虚拟示波器的设计(新)

摘    要
本文介绍了一种新型的示波器：虚拟示波器。虚拟示波器是虚拟技术的一种具体应用。该示波器基于计算机平台,将虚拟仪器硬件和软件紧密结合，实现比传统仪器更强大的功能。虚拟示波器系统由数据采集、数据分析和结果输出显示三个主要功能部分组成。其中，数据分析和结果输出显示完全由计算机软件系统来完成，只有数据采集是在软件的控制下由硬件来完成。本文主要完成对软件系统的设计。
软件利用美国NI公司推出的LabVIEW图形编程语言，采用模块化的软件设计思想编写。本设计示波器主要由数据采集、参数测量、频谱分析、滤波和波形存储和读取模块组成。它的主要性能指标是双通道波形显示，波形可存储读取，具有谱分析和滤波功能以及电压、时间、频率等参数的测量，充分发挥了计算机强大的功能和软件设计的灵活性。
硬件采用的是阿尔泰PCI2003数据采集卡，此卡基于PCI总线。它的分辨率是12位，采样速率是100kHZ。

关键词：示波器；虚拟仪器；数据采集；LabVIEW
 
Design of Virtual Oscillograph

Abstract
This paper introduces a new type of oscillograph:Virtual oscillograph. It is a kind of appilication of VI technology.This oscillograph is based on computer ,it combines the virtual instrument's hardware with software close to realize the stronger function than traditional instrument. The virtual oscillograph system includes three main function parts,they are data acquisition, data analysis and output display.Among them, data analysis and output display are completely realized by the computer software system, only the data acquisition is completed by hardware under the function of the software.This paper mainly completes the design to the software system.
The software　designed by LabVIEW based on graphic language by the United States.The virtual oscillograph we designed consists data acquisition, paremeter measurement,frequency spectrum,digital fliter and wave storage modules. The main performance of this oscillograph is that it has two channels input,wave storage,frequency spectrum,digital filter and measurement of the parameter of voltage,time and frequency.
The hardware of this design is the PCI2003 of Art, this card is based on PCI bus.The Resolution is 12 bit,sampling rate is 100kHz.

Key Words：Oscillograph；Virtual instrument；Data acquisition; LabVIEW
 
虚拟仪器的基本概念
所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果;利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理;利用I/O接口设备完成信号的采集测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机测试系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一样 [2]。 因此，虚拟仪器的出现，使测量仪器与计算机的界限模糊了。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

课题的主要工作
结合虚拟仪器技术和软件编程技术，本文设计并实现了一个虚拟示波器。整个系统分为硬件和软件两个部分。硬件部分主要由计算机和数据采集模块组成。数据采集模块采用阿尔泰公司的PCI2003数据采集卡，由于硬件部分主要是购买的成熟产品，本论文的研究重点放在软件的编制和实现上。
本课题的主要工作是首先进行虚拟示波器整体设计;熟悉数据采集卡的使用;掌握虚拟仪器软件编程环境LabVIEW的使用;用图形化编程语言LabVIEW实现虚拟示波器数据采集模块、参数测量模块、频谱分析模块、数据存储和读取模块以及滤波模块的设计。
本文各章的主要安排:
  (1) 绪论部分，综述本文的研究背景，阐明课题的意义。
  (2) 虚拟示波器的软硬件介绍。主要介绍了仪器的软件开发环境LabVIEW以及数据采集卡的组成及参数设置。
  (3) 主要介绍了信号采集的主要条件以及信号的采样方法。
  (4) 是本文的关键部分，主要介绍了虚拟示波器的各个功能模块的具体设计方法，包括数据采集、参数测量、频谱分析、滤波和波形存储及读取等。
  (5) 利用所设计的虚拟数字存储示波器系统进行实验，实现对采样信号的显示、分析、存储等操作，验证所开发的虚拟示波器运行可靠。
  (6) 为论文的总结部分。













目    录  21000字
摘    要 I
Abstract II
1  绪论 1
1.1  虚拟仪器概述 1
1.1.1  虚拟仪器的基本概念 1
1.1.2  虚拟仪器的构成 2
1.1.3  虚拟仪器的特点 3
1.2  虚拟仪器的现状和发展方向 4
1.2.1  虚拟仪器的现状 4
1.2.2  虚拟仪器的展望 5
1.3  课题意义 5
1.4  课题的主要工作 6
2  虚拟示波器的软硬件介绍 7
2.1  虚拟示波器简介 7
2.2  软件开发平台 7
2.2.1  LabVIEW介绍 8
2.2.2  LabVIEW 9
2.2.3  创建一个VI 9
2.2.4  程序的调试技术 11
2.3  数据采集卡 12
2.3.1  数据采集卡主要组成部分 13
2.3.2  数据采集卡参数设置 13
2.3.3  PCI2003数据采集卡简介 14
3  信号采集条件及信号的采样方法 15
3.1  VI采集信号的条件 15
(毕业设计)
3.1.1  输入的基本条件 15
3.1.2  多路转换 15
3.1.3  分辨率 15
3.1.4  采样率 15
3.1.5  动态范围 16
3.2  信号的采样方法 16
3.2.1  实时采样 16
3.2.2  非实时采样 17
4  软件设计 19
4.1  前面板设计 19
4.2  信号采集模块 21
4.3  参数测量模块 26
4.4  频谱分析模块 27
4.5  滤波模块 28
4.6  数据存储和读取 29
5  实验结果 34
6  结论和展望 44
参 考 文 献 45
致    谢 46

电子(49)