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1、西安交通大学本 科 毕 业 设 计 论 文 题 目：基于LABVIEW虚拟示波器的设计 系 别： 电 气 与 信 息 工 程 专 业： 测 控 技 术 与 仪 器 1西安交通大学城市学院本科毕业设计（论文）I摘要摘 要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。 本文采用计算机声卡来代替工业用的数据采集卡。所设计出的虚拟仪器成本低、通用性强，在对采样频率要求不高的情况下，可以用声卡取代数据采集卡进行采样充分利用了价格低廉的声卡进行数据采集。文章阐述了虚拟仪器的背景、概念、发展、组成等，
2、重点介绍了采用图形化编程软件LABVIEW设计虚拟示波器方法以及它的波形显示、频谱分析、参数显示等功能，最终实现开发一个能够对声音信号进行显示的虚拟示波器。本文所设计的虚拟示波器经过测试可以对信号正确的采集和显示，达到了本次虚拟示波器的设计要求。关键词：虚拟仪器，LABVIEW，示波器ABSTRACTABSTRACTVirtual instrument technology is now the computer system and instrumentation system combining the product of todays computer-aided testing is
3、 an important technology area. It advances towards the traditional digital instrumentation, intelligent, modular, network-based direction.In this paper, computer sound card to replace the industrial data acquisition card. The design of the virtual instrument, low cost, versatility, less demanding in
4、 the case of sampling frequency can be used to replace the sound card data acquisition card to sample the full advantage of the cheap sound card for data acquisition. Paper describes the background of virtual instruments, concepts, development, composition, focusing on the use of LABVIEW graphical p
5、rogramming software design method and its virtual oscilloscope waveform display, virtual spectrum analysis, parameter display and other functions, ultimately able to develop a sound signal shows a virtual oscilloscope.Designed in this paper tested the virtual oscilloscope can capture and display the
6、 correct signal, reaching the second virtual oscilloscope design requirements.KEY WORDS: Virtual instruments, LABVIEW ,OscilloscopeI目录目 录1绪论11.1 虚拟仪器背景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21.2 虚拟仪器的现状31.2.1 国外虚拟仪器的研究现状31.2.2国内虚拟仪器的研究现状41.2.3虚拟仪器的发展方向41.3本文的研究内容52 虚拟示波器设计理论72.1 虚拟示波器的
7、基本原理72.2虚拟示波器的功能方框图72.3虚拟示波器的声卡采集原理72.3.1声卡的作用92.3.2声卡的硬件结构102.3.3声卡的主要技术参数102.3.4声卡用于数据采集时的设置112.4本章小结123 虚拟示波器软件设计153.1 LABVIEW 简介153.1.1 G语言简介153.1.2 LABVIEW 程序组成163.1.3 LABVIEW 中有关声卡函数介绍163.2 程序的流程图183.3 程序的结构框图193.4 LABVIEW虚拟示波器的程序设计193.4.1 前面板的设计193.4.2 总程序的设计203.5 数据采集和处理模块203.5.1 声音输入设置223.5
8、.2声音输入读取243.5.3 声音输入清除253.6测量模块263.7 频谱分析模块283.8 参数显示模块293.9 本章小结294 程序的调试与测试314.1 虚拟示波器的性能指标314.1.1 采样频率314.1.2 采样精度314.2 程序的调试结果314.2.1 波形显示调试结果314.3 小结335总结与展望355.1 结论355.2 展望35致谢37参考文献3951绪论1绪论1.1 虚拟仪器背景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
9、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、智能一起和虚拟仪器。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，可能代替部分脑力老公，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
10、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，它的出现使得人类的测试技术进入了一个新的发展纪元。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（如微处理器、显示器等）和仪器硬件（如A/D、D/A、数字I/O、定
11、时器、信号调理等）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
12、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。1.1.3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2。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1.1.4
13、虚拟仪器的优点一台性能优良的虚拟仪器不仅可以实现传统仪器的大部分功能，而且在许多方面有传统仪器无法比拟的优点，如使用灵活方便、功能丰富、价格低廉、可一机多用、可重复开发等。与传统仪器相比虚拟仪器主要有以下几个优点：（1）融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能。而且高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置。（2）利用计算机丰富的软件资源，一方面，实现了部分仪器硬件的软件话，节省了物质资源，增加了系统的灵活性；一方面，通过软件技术和相应的数值算法、实时、直接的对测量数据进行各种分析和处理；另一方面，通过图形用
14、户界面（Graph User Interface）技术，真正做到界面友好，人机交互。（3）基于计算机总线和模块化仪器总线，使仪器的硬件实现了模块化、系列化，大大缩小了系统的尺寸，可方便的构建模块化仪器（Instrument on a Card）。（4）基于计算机网络技术和接口技术，使VI系统具有方便、灵活的互联能力，广泛支持诸如CAN，Field Bus，PROFIBUS等各种工业总线标准。因此，利用VI技术可方便的构建自动测试系统（ATS，Automatic Test System），实现测量、控制过程的网络化。（5）基于计算机的开放式标准体系结构。虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可
15、重复使用及互换性等特点。因此，用户可以根据自己的需要选择不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活、效率更高，缩短了系统组建和维修的时间3。1.2 虚拟仪器的现状1.2.1 国外虚拟仪器的研究现状虚拟仪器技术目前在国外发展很快，以美国国家仪器公司（NI公司）为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言，已作为各大学理工科学生的一门必修课程。美国的斯福坦大学的机械工程系要求三、四年级的学生在实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。最早和最具有影响力的开发软件，是NI公司的LABVIEW软件和Lab windows/CVI开发软件。LABVIEW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。Lab wind
