基于LabVIEW的虛擬示波器設(shè)計(jì)_論文.doc

基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - I - 摘摘 要要 虛擬示波器就是虛擬儀器技術(shù)（ NI）利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高 效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫 助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng) 集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。這也正是NI 近 30 年來(lái)始終引領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。 虛擬儀器的突出特點(diǎn)之一在于在很大程度上用系統(tǒng)軟件的升級(jí)替代了儀器 設(shè)備硬件的更換,這將節(jié)省大量的資金投入,代表了儀器儀表技術(shù)的發(fā)展方向。 能夠與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，將計(jì)算機(jī)資源與儀器硬件，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與不同 功能的軟件模塊結(jié)合，組成不同的儀器功能。如今,虛擬儀器已在超大規(guī)模集成 電路測(cè)試、模擬/數(shù)字電路測(cè)試、現(xiàn)代家用電器測(cè)試、電子元件、電力電子器件 測(cè)試以及軍事、航天、生物醫(yī)學(xué)、工廠測(cè)試、電工技術(shù)等領(lǐng)域的可移動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng) 測(cè)試工作中得到應(yīng)用。任何基于虛擬儀器技術(shù)的設(shè)備仍然需要利用數(shù)據(jù)采集卡 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集工作,以供系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理。 虛擬示波器的出現(xiàn)改變了原有示波器的整體設(shè)計(jì)思路，用軟件代替了硬 件。將傳統(tǒng)儀器由硬件實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析與顯示功能，改由功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)及 其顯示器來(lái)完成，使工程技術(shù)人員可以用一部筆記本電腦到現(xiàn)場(chǎng)就可以輕松完 成信號(hào)的采集、處理及頻譜分析和波形分析。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：LabVIEW，虛擬儀器，虛擬示波器，虛擬儀器，虛擬示波器 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - II - A Ab bs st tr ra ac ct t Virtual oscilloscope Virtual Instrument Technology ( NI ) using a high performance modular hardware, combined with efficient and flexible software to complete a variety of test, measurement and automation applications. A flexible and efficient software can help you create a fully customizable user interface, modular hardware can provide a full range of system integration, software and hardware platform can meet the standard of synchronization and timing applications. This is the NI nearly 30years always lead the test and measurement industry development trend of the reason. At the same time only with efficient software, modular I / O hardware and software and hardware platform for the integration of the three major components, in order to give full play to the virtual instrument technology of high performance, scalability, less development time, as well as excellent integration of these four advantages. Virtual instrument is one of the prominent characteristics is to a large extent with system software upgrade replacement equipment hardware replacement, it will save a lot of capital investment, on behalf of the instrument technology development direction. Now, virtual instrument has been in very large scale integrated circuit testing, analog / digital circuit testing, modern test household appliances, electronic components, power