PAGEPAGE34業設計論文設計題目：基于 LabVIEW虛擬示波器設計指導教師：設 計 者：摘 要虛擬儀器是現代計算機軟硬件技術飛速發展的產物， 它正逐步取代傳統的電子儀器， 是現代電工電子測量儀器的發展方向。 虛擬儀器主要由數據采集、 數據分析處理、數據輸出與顯示三部分模塊組成。其軟件開發平臺有 LabView、VC++等。在此基礎上， 利用美國 NI公司的虛擬儀器開發環境 LabVIEW設計了虛擬示波器，介紹虛擬示波器的實現過程。 該儀器是用基于圖形化編程語言 LabVIEW8i編寫的 ,本虛擬示波器涉及主要功能包括： 雙通道信號輸入、 觸發控制、 通道控道 A或 B、及 等。測試結果表明本文設計的兩通道數字示波器系統設計正確。關鍵詞 :虛擬儀器 ;示波器 ;LabVIEWAbstractTheinstrumentisthemoderncomputersoftwareandhardwaretechnologyrapiddevelopmentproduct,itissubstitutingfortraditionalgraduallytheelectronicinstrumentation,isthemodernelectricianelectronicsurveyinginstrumentdevelopmentdirection.Thehypothesizedinstrumentmainlybythedataacquisition,dataanalysisprocessing,thedataoutputanddemonstratedthreepartsofmodulescompose.ItssoftwaredevelopmentplatformhasLabView,VC++andsoon.Inthisfoundation,hasdesignedthehypothesizedoscilloscopeusingAmericanNICorporation'shypothesizedinstrumentdevelopmentenvironmentintroductionoscilloscopeprocess.Thisinstrumentiswith,thisoscilloscopewhichcompilesbasedonpresenteinfiguresanddiagramsprogramminglanguageLabVIEW8iinvolvesthemainfunctiontoinclude:Doublechannelsignalinput,triggeringcontrol,channelcontrol,timebasecontrol,profiledemonstration,parameterfromsurveyandsoon.Thisoscilloscopedataacquisitionfunctionandtheordinaryoscilloscopearesame;Profiledemonstrationpattern:ChannelAorB,A+BandA-Bandsoon.Thetestresultindicated,thisarticledesignstwochanneldigitaloscilloscopesystemdesigniscorrect.Keyword:Virtualinstrument;Oscilloscope;LabVIEW錄引 言 1第一章：虛擬儀器 7虛擬儀器概述 7虛擬儀器的特點 8虛擬儀器現狀及其發展趨勢 9虛擬儀器的發展及特點 9虛擬儀器的發展方向 10虛擬儀器的設計步驟 10第二章： LabVIEW概述 12什么叫 LabVIEW. 12LabVIEW軟件的特點 14第三章 示波器設計 15本示波器功能 15主要功能模塊 15波形顯示模塊 15示波器前面板設計 16示波器的后面板（程序設計） 17數據采集模塊（模擬數據采集） 17自動掃描控制 23波形顯示 24測量波形的各種參數 27手動 /自動程序 29總程序 30論 31后記 32參考文獻 33引言隨著計算機技術的發展， 傳統儀器開始向計算機化的方向發展。 