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

结课作业

班级：

自动化10-2

学号：

1067106235

姓名：

范丽媛

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概组成及特点，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他的波形显示、参数显示等功能。

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：

LabVIEW、虚拟仪器、示波器

目录

摘要2

设计题目：

虚拟示波器4

第1章虚拟仪器的概述4

1.1虚拟仪器的概念4

1.2虚拟仪器的构成4

1.3虚拟仪器的优点6

第2章虚拟示波器的原理7

2．1示波器的基本原理7

2.2实现过程7

2.2.1前面板设计7

2.2.2程序框图8

2.2.3设计while循环9

心得体会11

设计题目：

虚拟示波器

第1章虚拟仪器的概述

1.1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。

1.2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Fieldbus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。

（1）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。

（2）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。

（3）GPIB总线方式的VI

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。

（4）VXI总线方式的VI

VXI总线是VMEbuseXtensionforInstrumentation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、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合，但VXI系统要求有专用的机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。

（5）PXI总线形式的VI

PXI总线是PCIeXtensionforInstrumentation的缩写，是PCI在VI领域的扩展。

这种新型模块化仪器系统是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的，具有多板同步触发、精确定时的星形触发、相邻模块间高速通讯的局部总线以及高度的可扩展性等优点，适用于大型高精度集成系统。

（6）网络接口方式的VI

尽管Internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过NI等公司已经开发了通过Web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过Internet操作仪器设备。

根据虚拟仪器的特性，我们能够方便的将虚拟仪器组成计算机网络。

利用计算机网络将分散在不同地理位置不同功能的设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。

现在，有关MCN（MeasurementandControlNetworks）方面的标准正在积极进行，并取得一定的进展。

由此可见，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。

（7）USB接口方式的VI

UniversalSerialBus（USB）因为其在PC机上的广泛使用、即插即用的易用性和USB2.0高达480Mbits/s的传输速率，逐渐的成为仪器控制的主流总线技术。

现在计算机上的USB接口越来越多，也使得工程师可以很方便的将基于USB的测量仪器连接到整个系统中。

但是USB在仪器控制方面上亦有一些缺点。

比如说USB的排线没有工业标准的规格，在恶劣的环境下，可能造成数据的丢失，此外，USB对排线的距离也有一定的限制。

1.3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，通过图形用户界面（GraphUserInterface）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（InstrumentonaCard）。

（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，FieldBus，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，AutomaticTestSystem），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。

下表是虚拟仪器与传统仪器的比较。

表1-1虚拟仪器与传统仪器的比较

虚拟仪器

传统仪器

开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展

封闭性、仪器间相互配合较差

关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序即可。

关键是硬件，升级成本较高，且升级必须上门服务。

价格低廉，仪器间资源可重复利用率高

价格昂贵，仪器间一般无法相互利用

用户可定义仪器功能

只有厂家能定义仪器功能

可以与网络及周边设备方便互连

与其他设备仪器的连接十分有限

软件使得开发和维护费用降至最低

开发和维护开销高

技术更新周期短（1-2年）

技术更新周期长（5-10年）

数据可编辑、存储、打印

数据无法编辑

第2章虚拟示波器的原理

2．1示波器的基本原理

示波器是利用电子射线的偏转，来显示电信号瞬时值图象（常成为时间波形）的一种仪器。

它能快速的把肉眼不能直接看见的电信号的时变规律，以可见的形式，形象的显示出来。

目前，示波器在信号测试、信号比较、逻辑分析等领域得到了广泛的应用。

虚拟示波器主要由软件来完成信号的采集、处理和输出。

系统软件包括前面板生成框图程序和图标连接端口。

仪器主要功能包括：

通道选择、时基幅值控制、滤波器、信号发生器、数据存储与回放等。

在完成各个功能时其实示波器就是利用电子射线的偏转，来显示电信号瞬时值图像（时间波形）的一种仪器。

它能快速的把肉眼不能直接看见的电信号的时变规律，以可见的形式，形象的显示出来。

2.2实现过程

2.2.1前面板设计

在前面板中右键选择新式—修饰，选择自己喜欢的方框，圆形框图进行修饰。

前面板的设计如下图：

图2.1前面板

2.2.2程序框图

图2.2为真时程序框图

程序框图为假时：

图2.3为假时程序框图

2.2.3设计while循环

启动LabVIEW8.5,进入程序运行界面，进入程序框图，击右键进行选择。

打开程序框图，在框图中的面板上单击鼠标右键弹出功能选板，在编程结构中选中While循环，拖动鼠标至一定的大小完成循环。

通过一个While循环无限循环运行，然后通过一个条件选择结构判断程序是否运行，条件结构里面通过条件结构选择输出波形通道，由数据采集系统采集信息送至波形显示控件及数据统计分析进行动态显示，由读取测量文件和写入测量文件及一个波形显示控件对数据进行显示、存储、回放，回放波形由另一个波形输出控件进行显示。

图2.4while循环

while循环里完成数据采集系统的部分：

图2.5单通道方波

图2.6单通道正弦波

图2.7多通道方波

图2.8多通道正弦波

心得体会

通过这次设计，课堂的中学习到的知识得到运用，在设计的过程中我发现，课堂学的东西远远不能满足实际应用，必须自己再自学一些知识才能比较好的完成相关要求。

由于本人的学习能力所限，与真实的示波器相比有些功能无法实现，设计出来的简单虚拟示波器只能实现示波器的一部分功能。

但是在设计的过程中所学到的实际应用知识是无价的，我想在以后的学习生活中应该多学习些实际应用的东西，增加动手能力，以更好的适应社会发展。