electronic device test as well as military, aerospace, biomedical, factory testing, electrical technology in the field of mobile site testing application. Based on virtual instrument technology equipment still requires the use of a data acquisition card data collection work, for further analysis and processing system. Keywords: LabVIEW，Virtual instrument，Virtual oscilloscope 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - III - 目錄 摘摘 要要I AbstractAbstract.II 目錄目錄.III 第第 1 1 章章 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)1 1.1 虛擬儀器的概念.1 1.2 虛擬儀器的構(gòu)成和特點(diǎn).1 1.3 虛擬儀器研究背景和發(fā)展趨勢(shì).2 1.4 虛擬儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用.2 第第 2 2 章章 LabVIEWLabVIEW4 2.1 LabVIEW 的概述.4 2.2 LabVIEW 的基本構(gòu)成.4 2.3 LabVIEW 的軟件設(shè)計(jì)基本原理.5 2.4 LabVIEW 的運(yùn)行和調(diào)試.5 2.4.1 LabVIEW 的運(yùn)行5 2.4.2 LabVIEW 的調(diào)試6 第第 3 3 章章 虛擬示波器的設(shè)計(jì)虛擬示波器的設(shè)計(jì)7 3.1 示波器的基本功能介紹.7 3.2 虛擬示波器的控制系統(tǒng)要求.8 3.3 虛擬示波器的設(shè)計(jì)步驟.8 第第 4 4 章章 虛擬示波器測(cè)試虛擬示波器測(cè)試16 4.1 虛擬示波器的測(cè)試方法.16 4.1.1 頻率不變，幅值改變時(shí)的頻譜測(cè)試分析.16 4.1.2 幅值保持不變，頻率改變時(shí)的頻譜測(cè)試分析.17 4.1.3 改變觸發(fā)控制的頻譜測(cè)試.19 4.2 結(jié)論20 第第 5 5 章章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望21 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)22 致致 謝謝23 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 0 - 第第1 1 章章 虛虛擬擬儀儀器器技技術(shù)術(shù) 1.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念 虛擬儀器是微電子領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及測(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)深 層次相結(jié)合的一種革命性的產(chǎn)物。是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和測(cè)量技術(shù) 相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器概念的一次巨大變革，是儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重 要方向。的出現(xiàn)使得人類的測(cè)試技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展紀(jì)元。虛儀器技 術(shù)（NI）就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè) 試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。 虛擬儀器的“虛擬”二字主要包含一下兩方面的含義：（1）虛擬儀器的面 板是虛擬的；（2）虛擬儀器測(cè)量功能是通過(guò)對(duì)圖形化軟件流程圖的編程來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。 1.2 虛擬儀器的構(gòu)成和特點(diǎn)虛擬儀器的構(gòu)成和特點(diǎn) 構(gòu)成： 1.虛擬儀器的硬件構(gòu)成 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和測(cè)控功能硬件。計(jì)算機(jī)硬 件平臺(tái)可以是各種類型的計(jì)算機(jī)，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、嵌 入式計(jì)算機(jī)等。它管理著虛擬儀器的軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。因此， 計(jì)算機(jī)技術(shù)在顯示、存儲(chǔ)能力、處理器性能、網(wǎng)絡(luò)、總線標(biāo)準(zhǔn)等方面的發(fā)展， 導(dǎo)致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。 2.虛擬儀器的軟件構(gòu)成 測(cè)試軟件是虛擬儀器的主心骨。NI 公司在提出虛擬儀器概念并推出第一批 實(shí)用成果時(shí)，就用軟件就是儀器來(lái)表達(dá)虛擬儀器的特征，強(qiáng)調(diào)軟件在虛擬儀器 中的重要位置。NI 公司從一開(kāi)始就推出豐富而又簡(jiǎn)潔的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件。