虛擬儀器90年代提出的新概念。虛擬儀器技術的提出與發展，標志著二十一世紀自動測試與電子測量儀器領域技術發展的一個重要方向。 所謂虛擬儀器， 就是在通用的計算機平臺上定義和設計儀器的測試功能， 使用者操作這臺計算機， 就像是在用一臺專門設計的電子儀器。傳統臺式儀器是由儀器廠家設計并定義好功能的一個封閉結構，它有固定的輸入 /輸出接口和儀器操作面板，每種儀器實現一類特定的測量功能，并以確定的方式提供給用戶。 從一般的儀器設計模型看， 一種儀器無非是由數據采集、 析處理、 人機交互和顯示等幾部分功能模塊組成的整體。 因此我們可以設想在必要的數據采集硬件和通用計算機支持下， 通過軟件設計實現儀器的全部功能， ， 出優勢。一方面，目前我國高檔臺式儀器如數字示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀， 、 ， ，器系統；另一方面，用戶可以將一些先進的數字信號處理算法應用于虛擬儀器，， 的。 ， 。 器技術目前在國外發展很快，以美國國家儀器公司（ NI公司）為代表的一批廠商已經在市場上推出了基于虛擬儀器技術而設計的商品化儀器產品。 數字示波是在科學研究和工程設計中廣泛應用的一種通用儀器。LabVIEW是 NI推出的虛擬儀器開發平臺軟件，它們能夠以其直觀簡便的編程方式、 眾多的源碼級的設備驅動程序、 多種多樣的分析和表達功能支持， 為用戶快捷地構筑自己在實際生產中所需要的儀器系統創造了基礎條件。 LabVIEW用圖形化編程語言 --G、 、 ， 間內掌握并應用到實踐中去。特別是對于熟悉儀器結構和硬件電路的硬件工程師、現場工程技術人員及測試技術人員來說，編程就像設計電路圖一樣；因此，硬件工程師、 現場工程技術人員及測試技術人員們學習 LabVIEW駕輕就熟， 在短的時間內就能夠學會并應用 LabVIEW。該儀器是用基于圖形化編程語言LabVIEW8而編寫的 ,主要功能包括：雙通道信號輸入、觸發控制、通道控制、時基控制、 波形顯示、 參數自測量等。 本虛擬儀器的數據采集的功能與普通示波道 A或B、A+B及A-B明 ,性 ,一章：虛擬儀器虛擬儀器概述虛擬儀器（ virtual是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發展的一個重要方向。 粗略地說這種結合有兩種方式， 種是將計算機裝入儀器， 其典型的例子就是所謂智能化的儀器。 隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小， 這類儀器功能也越來越強大， 目前已經出現含嵌入式系統的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統為依托，實現各種儀器功能。 虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。被被測對象信號調理數據采集卡數據處理虛擬儀器面板虛擬儀器的主要特點有：盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。可充分發揮計算機的能力，有強大的數據處理功能，可以創造出功能更強的儀器。用戶可以根據自己的需要定義和制造各種儀器。虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數據采集系統。 虛擬儀器的研中涉及的基礎理論主要有計算機數據采集和數字信號處理。目前在這一領域內，使用較為廣泛的計算機語言是美國 NI公司的 LabVIEW。虛擬儀器的起源可以追朔到 20世紀 70年代，那時計算機測控系統在國防航天等領域已經有了相當的發展。 PC機出現以后，儀器級的計算機化成為可能，甚至在 Microsoft公司的 Windows誕生之前， NI公司已經在 Macintosh計算機上推出了 LabVIEW2.0以前的版本。