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1、本科毕业设计说明书基于LABVIEW的双通道示波器设计DESIGN OF DUAL CHANNEL VIRTUAL OSCILLOSCOPE BASED ON LABVIEW学院（部）： 机械工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 2013 年 6 月 10 日基于LABVIEW的双通道示波器设计摘要虚拟仪器是现代计算机软硬件技术飞速发展的产物，它正逐步取代传统的电子仪器，是现代电工电子测量仪器的发展方向。虚拟仪器主要由数据采集、数据分析处理、数据输出与显示三部分模块组成。本文主要介绍双通道虚拟示波器的设计。这种仪器是基于被命名为LABVIEW图形化语言而发展形成的，并且它能够实现数据采
2、集、显示波形、数据存储、测量录音、打印数据和在线传输等多种功能。实验结果显示这种仪器拥有以下优势，例如稳定的显示、精准的测量、功能扩展和方便不同水平的人员操作的友好的交互界面。关键词：虚拟仪器, 双通道示波器, LABVIEWDESIGN OF DUAL CHANNEL VIRTUAL OSCILLOSCOPE BASED ON LABVIEWABSTRACTThe hypothesized instrument is the modern computer software and hardware technology rapid development product, it is su
3、bstituting for traditional gradually the electronic instrumentation, is the modern electrician electronic surveying instrument development direction. The hypothesized instrument mainly by the data acquisition, data analysis processing, the data output and demonstrated three parts of modules compose.
4、This article deals with the design of dual channel virtual oscilloscope.The instrument was developed based on graph language named LABVIEW,and it can perform various tasks such as acquiring data,displaying waveform,storing data,measuring playback,printing data,and online transmission.The experimenta
5、l results show that the instrument enjoys such advantages as steady performance,precise measurement,expanded functions and friendly interface so people at various levels may use it. KEYWORDS: virtual instrument, dual channel virtual instrument, labview目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1研究背景及动态11.2本文的研究意义及内容21.2
6、.1研究意义21.2.2研究内容21.3 国内外的研究现状32 虚拟示波器的介绍42.1 虚拟仪器的简介42.2 虚拟示波器的功能42.3 虚拟示波器的组成部分52.4 虚拟示波器的工作原理53 采集系统的设计73.1 数据采集技术简介73.2 数据采集系统的设计93.2.1 系统硬件配置103.2.2 通信协议113.2.3 主机通信程序113.2.4 下位机的串行通信程序设计123.3数据采集的实现133.3.1 LabVIEW通讯资源VISA简介133.3.2 在LabVIEW中调用C语言164 设计与实现174.1 设计目标及要求174.2 虚拟示波器简介174.3 双通道示波器VI的
7、主体及程序184.3.1 仿真信号采集模块194.3.2 通道选择模块194.3.3水平分度调节模块194.3.4 幅值分度调节模块204.3.5 波形存储、停止模块204.4 双通道示波器VI的设计过程204.4.1 前面板的创建和设计214.4.2 各模块功能实现的设计305 波形仿真部分345.1 仿真部分简介345.2 仿真波形参数设置345.3 仿真波形效果图34结论37附录38参考文献46致谢471 绪论在数字电路实验中，需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而逻辑分析仪和
8、存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。示波器用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器，由电子管放大器、扫描振荡器、阴极