還 可以根據(jù)不同的測(cè)試任務(wù)，在虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件的提示下編制不同的測(cè)試軟件， 來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。 特點(diǎn)： 1.性能高 虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全“繼承“ 了以現(xiàn) 成即用的 PC 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 1 - 件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不 斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu) 勢(shì)。 2.擴(kuò)展性強(qiáng) NI 的軟硬件工具使得我們不再受限于當(dāng)前的技術(shù)中。這得益于 NI 軟件的 靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至 無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。 3.開(kāi)發(fā)時(shí)間少 在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI 高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通 訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI 設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶 的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、 維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。 4.無(wú)縫集成 虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。NI 的虛擬儀器軟件平 臺(tái)為所有的 I/O 設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助我們輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成 到單個(gè)系統(tǒng)，減少了復(fù)雜性。 1.3 虛擬儀器研究背景和發(fā)展趨勢(shì)虛擬儀器研究背景和發(fā)展趨勢(shì) 虛擬儀器技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用起源于 1986 年美國(guó) NI 公司設(shè)計(jì)的 LabVIEW 軟件，這是一種基于圖形的開(kāi)發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行的軟件平臺(tái)。它的發(fā)展大致可以 分為三個(gè)階段。第一個(gè)階段是利用計(jì)算機(jī)來(lái)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能把傳統(tǒng)的儀器 通過(guò)串行口和計(jì)算機(jī)連接起來(lái)后就可以用計(jì)算機(jī)控制儀器了。第二階段主要是 在功能硬件上實(shí)現(xiàn)了很大的技術(shù)進(jìn)步。第三階段形成了虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)的基 本框架，這主要是采用了面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)構(gòu)筑起了虛擬儀器的平臺(tái)，并逐 漸成為標(biāo)準(zhǔn)的軟件開(kāi)發(fā)工具，這三個(gè)階段幾乎是同步進(jìn)行的。 目前，我國(guó)正研制 PC 虛擬儀器，產(chǎn)品已達(dá)到一到的批量。國(guó)內(nèi)專家預(yù)測(cè)： 未來(lái)的幾年內(nèi)，我過(guò)有 50%的儀器為虛擬儀器，屆時(shí)，國(guó)內(nèi)將有大批企業(yè)使用 虛擬儀器，它將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。 1.4 虛擬儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用虛擬儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用 虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展，以提高精確度， 降低成本，并大大節(jié)省用戶的開(kāi)發(fā)時(shí)間，因此已經(jīng)才測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 2 - 1.監(jiān)控方面 用虛擬儀器系統(tǒng)可以隨時(shí)采集和記錄從傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)之進(jìn)行統(tǒng) 計(jì)、數(shù)字濾波、頻域分析等處理，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。 2.檢測(cè)方面 在實(shí)驗(yàn)室中，利用虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)專用虛擬儀器系統(tǒng)，可以把一臺(tái) 個(gè)人計(jì)算機(jī) 變成一組檢測(cè)儀器，用于數(shù)據(jù)/圖像采集、控制與模擬。 3.教育方面 現(xiàn)在，隨著虛擬儀器系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的教學(xué)部門也開(kāi)始用它來(lái) 建立教學(xué)系統(tǒng)，不及大大節(jié)省了開(kāi)支，而且由于虛擬儀器系統(tǒng)具有靈活、可重 用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得教學(xué)方法也變得更加靈活了。