對虛擬儀器和 LabVIEW長期、系統、有效的研究開發使得該公司成為業界公認的權威。普通的 PC有一些不可避免的弱點。用它構建的虛擬儀器或計算機測試系統性能不可能太高。目前作為計算機化儀器的一個重要發展方向是制定了VXI準，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個插卡，為了保證儀器的性能，又， 其面板仍然用虛擬的方式。 的 再與計算機相連，就組成了。 ， 的 。 是 或儀器的特點虛擬儀器與傳統儀器相比，有以下 6個特點。導致許多識別與操作錯誤。 虛擬儀器與之不同， 它可以通過在幾個分面板上的操作來實現比較復雜的功能。 這樣， 在每個分面板上就可以實現功能操作的單純化面板布置的簡捷化， 從而提高操作的正確性與便捷性。 同時， 虛擬儀器面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受“標準件”和“加工工藝”的限制，它們， ， 設計儀器面板2）在通用硬件平臺確定后，由軟件取代傳統儀器中的硬件來完成儀器的功能。儀器的功能是用戶根據需要由軟件來定義的，而不是事先由廠家定義好的。儀器性能的改進和功能擴展只需更新相關軟件設計，而不需購買新的儀器。研制周期較傳統儀器大為縮短。虛擬儀器開放、靈活，可與計算機同步發展，與網絡及其它周邊設備互聯。決定虛擬儀器具有傳統儀器不可能具備的特點的根本原因在于“虛擬儀器的關鍵是軟件” 。虛擬儀器在工程應用和社會經濟效益方面具有突出的優勢。 目前， 我國高些儀器加工工藝復雜， 對制造水平要求高， 生產突破有困難， 而采用虛擬儀器術后， 就可以通過只采購必要的通用儀器硬件來設計自己的高性能價格比的儀器系統。儀器現狀及其發展趨勢儀器的發展及特點儀器的發展過程。 ， 這類指針式儀表借助指針來顯示最終結果。。 當 紀 ， 。 紀 以。 ， 并以舒數字方式輸出最終結果，適用于快速響應和較高準確度的測量。。 ， 。 ， ， ， ， 為， ， 核， 。 、 的， ， ，。 展紀元。國際上從 1988年開始陸續有虛擬儀器產品面市。當時有 5家制造商推出了30種產品，此后，虛擬儀器產品成倍增加。儀器的發展方向隨著計算機、通信、微電子技術的不斷發展，以及網絡時代的到來和信息化要求的不斷提高， 網絡技術應用到虛擬儀器領域中是虛擬儀器發展的大趨勢。 國內網絡化虛擬儀器的概念目前還沒有一個比較明確的提法， 也沒有一個被測量界廣泛接受的定義。 其一般特征是將虛擬儀器、 外部設備、 試點以及數據可、 。 以 ， ，。 獨， ， 儀器的設計步驟在LabVIEW平臺下， 一個 VI有兩部分組成： 前面板和流程圖 （或稱后面板） 前面板的功能等效于傳統測試儀器的前面板； 流程圖的功能等效于傳統測試儀器與前面板相聯系的硬件電路。 在設計時， 要考慮硬件部分。 虛擬儀器的設計方法包括 I/O接口儀器驅動程序的設計、 儀器面板的設計與儀器功能算法的設計三部分。1） 確定程序設計的總體方案在編制虛擬儀器程序前， 必須首先對程序進行總體設計分析： 一是要確定序要實現的功能、 要顯示的圖形對象、 要輸出的報表； 二是確定程序的層次關系，如主程序和子程序之間的關系等、虛擬儀器程序與硬件的連接關系等。2） I/O接口儀器驅動程序的設計根據儀器的功能要求，確定儀器的接口標準。如果儀器設備具有 RS-232串的 串行接口連接即可；如果儀器是 GPIB接口， 則需要額外配備一塊 GPIB-488接口板， 建立計算機與儀設備之間的通信渠道； 如果使用計算機來控制 VXI總線設備， 則也需要配備一GPIB接口卡，通過 GPIB總線與 VXI總線、 VXI主機箱零槽模塊通信，零槽模塊的GPIB-VXI翻譯器將 GPIB命令， 計算機。I/O接口儀器驅動程序是控制硬件設備的驅動程序，是連接主控計算機與儀器設備的紐帶。 如果沒有設備驅動程序，則必須針對I/O接口儀器設備編寫驅動程序。