图像语言来描述，且只有这样才便于理解。作为这类“电”图像的中介物，示波器在现代电子学中是不可缺少的。它经常代替一系列单个仪器：电压表、电流表、频率计、相位计等。由于传统的示波器加工工艺复杂，对制造水平要求高，生产突破有困难，因此价格非常昂贵，容易
4、损坏，且开发和维护的费用高，技术更新周期长，对于一般用户很不实用。随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化方向发展。虚拟仪器概念的提出并得到了迅速的发展，虚拟仪器技术的发展，标志着二十一世纪测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能，使用者操作这台计算机，就像是在使用一台专门的电子仪器。虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，是一种具有仪器功能的软硬件组合。它充分利用计算机技术，在基本硬件支持下，通过调用相应的软件模块来完成数据采集、控制、分析、处理以及结果显示，从而实现各种传统仪器的功能。本设计便是利用虚拟仪器设计一个虚拟示波器并
5、实现它的虚拟频谱分析功能的一台简单的示波器。在掌握了虚拟仪器的基本结构及信号的相关知识基础之上，设计了一套虚拟示波器。在此基础上完成了频谱分析模块、存储模块、显示模块、滤波模块和测量模块的设计。关键字:虚拟仪器 示波器 数据采集目录目录11课程设计要求21.1设计主要容及要求21.2对设计论文撰写容、格式及字数的要求21.3时间进度安排22课程设计思路33设计流程图44各模块设计44.1数据采集模块54.2信号分析及处理模块74.3频谱分析模块84.4波形显示模块94.5波形存储和回放模块114.6程序集成12总结14致15参考文献16附录171 课程设计要求1.1 设计主要容及要求基于DAQ
6、的虚拟示波器1）波形来自外来的信号发生器（信号发生器一台）2）通过DAQ采集此信号（波形采集）3）主界面要求为一个典型的示波器界面，各个调节按钮的功能应该均具备。4）要求显示波形的特征量。5）存储并回放波形。1.2 对设计论文撰写容、格式及字数的要求1) 课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于 3000字。2) 学生应撰写时应做到文理通顺，容正确完整，书写工整，装订整齐。3) 论文要求打印，打印时按工程学院毕业设计（论文）撰写规的要求4) 课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。1.3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完
7、成 容备注13月4日教师讲解题目，学生查阅相关资料23月5日进行方案论证，确定程序流程，熟悉NI-DAQ使用方法33月6日程序设计43月7日调试程序53月8日撰写论文，成果验收2 课程设计思路 本虚拟数字存储示波器是再对传统示波器进行分析后，基于多功能DAQ采集卡和LabVIEW开发平台来设计的具有数字存储示波器的电子测试仪，主要有数据采集部分、数据处理部分、波形显示部分、波形存储和回放以等部分组成，可以完成对信号的输入及获取、信号电压参数及时间频率参数的自动测量、信号波形显示及存储回放等功能 该示波器主要由数据采集DQA、接口总线、硬件驱动程序和虚拟数字示波器软件构成。数据采集卡把采集到的电
8、压信号经过处理，通过系统总线送进计算机进行处理。在使用DAQ卡之前必须对DAQ卡的硬件进行配置，这些控制程序用到了相应的底层DAQ驱动程序。根据设计要求，程序应包括以下模块：第一部分：数据采集。主要完成数据采集和控制，包括设备号和通道号的选择控制，选择信号连接的方式，设置采样率和采样点数以及选择适当的采样方式。第二部分：波形显示。对采集到的信号进行实时显示，可以对时间和幅度调节，同时也能显示经过处理后的波形。第三部分：信号处理。主要完成对采集到的信号进行测量和频谱分析。能测定信号波形的电压，峰峰值，频率，周期，和均方根等参数；并对输入信号进行幅度分析，显示幅度图第四部分：波形的存储和回放。可随
9、时将原始信号或处理过后的信号以LABVIEW特有的LVM文件格式存储在本地硬盘上，以便日后分析或处理，并能将波形以JPEG图片格式存储在本地硬盘上供日后查看。回放功能随时将存储的LVM格式波形文件提出显示在示波器的前面板的波形回放显示控件上。这样就完成了虚拟示波器的基本功能，这与传统仪器一样，由数据采集与控制，数据分析，结果显示等组成。3 设计流程图信号发生器信号处理DAQ数据采集卡回放存储数据波形显示调幅，调频4 各模块设计4.1 数据采集模块利用LabVIEW强大的数据采集功能，通过DAQ的模拟输入来达到数据采集的目的。设计中使用初级模拟输入模块，它们位于Date Acquisition子
10、选板下的DAQ助手，首先对DAQ设置并选择通道，主要完成数据采集和控制，包括设备号和通道号的选择控制，选择信号连接的方式，设置采样率和采样点数以及选择适当的采样方式。该模块主要完成数据采集的任务，其中，模块采用了测量I/O模板Data Acquisition子模板Analog Input子模板Analog Input Utilities子模板中的AI Waveform Scan(scaled array).vi来控制数据采集卡进行数据采集，此VI图标如图3.1.1所示。注：应用此类VI，计算机需安装Traditional NI-DAQ。整个程序框图的其他连线点都是AI Waveform Sca
11、n(scaled array).vi服务的，由于牵扯到硬件，和该vi的解释，所以在此不再过多解释框图含义。图4.1 AI Waveform Scan(scaled array).vi模块程序框图如下： 图4.2 DAQ生成DAQmx子代码数据采集切换到前面板，调整各控件的大小和位置，并设置各控件的标签的字体颜色和大小，相应的数据采集前面板输入控制如下图：在这里可以选择采集数据的物理通道，我的数据采集通道为Dev1/ai1（设备1，模拟输入通道1）；信号连接方式设置为：差分，以及采样率和采样点数，采样方式。 图4.3 4.2 信号分析及处理模块本模块主要模拟示波器的参数测量功能，完成包括Vrms
12、等12个电压参数和频率、周期等7个时间参数的测量，并显示其测量结果。对信号进行采集后，需要对信号进行一定的处理，如对信号的测量，滤波处理和频谱分析等。这里首先对信号测量进行设计。波形测量模块应分为测量直流信号和交流信号两种情况。因此这里会用到条件结构。对于直流信号只需测量它的直流电压值，对于交流信号要测量的就比较多了：电压波形的频率，周期，最大值，最小值，峰峰值，和均放置等等。并且还要将测量的值显示出来。在测量之前要在条件结构的外边加一个选择布尔，选择是测量直流还是交流。设计过程如下：1. 切换到前面板窗口，添加一个“菜单下拉列表”控件。在选项卡中设置“直流”和“交流”项，对应于条件结构的“0
13、”和“1”2. 切换到程序框图窗口，再循环添加一个条件结构，并将对应的选择器分支连接好。在条件结构的0分支框，添加“幅值和电平测量ExpressVI，用来测量直流信号的电压值。程序框图如下： 图4.4打开前面板观察到显示如下图： 图4.54.3 频谱分析模块首先根据通道的选择提取要分析的信号，然后完成信号加窗，自功率谱的输出，最后完成对显示坐标及频谱单位的转换，并送入频谱分析显示模块，另外通过功率和频率估计节点来提取信号基频，供其他模块使用。通过分析逻辑按键和一个条件结构决定是否调用其显示模块。频谱分析显示模块是将输入的df（频谱间隔）和频谱通过捆绑成簇，然后送入频谱图（XY图）显示，输入的频谱单位通过一字符显示控件显示在频谱图相应位置。另外，通过在其前面板上添加了暂停和返