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 3 - 第第2 2 章章 L La ab bV VI IE EW W 2.1 LabVIEW 的概述的概述 LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是由美國(guó)國(guó)家儀器 (NI)公司研發(fā)的是一種類似于 C 和 BASIC 的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。它是一種圖形化的 編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。 LabVIEW 使用的是目前國(guó)際上唯一的圖形化的程序語(yǔ)言語(yǔ)言。使用 這種語(yǔ)言編程時(shí)，用戶可以不寫(xiě)程序代碼，而只需用流程圖就可完成測(cè)試任務(wù)， 復(fù)雜的程序中解放出來(lái)，從而將更多的精力投放到物理問(wèn)題本身，大大提高了 工作效率。這同時(shí)也降低了對(duì) LabVIEW 使用者的專業(yè)要求，使各個(gè)領(lǐng)域的工 程技術(shù)人員均可使用。 目前，LabVIEW 已有多種版本，在此次設(shè)計(jì)中，我們采用 LabVIEW2011 的版本進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2 LabVIEW 的基本構(gòu)成的基本構(gòu)成 所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序包括前面板（Front Panel） 、框圖程序(Diagrame Programme)以及圖標(biāo)/連接器（Icon/Connector）三部分。 1、前面板(Front Panel) 前面版是 VI 特有的組成部分之一，用來(lái)在計(jì)算機(jī)的屏幕上顯示人機(jī)對(duì)話、 交互式用戶操作界面，亦可構(gòu)成模擬真實(shí)儀器的操作面板。它可以放置諸如開(kāi) 關(guān)、滑動(dòng)條、儀表盤、圖形、圖表、LED 等等控件，所有這些控件都可以在 LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境所提供的控件選項(xiàng)板上找到。前面版正是虛擬儀器所必須的 含有的部件之一，也是用戶唯一可以見(jiàn)到的部分。 在基于文本代碼的編程語(yǔ)言中，比如 C、Java，僅編寫(xiě)一個(gè)前面版就要寫(xiě) 很多程序代碼，而在 LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境中，前面版是提供給設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì) VI 所 必須的提供的要素之一。 2、程序框圖（Block diagram） 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 4 - 圖 2 程序框圖 LabVIEW 圖形化語(yǔ)言采用的是用圖形方式表示的程序或算法，構(gòu)成圖形 化語(yǔ)言程序代碼的基本要素后面會(huì)講到。程序框圖為程序設(shè)計(jì)者編程時(shí)所使用， 最終用戶也是無(wú)法看到的。 程序款圖是提供給設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì) VI 所必須的提供的要素之一。它由節(jié)點(diǎn)、 端點(diǎn)、圖框、和連線四種元素構(gòu)成。 3、圖標(biāo)和連接器（Icon and Connector） LabVIEW 圖形化語(yǔ)言的每個(gè) VI 都有自己的圖標(biāo)和連接器。圖標(biāo)構(gòu)成區(qū)別 不同 VI 的圖形符號(hào)，而連接器定義了 VI 的輸入和輸出（當(dāng)然也可以不進(jìn)行定 義） 。 圖標(biāo)和連接器指定了程序中數(shù)據(jù)流進(jìn)、流出的路徑。它們也只提供給程序 設(shè)計(jì)者，最終用戶也是無(wú) 法看到的。 每個(gè) VI 的前面版、后面版的右上角都有一個(gè)屬于這個(gè) VI 的圖標(biāo)，以用來(lái) 與其它 VI 相區(qū)別。程序的設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)、修改這個(gè)圖標(biāo)。 2.3 LabVIEW 的軟件設(shè)計(jì)基本原理的軟件設(shè)計(jì)基本原理 程序編寫(xiě)完成后，用戶必須經(jīng)過(guò)運(yùn)行和調(diào)試來(lái)測(cè)試編寫(xiě)的程序是否能夠產(chǎn) 生預(yù)期的運(yùn)行結(jié)果從而找出程序中存在的一些錯(cuò)誤。LabVIEW 提供了許多工具 來(lái)幫助完成程序的調(diào)試。 2.4 LabVIEW 的運(yùn)行和調(diào)試的運(yùn)行和調(diào)試 2.4.1 LabVIEW 的運(yùn)行的運(yùn)行 （1）LabVIEW 的運(yùn)行。單擊前面板或程序框圖的運(yùn)行按鈕，就可以運(yùn) 行 VI 一次，當(dāng) LabVIEW 正在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行按鈕變?yōu)椤?基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 5 - （2）LabVIEW 的連續(xù)運(yùn)行。單擊前面板或程序框圖的連續(xù)運(yùn)行按鈕， 可以連續(xù)運(yùn)行，這時(shí)按鈕變成，在這種情況下，用戶再次單擊此按鈕就可以 停止連續(xù)運(yùn)行。 （3）LabVIEW 的停止。在程序運(yùn)行過(guò)程中，停止按鈕由編輯時(shí)的變?yōu)?可用的狀態(tài)。單擊此按鈕，可以強(qiáng)行停止程序的運(yùn)行。如果調(diào)試過(guò)程中無(wú)意 進(jìn)入了死循環(huán)或無(wú)法退出時(shí)，用戶可用此按鈕強(qiáng)行借宿程序的運(yùn)行。 （4）LabVIEW 的暫停。在程序運(yùn)行過(guò)程中單擊該按鈕，按鈕顏色又黑 色邊城紅色，再次單擊按鈕，則恢復(fù)程序的運(yùn)行。 2.4.2 LabVIEW 的調(diào)試的調(diào)試 當(dāng)前面板和程序框圖設(shè)計(jì)好以后，程序在執(zhí)行過(guò)程中可能會(huì)遇到錯(cuò)誤，因 此要先對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。程序的調(diào)試方法主要有： 1、設(shè)置執(zhí)行程序?yàn)楦吡涟粹o 在執(zhí)行前單擊高亮按鈕，這時(shí)按鈕上燈泡會(huì)被點(diǎn)亮，則運(yùn)行過(guò)程中 正在執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)會(huì)以高亮形式顯示。 2、單步執(zhí)行 如果要是框圖程序一個(gè)結(jié)點(diǎn)接一個(gè)節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行，則按下單步按鈕從而進(jìn)入 單步執(zhí)行模式。這樣下一個(gè)將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)就會(huì)閃爍，指示此節(jié)點(diǎn)將被執(zhí)行。 再次單擊單步按鈕，程序?qū)?huì)變成連續(xù)執(zhí)行方式。 3、探針的使用 從 Tools 工具模板中選擇探針工具，探針置于該連線上，可以用來(lái)查看運(yùn) 行過(guò)程中數(shù)據(jù)流在某根連線時(shí)的數(shù)據(jù)。 4、斷點(diǎn)工具 使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地方終止程序運(yùn)行，用探針或者單步方式 查看數(shù)據(jù)。 如果一個(gè)程序不能執(zhí)行，運(yùn)行按鈕會(huì)出現(xiàn)一個(gè)折斷的箭頭。單擊斷箭的運(yùn) 行按鈕則會(huì)列出錯(cuò)誤清單，雙擊列表中的錯(cuò)誤清單，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì) 高亮顯示。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 6 - 第第3 3 章章 虛虛擬擬示示波波器器的的 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 3.1 示波器的基本功能介紹示波器的基本功能介紹 1.示波器的基本功能 示波器可對(duì)電壓、時(shí)間、相位等參量直接顯示并測(cè)量。是時(shí)域測(cè)量最常用 的儀器。 我們所實(shí)際的示波器在前面板力求與實(shí)際示波器的用戶界面相似。在功能 上主要實(shí)現(xiàn)通道選擇、圖形顯示、觸發(fā)方式選擇、水平掃面、水平移位、頻率 控制等功能。用戶能通過(guò)前面板殺昂的各種按鈕、開(kāi)關(guān)來(lái)控制示波器工作。 2.示波器的基本結(jié)構(gòu) 示波器的用戶界面如圖 3.1 所示 “TIME/DIV”時(shí)間/分度選擇旋鈕：顯示頻水平方向上每個(gè)格所表示的時(shí)間的 多少可由相應(yīng)的檔位讀出，一個(gè)周期的波形在水平方向上所占的格數(shù)乘以乘以 其檔位，即為周期的大小。 “SOURCE”觸發(fā)選擇開(kāi)關(guān)：用以選擇內(nèi)觸發(fā)還是外觸發(fā)。 “SLOPE”觸發(fā)極性選擇開(kāi)關(guān)：用以使觸發(fā)信號(hào)相反。 “LEVEL”觸發(fā)電平調(diào)節(jié)按鈕：用以調(diào)節(jié)觸發(fā)電平的大小，以得到穩(wěn)定的 波形。 “VOLTS/DIV”電壓/分度衰減器：用以調(diào)節(jié)波形幅度，顯示頻垂直方向上 每個(gè)格所表示的電壓的多少可由相應(yīng)的檔位讀出，波形在垂直方向上所占的格 數(shù)乘以乘以其檔位，即為電壓的大小。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 7 - 圖 3.1 虛擬示波器的用戶界面 3.2 虛擬示波器的控制系統(tǒng)要求虛擬示波器的控制系統(tǒng)要求 根據(jù)工程需要，示波器控制必須具有如下功能： （1）完全脫離手動(dòng)操作儀器面板，測(cè)試人員通過(guò)鍵盤和鼠標(biāo)完成對(duì)示波器 的操作； （2）快速刷新虛擬儀器顯示波形； （3）實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)試參數(shù)，頻率幅度； （4）波形和參數(shù)以測(cè)試日前和測(cè)試時(shí)間為文件名，以 JEPG 圖形文件格式 保存； （5）虛擬儀器具有良好的用戶界面，顯示測(cè)試時(shí)間，測(cè)試模式（在線測(cè)試 地面測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試） ，可以觀察測(cè)試波形的局部信息； （6）易于和其他測(cè)試儀器（示波器功率計(jì)等）組成測(cè)試系統(tǒng)。 3.3 虛擬示波器的設(shè)計(jì)步驟虛擬示波器的設(shè)計(jì)步驟 1. 創(chuàng)建新 VI 在 PC 機(jī)的桌面雙擊圖標(biāo) ，打開(kāi) LabVIEW。選擇“文件”，新建一個(gè) VI，此時(shí)彈出 2 個(gè)窗口：Front Panel（前面板） 、Block Diagram（程序框圖） ， 保存 VI 文件，文件名為“示波器設(shè)計(jì).VI”。如圖 3.1 所示。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 8 - 圖 3.2 新建 VI 2.編寫(xiě)主程序 在前面板中，右鍵打開(kāi)控件選項(xiàng)，選擇【控件面板】/【新式】/【裝飾】 ，選 擇“平面盒” ，拖拽到前面板中并調(diào)整其大小。