9、射线管等组成。除观测电流的波形外，还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。示波器分为数字示波器和模拟示波器。模拟示波器采用的是模拟电路（示波管，其基础是电子枪）电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。 而数字示波器则是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。利用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各
10、种不同信号的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。1.1研究背景及动态随着计算机、通信、微电子技术的日益完善，以及以Internet为代表的计算机网络时代的到来和信息化要求的不断提高，传统的通信方式突破了时空限制和地域限制，大范围通信变得越来越容易，对测控系统的组建也产生了越来越大的影响。一个大的复杂测试系统的输入、输出、结果分析往往分布在不同的地理位置，仅用一台计算机并不能胜任测试任务，需要由分布在不同地理位置的若干计算机共同完成整个测试任务。集成测试越来越不能满足复杂测试任务的需要，因此，“网络化仪器”的出现成为必然。网络技术应用到虚拟信号发生器中是虚拟仪器发展的大趋势。同传统的编
11、程语言相比，采用LabVIEW图形化编程方式可以节省大约80%的程序开发时间，并且其运行速度几乎不受影响，其一般特征是将虚拟信号发生器、外部设备、被测点以及数据库等资源纳入网络，实现资源共享，共同完成测试任务。使用网络化虚拟信号发生器，可在任何地点、任意时刻获取测量数据。和以PC为核心的虚拟信号发生器相比，网络化将虚拟仪器的发展产生一次革命，网络化虚拟仪器将把单台虚拟仪器实现的三大功能（数据采集、数据分析、及图形化显示）分开处理，分别使用独立的基本硬件模块实现传统仪器的三大功能，以网线相连接，实现信息资源的共享。“网络就是仪器”概念的确立，使人们明确了今后仪器仪表的研发战略，促进并加速了现代测
12、量技术手段的发展与更新。1.2本文的研究意义及内容1.2.1研究意义示波器、是科研机关、企业研发实验室、大专院所的必备测量设备，而虚拟示波器系统集成了示波器、信号发生器和频谱分析模块，具有很大的应用价值，主要为： 1) 可以加强实验室技术基础建设。实验室仪器仪表的现代化水平反映了实验室技术基础，而基于计算机技术的虚拟示波器系统极大地降低了仪器成本，使大部分学校的实验室都能配备，这给学生的实验操作带来了极大的方便。同时，虚拟示波器系统是计算机技术和测量技术的完美结合，不仅提高实验仪器的技术含量，还符合实验室仪器仪表现代化的教学要求。 2) 缩短测量系统的开发时间。虚拟示波器系统提供良好的性能扩展
13、能力，用户可以通过自定义模块快速开发出一整套测量系统，提高系统的开发效率。 3) 远程数据测量。有的测量环境十分恶劣，用传统仪器测量数据可能会使测量人员的人身安全受到威胁，用虚拟示波器系统可以进行远程数据测量，使测量人员远离危险环境。 4) 仪器智能化。虚拟示波器系统是计算机技术与测量技术的完美结合，利用它可以实现24小时无人值守的参数测量、数据分析、数据存盘等功能，为数据的实时测量提供保障。 总之，虚拟示波器系统是虚拟仪器在测量方面的典型应用，具有十分实用的价值。1.2.2研究内容本文所研究的内容主要是利用虚拟仪器的基础上设计出一个具有传统示波器功能的简单电子数字示波器，并且相对于传统示波器
14、，本文所研究的示波器有其相对的一些优势，例如本文研究的示波器可以实时存储数据、打印波形等功能，而且这种示波器不拘泥于形式，可以根据实际情况的需要删减和扩展一些功能，所付出的劳动只是在示波器主程序中做出一些修改。在本文第二章中，主要介绍了虚拟仪器的概念、特点和优势、系统组成、优势及发展现状，阐述与本论文编程有关的虚拟仪器在示波器中的应用。第三章是介绍双通道示波器的硬件部分，主要阐述了数据采集卡对外界信号的采集，单片机的电路设计，通过VISA与串口进行通信等内容。第四章是全文的重点，详细阐述了双通道示波器的设计与实现，展示了示波器在测量信号时的各种功能。因为现实情况中条件的限制没能用到一些硬件，本
15、章中还设置了仿真信号的输入，使之产生了仿真波形显示。1.3 国内外的研究现状虚拟仪器从二十世纪八十年代开始引起人们关注，之后迅速发展。经过数十年的发展，其所涉及领域不断扩大，在对电子测量、实验教学、测量分析、航天测控、工程过程控制等领域逐步替代了很大部分的传统测量仪器，产生了很大的经济和社会效益。在过去的几十年里，仪器测量技术得到了长足的发展，发展过程大致经历三个阶段，即模拟仪器、数字仪器和智能仪器。但共同特点是“信号采集和控制、分析与处理、结果的表达与输出三大功能模块，而这些模块原来只能由厂家来制造定义、，那样的话就会使仪器功能固定化、灵活性差。在如今的计算机技术支持下，将仪器与计算机结合进行测试，如将仪器的信号分析处理、结果输出表达放到计算机上完成，或将仪器的三大功能设计模块全部放到计算机上来完成，是完全可以实现的，在这种需求的背景条件下顺理成章诞生了虚拟仪器。虚拟仪器的概念最初是由美国国家