（3） 確定虛擬儀器程序前面板儀器前面板的設計指在虛擬儀器開發平臺上，利用各類子摸板圖標創建用戶界面， 即在前面板上布置實現所需功能的顯示對象， 這些對象包括開關旋鈕控制、 相量圖、 頻譜圖顯示等， 前面板布置好這些對象后， 工程技術人員通過鼠標鍵盤就可像操作傳統儀器一樣地操作虛擬儀器。（4） 構建圖形化流程圖在 LabVIEW開發環境中，后臺流程圖與前面板控制顯示對象一一對應，開發人員的任務是通過連接不同的功能函數模塊使數據流從輸入對象經過處理傳送到輸出對象。與傳統的文本式程序設計一樣， LabVIEW也有控制流程圖功能執行部分，包括 Sequence、CaseStatement、For、Whileloop結構，這些結構被描述成圖形化的邊界結構，開發人員不必注意傳統設計所需的語法細節，只需直接將它們連接起來就可完成數據傳遞。 在編制大型復雜的虛擬儀器應用程序時， 由于所用模塊很多， 這時必須考慮程序的層次結構， 以通過靈活編子程序、采用更為簡單高效的計算原理等方式來實現。（5） 調試和優化程序和傳統程序一樣，在編制虛擬儀器程序時，需要不斷對程序進行調試分析，LabVIEW程序調試功能十分強大易用，可以靈活設定程序斷點，進行帶數據探針的單步運行，加亮執行程序進行數據流追蹤判斷。同時， LabVIEW是目前唯一帶有編輯器的圖形化編程環境， 他可根據用戶編制程序自動產生最優化代碼， 加快程序運行速度。 另外， 用戶還可以利用內置的繪圖器對程序代碼部分進行分析和優化。從上面五個方面可以看出， 在計算機和儀器等資源確定的情況下， 有不同的處理算法，就有不同的虛擬儀器。軟件在虛擬儀器的重要作用由此可見一斑。LabVIEWLabVIEWLabVIEWNI源碼級設備驅動分析和表達功支持為用戶快捷地構筑自己在實際生產中所需要系統創造了基礎條。LabVIEW采用圖形化語言--G語言產生序框圖形易學易用特別適合硬工學習和使用，可在很短對于熟悉結構和硬電路硬工技術人員及測試技術人員來說就像設計電路圖一樣；因此硬工師、現場工技術人員及測試技術人員LabVIEW駕輕就熟在很短時間內就LabVIEW。也不必去記憶那眼花繚亂文本序代碼。LabVIEW這么容易學習和使用不LabVIEW功十分有限呢？不。CbW具有各種各樣、功強大函數庫包括數據采集、GPIB、串行控制、數據分析、數據顯示及數據存儲甚至還有目前十分熱門網絡功LabVIEW也有完善仿真、調試工具如設置斷點、單步等。LabVIEW動態連續跟蹤方可察序中數據及變化情況比語言環境更LabVIEW與計算機語言相比有一個特別重要不同點計算機語言都采用基于文本語言產生代碼行LabVIEW采用圖形化語言--G語言。LabVIEW序又稱為表現形和功類似于實際；但bW序很容易改變設置和功。因此bW特別適用于實驗室、多品種小批量生產線等需要經常改變和設備參數和功場合及對信號進行分析研究、傳輸等場合。總之由于LabVIEW為用戶提供明、、易用圖形語言化成為菜單提示選擇功并且用線條將各種b5RS232、VXI總線儀及GPIB。預見LabVIEW這些他無法優勢已經成為該領域一朵奇葩！最終引業革命。我經常聽到甚至爭論經缺乏流所具特性但是另一面，一些詳細闡述他們調查最近一個非正對一個團隊中者調查一致這個團隊中足被歸為通類而且事正是這種在它。被提到次數最多足是常遞歸和遞歸數類型及面向對象結但是這些都是建立通應嚴障礙錯誤問題盡管問題而且試回答它會導致錯誤向。對我說這是就座地？當然你在汽車里就座但是果那是你利它所做全部那么你失去擁它得到主途一個好被作通嗎？或者更好是：被創建通應嗎？這個問題表述在什么被視為通這個面仍然是同樣模糊但是它沒強調顯得嚴謹爭論即是是一種？一些人并認為它是一種因為它是基于文本而且它是順化更為奇怪是關于什么被看作是一種這個問題那些具計算機科學背景人持最為狹隘觀點但是經過改正后問題最為一個面是它包容性轉換到正確向換一種表達即最初問題地暗示通在某種是一個更大問題或者是測量和自動化一個父集然而子集在他向。 通常， 測量和自動化的程序必須處理所有與通用程序一樣的問題， 如數據件 I/O絡 I/O戶 I/O理 I/O實時性約束和硬件配置。 