LabView虚拟示波器实验报告.docx

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LabView虚拟示波器实验报告

虚拟仪器课程

设计说明书

题目：

双通道波形发生器

姓名：

李竹芸

学号：

1067106222

专业：

自动化

班级：

自动化10-2班

指导教师：

肖俊生

1　虚拟仪器

1.1虚拟仪器的起源

虚拟仪器技术是现代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仍能看到，如指针式万用表、晶体管电压表等。

它们的基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示最终结果。

第二代数字化仪器，这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字示波器、数字频率计等。

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。

第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。

它的功能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，它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器产业发展的一个重要方向。

虚拟仪器（VirtualInstruments，简称VI）的概念，是美国国家仪器公司（NationalInstrumentsCorp.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。

随着现代软件和硬件技术的飞速发展，仪器的智能化和虚拟化已经成为各级实验室以及研究结构发展的方向。

虚拟仪器，它既具有传统仪器的功能，又有别与其他传统仪器。

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捷。

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、数据存储等。

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、定时器、信号调理等）的测量能力、控制能力结合在一起。

虚拟仪器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在数据的分析、处理、表达、传递、储存等方面的限制，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应用于电力工程、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。

1.3虚拟仪器工作原理

与传统仪器一样，虚拟仪器同样划分为数据采集与控制、数据分析处理、结果表达三大功能模块（如图1－1）。

虚拟仪器以透明的方式把计算机资源和仪器硬件的测试能力结合起来，实现了仪器的功能运作。

图1－1虚拟仪器的功能模块

虚拟仪器用各种图标或控件来表示传统仪器面板上的各种器件。

由各种开关图标来实现仪器电源的通断;由各种按钮图标来设置被测信号的“放大倍数”、“通道”等参数;由各种显示控件以数值或波形的方式显示测量或分析结果;由计算机的鼠标和键盘操作来模拟传统仪器面板上的实际操作;以对图形化软件流程图的编程来实现各种信号测量和数据分析功能。

虚拟仪器由硬件平台和应用软件两大部分构成。

本节将分别从硬件、软件和系统三个方面来介绍虚拟仪器的工作原理及具体构成。

（1）硬件平台

虚拟仪器的硬件平台由计算机和I/O接口设备组成，如图1－2所示。

计算机是硬件平台的核心，一般是工作站，也可用普通的PC机。

I/O接口设备负责被测信号的采集、调整、放大、模/数转换。

常用的I/O接口设备有以下5种：

PC-DAQ接口、GPIB接口、串行接口、VXI接口和PXI接口。

其中PC-DAQ接口是最基本、最常用的接口方式。

（2）软件平台

图1－2虚拟仪器的构成

虚拟仪器软件将可选硬件（如DAQ、GPIB、RS-232、VXI、PXI）和可以重复使用源码库函数等软件结合起来，实现模块间的通信、定时与触发，源码库函数为用户构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的软件模块。

当用户的测试要求变化时，可以方便地由用户自己增减软件模块，或重新配置现有系统以满足现有系统的测试要求。

虚拟仪器软件包括应用程序和I/O接口设备驱动程序。

应用程序又由实现虚拟仪器前面板功能的软件程序和定义测试功能流程图的软件程序两部分构成。

I/O接口设备驱动程序实现对特定外部硬件设备的控制。

（2）整体系统

虚拟仪器整体系统结构如图1－3所示。

图1－3虚拟仪器整体系统结构

虚拟仪器信号流程如图1－4所示。

图1－4虚拟仪器信号测量流程图

2　虚拟示波器设计方案

虚拟示波器是采用基于计算机的虚拟技术，用以模拟通用示波器的面板操作和处理功能，也就是使用个人计算机及其接口电路来采集现场或实验室信号，并通过图形用户界面（GUI）来模仿示波器的操作面板，完成信号采集、调理、分析处理和显示输出等功能。

虚拟仪器由仪器硬件和功能模块软件两部分组成，虚拟示波器的设计也不例外。

系统框图如图2.1所示。

图2.1虚拟示波器系统框图

软件设计部分主要是软件的选择、前面板设计和程序设计。

此处采用的软件是NI公司的LabVIEW8.2。

前面板设计和程序设计是本文阐述的重点，也是本次设计的主要任务，图2.2为虚拟示波器程序设计程序流程图。

虚拟示波器启动后，首先进行初始化，然后开始采集数据，将采集来的数据送入缓冲区，根据触发方式判断是否触发，若不符合触发条件，则重复采集过程，否则将缓冲区值送去显示，再判断是否有按键按下去执行相应的子程序。

图2.2虚拟示波器程序流程图

数据采集部分由软件配以一定的硬件来实现，主要为接口驱动程序设计和外部硬件电路。

接口采用计算机串口，故硬件主要实现采集数据的模数转换和电平转换。

硬件部分采用了常见的基于单片机的

数据采集系统，如图2.3所示，将待测电信号送入模数转换器件AD574A，转换后的数据传送给51单片机，再由单片机与计算机串口进行数据传输。

单片机与计算机串口遵守RS232协议。

。

图2.3数据采集电路

3虚拟示波器设计过程及结果

3.1设计题目:

双通道虚拟示波器

3.2设计目的:

了解、熟悉并掌握虚拟仪器的相关知识；完成所要求的实验内容

3.3设计要求

（1）信号频率、幅值可调。

制作单通道示波器，通过制作掌握LabVIEW的设计使用。

（2）通过数据采集卡进行波形的输入输出，以此来了解并掌握数据采集卡的使用方法

3.4设计思想:

采用DAQ板卡外接信号作为信号源，当程序运行起来后，先进行通道选择，然后用“旋钮”对信号波形进行设定，在这一过程中要调节信号的“扫描时间”、“幅值”两个量值，并选择通道，以接受所需的信号。

整个过程需通过波形图控件来显示产生的波形，以作参考，接着通过配备DAQ采集卡，采集信号并且输出,存储并回放。

3.5设计实现过程：

前面板图如下所示：

在硬件中设置参数如下图：

设计面板如下图所示：

当选择不同通道时设计面板如下

选择不同通道时示波器的图形如下图所示：

4课程设计总结

通过本次虚拟仪器实验，使我对Labview有了更为深刻的认识与理解，只有通过实验才会真正学到知识，进而提高自己的动手能力。

自己所学到的不仅是labview所包含的知识，在这个过程中更重要的是发现问题与解决问的方法。

此次设计与实际相联系，极大的提高了我的动手实践能力。

同时我也看到了Labview软件的潜力，它的功能真是很强大，是一款很有实用价值的软件，能够解决很多实际问题。