它們也可以具有一些最為苛刻的用戶界面要求。 測量和自動化程序處理了一個通用程序所處理問題的父集。如果工具 A和工具 B可被用于一定的任務集，但是工具 B具有更多的功能可使它益于完成額外的任務，哪一種工具是事實上更為通用的呢？這正是我們關于 。 適于測量和自動化應用程序的能力不是來自于它的基本編程能力被某種方式所出 “LabVIEW能夠被用來創建通用的應用程序嗎？ ”這個問題而不是 “LabVIEW是一種通用編程語言嗎？ ”。我們不希望通過把 僅視為一種編程語言而限制了它的范圍或它將來的發展。件的特點LabVIEW軟件的特點如下：工程師的語言：提供豐富的數據采集、分析及存儲的庫函數：提供傳統的程序調試手段，如設置斷點、單步運行，同時提供獨具特色的執行工具， 使程序動畫式運行， 利于設計者觀察到程序運行的細節， 使程序的調試和開發更為便捷；32位的編儀器編譯生成 32位的編譯程序，保證用戶數據采集、測試和測量方案的高速執行；囊括了 PCI，GPIB，PXVXRS-232/485，USB等各種儀器通信總線標準的所有功能函數， 使得不懂得總線標準的開發者也能夠驅動不同總線標準接口設備與儀器。AB、A+BA-B等；電壓參數測量，時間/頻W有輸主要模塊數據采集、形顯、參數測量等模塊。其結構如下圖觸發控制觸發控制形顯示控制數 據數 據采集處理電壓參數測時基控制時間參數測注釋由于條件有限，沒有數據采集卡，我在數據采集時，采用了W、角發生、鋸齒發生，過這些的來進行測量。形顯模塊軟件提供了種形顯模式：B*XYA-B前面板設計“”框、處時。設置觀察出,真實由直接向戶,是控制軟件核心我設計這部,主要考慮美觀簡潔,戶能上各種鈕開關等控控制虛工根據傳統控功能,利LabVIEW中控制,別在設計上放實際控控水平與垂直增益控觸發方控及開關LabVIEW編輯窗口,點擊鼠標右,控制,GraphmWaveformGraph,在上點擊鼠標右,對其進行屬性設置,如根據與度變化,利工具中文字工具,對()(度)坐標刻度重新設置。1：3-1后面板（程序設計）數據采集模塊（模擬數據采集）波、鋸齒通過輸入進行測量。標與端口圖方三角器。samples:成總點N。amplitude:成幅值。f:成字頻率。phasein:成初始相位單位度。resetphase:默認值TRUE。當TRUE時phasein值作初E則以上次后eut為此次初始相位（默認值TRU顯然此時產是連續光滑。右出（后出的含義如下：sinewave:組名組內存放所成據。phaseout:resetphaseTRUE時resetphaseerror則LabVIEW產生介紹怎樣產準頻率以及怎樣創建模擬。使析庫中VI產各種類型。產應主要有：當無法獲得實際時（Q板卡來獲得實際或者受限制無法訪問實際功能可以產模擬測試程序。產D/A轉換在LabVIEW中提供了制作提供了便。以Generation中基本（BasicFunctioni）例其如下：圖 3-2基本函數發生器其功能是建立一個輸出波形，該波形類型有：正弦波、三角波、鋸齒波和方個 VI會記住產生的前一波形的時間標志并且由此點開始使時間標志連續增長。它的輸入參數有波形類型、樣本數、起始相位、波形頻率（單位： 參數說明：offset：波形的直流偏移量，缺省值為 0.0。數據類型 DBLresetsignal：將波形相位重置為相位控制值且將時間標志置為 0。缺省值為signaltype：產生的波形的類型，缺省值為正弦波。y位 ）為 0。amplitude：波形幅值，也稱為峰值電壓，缺省值為 1.0phase：波形的初始相位（單位 度）缺省值為 0.0.in該 VI運行之前描述錯誤環境。缺省值為 no如果一個錯誤已經發生，該 VI在errorout端返回錯誤代碼。該 VI僅在無錯誤時正常運行。 誤簇包含如下參數。status：缺省值為 為 TRUE。為 0。source：在大多數情況下是產生錯誤的 VI或函數的名稱，缺省值為一個空串。samplinginfo：一個包括采樣信息的簇。共有 Fs和#sFs：采樣率，單位是樣本數 /秒，缺省值為 1000。#s：波形的樣本數，缺省值為 1000。dutye(%)：占空比，對方波信號是反映一個周期內高低電平所占的比例缺省值為 50%。signalout：信號輸出端phaseout：波形的相位，單位：度。errorouterrorinerroroutVIVI3-3VIA、、設備掃率、掃、極性觸發源、模式、斜坡、電平號分別成OSCdaq這個子程序里里面自成波形過外面變量來對波形進行控3-4子 的建立VSVI標和聯接器VIVIFunctions?SelectaVI….可以選擇要VIVI主要工作定義它標和聯接器。VI在前面板和流窗口右上角都顯示了一個默認標。啟動圖標輯器方法鼠標右鍵單擊面板窗口右上角默認標在彈出菜單選擇Edit。下顯示了標輯器窗口左邊各種工具設計像素輯區輯區右側一個方框顯示了一個實際大小標輯器具體使細節參閱有關資料。圖 3-5 圖標編輯器窗口聯接器是 VI數據的輸入輸出接口。 如果用面板控制對象或者顯示對象從子VI中輸出或者輸入數據， 那么這些對象都需要在聯接器面板中有一個連線端子。您可以通過選擇 VI的端子數并為每個端子指定對應的前面板對象以定義聯接器。擇 w r。聯接器圖標會取代面板窗口右上角的圖標。 LabVIEW自動選擇的端子連接模式是控制對象的端子位于聯接器窗口的左邊， 顯示對象的端子位于聯接器窗口右邊。選擇的端子數取決于前面板中控制對象和顯示對象的個數。聯接器中的各個矩形表示各個端子所在的區域， 可以用它們從 VI中輸入者輸出數據。 如果必要， 也可以選擇另外一種端子連接模式。 方法是在圖標上單擊鼠標右鍵單出快捷菜單，選擇 Show r，再次彈出快捷菜單，選Patterns。本子程序主要用到程序結構有 While循環、 分支結構、 數簇、 數組等。 While循環模塊位置為 Functions->ExecutionControl的 While循環樣子。循環右下角是條件端子， 用于在每次循環結束后判斷循環是否繼續執行。 具體循環繼續條件有兩種： pfue和uefue，條件端子上彈出的快捷菜單指定， 也可以使用操作工具在端子上單擊鼠標， 以切換是 pfu母 i子 (IterationTerminal)，可以在每次循環中提供當前循環次數的計數值， i的初始值為 之外的其他空白區域都可以放置程序代碼。（ euu于 uuus子模版上。 分支結構左邊框上有一個輸入端子， 該端子中心有一個問號， 稱為選擇器端子(SelectorTerminal)；上邊框上有分支選擇器標簽（ CaseSelectorLabel）分支結構有一個或多個子框圖，每一個子框圖都是一個執行分支，每一個執行分支都有自己的分支選擇器標簽。 當執行分支時只有與接入選擇器端子相匹或者枚舉類此選擇器類無符號長整分支結構堆疊在一起左邊和右邊在堆疊起來多個中進單擊分支選擇器右邊彈出所有已定義列表，利用這個列表在多個之間實現快速跳CCDefault分支選DefaultCase后面代碼都不會而于LabVIEWCase結構，要么在選擇器中列出所有能情況，要么必須給出一種默認情況。3-5數據采集中OSCdaq程序自動掃描控制主要利用軟件編程來采集到數據進掃描率和掃描數控制程序如下3-6：圖3-6自動掃描控制dte6811。形顯示圖形顯示對于虛擬儀器面板設計是一個重要的內容。LabVIEW為此提供了豐富的功能。。,LabVIEW在這方面所做的工作是非常值得借鑒的。LabVIEWGraphChart是兩個基本的概念。一般說Chart是將數如得到的數在一中，實、逐點地顯示Graph則是對已數進行事數需要組織成所需的圖形顯示出如GraphLabVIEWGraph：ChartChartGraphv**XY*Intensity**l*Due*Dc*Duve*t限Graph現要遠為豐富但這是犧牲為代價各種都提了相應Graph為例介紹為它所這些都包含在快速菜單Visible項粗細、顏色及據點狀等。來對進行操作區域放大和縮小等。趣據。刻例來設置坐標刻據格、型普通坐標