然后打開(kāi)【控件】/【新式】 /【圖形】選項(xiàng)，選擇【波形圖】 ，將其放置在【平面盒】上。并對(duì)波形圖的相 關(guān)屬性進(jìn)行設(shè)置如圖 3.3 所示。設(shè)置后的前面板如圖 3.4 所示。 圖 3.3 波形圖屬性 圖 3.4 波形圖 打開(kāi)【控件】/【經(jīng)典】/【經(jīng)典數(shù)值】/【轉(zhuǎn)盤】選項(xiàng)，作為時(shí)間/分度選擇 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 9 - 按鈕，用同樣的方法，選擇【轉(zhuǎn)盤】作為電壓/分度衰減器按鈕，選擇【水平滑 動(dòng)桿】作為觸發(fā)電平調(diào)節(jié)按鈕，命名為 LEVEL。 在前面板分別再放置兩個(gè)【平面盒】并放置在適當(dāng)?shù)奈恢谜{(diào)整其大小。把 波形圖設(shè)置的屬性游標(biāo)放置在一塊平面盒上，在頻譜圖和波形圖上單擊鼠標(biāo)右 鍵，在彈出的快捷菜單中選擇顯示項(xiàng)子菜單中選擇游標(biāo)圖例菜單項(xiàng)，完成后就 會(huì)出現(xiàn)圖 3.13 所示的游標(biāo)圖例。在游標(biāo)編輯顯示窗中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇創(chuàng) 建游標(biāo)選項(xiàng)，進(jìn)入下一級(jí)子菜單，在子菜單中選擇【單曲線】 ，在快捷菜單的 屬性項(xiàng)中可以設(shè)置游標(biāo)的各個(gè)屬性。 然后在前面板打開(kāi)【經(jīng)典】/經(jīng)典布爾/【垂直開(kāi)關(guān)】作為觸發(fā)選擇開(kāi)關(guān)， 命名為 SOURCE，同理放置觸發(fā)極性選擇開(kāi)關(guān)均放置在這塊這塊平面盒上，命 名為 SLOPE。在另一塊平面盒上放置停止按鈕。調(diào)整好各元件位置后，此時(shí)生 成前面板如圖 3.5 所示 圖 3.5 虛擬示波器前面板 在程序框圖中，打開(kāi)【控件】/【編程】/【結(jié)構(gòu)】/【平鋪式順序結(jié)構(gòu)】選 中并調(diào)整大小，右擊 Source/創(chuàng)建/屬性節(jié)點(diǎn)/禁用，將選中的屬性節(jié)點(diǎn)放入順序 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖中,同理創(chuàng)建 Slope,Level 的禁用屬性節(jié)點(diǎn)。然后設(shè)置 Source/創(chuàng)建/局 部變量并選中。將其放置適當(dāng)位置并連線，如圖 3.6 和圖 3.7 所示。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 10 - 圖 3.6 創(chuàng)建屬性節(jié)點(diǎn) 圖 3.7 屬性節(jié)點(diǎn) 打開(kāi)【控件】/【編程】/【結(jié)構(gòu)】/【W(wǎng)hile 循環(huán)】并調(diào)整大小，打開(kāi)【控 件】/【編程】/【結(jié)構(gòu)】/【條件結(jié)構(gòu)】放入 while 循環(huán)內(nèi)，并調(diào)整大小。在該結(jié) 構(gòu)框圖條件為真時(shí)，創(chuàng)建 Source 屬性節(jié)點(diǎn)，并在條件結(jié)構(gòu)外創(chuàng)建 Slope 和 Level 的屬性節(jié)點(diǎn)，如圖 3.8 所示。當(dāng)該結(jié)構(gòu)框圖條件為假時(shí)，結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.9 所示。 圖 3.8 結(jié)構(gòu)框圖條件為真 圖 3.9 結(jié)構(gòu)框圖條件為假 選擇條件結(jié)構(gòu)并調(diào)整大小，將條件結(jié)構(gòu)中的條件設(shè)置成 0,1,2 三個(gè)條件分別 表示通道 A 和通道 B 同時(shí)工作時(shí)的波形、B 通道工作是的波形以及 A 通道工作 時(shí)的波形。打開(kāi)【控件】/【編程】/【數(shù)組】/【創(chuàng)建數(shù)組】并拖至條件結(jié)構(gòu)中 打開(kāi)【控件】/【編程】/【簇、類與變體】/【捆綁】并拖至條件結(jié)構(gòu)中。將相 應(yīng)的元件放入圖中并設(shè)置，按圖 3.10 所示完成結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)。 圖 3.10 結(jié)構(gòu)框圖 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 11 - 其中是被調(diào)用的子 VI，在這里，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)主 VI 的子 VI。新 建 VI，在前面板中，我們需要?jiǎng)?chuàng)建以下幾個(gè)控件，如圖 3.11 所示。 圖 3.11 創(chuàng)建子 VI 打開(kāi)該程序框圖，創(chuàng)建條件結(jié)構(gòu)框圖。設(shè)置當(dāng)條件為“0”時(shí)，輸入方波 和正弦波；設(shè)置當(dāng)條件為“1”時(shí)，輸入為正弦波；當(dāng)條件為“2”時(shí)， 輸入為余弦波。程序圖如圖 3.13、圖 3.14 和圖 3.15 所示。 圖 3.13 通道 A 和通道 B 圖 3.14 通道 B 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 12 - 圖 3.15 通道 A 其中，是上述程序調(diào)用的子 VI,下面我們創(chuàng)建 Channel A and or Channel B 的子 VI。新建 VI，在前面板中，我們需要?jiǎng)?chuàng)建以下幾個(gè)控件，如圖 3.16 所示。 圖 3.16 前面板 打開(kāi)該程序框圖，創(chuàng)建條件結(jié)構(gòu)框圖。設(shè)置當(dāng)條件為“真”時(shí)，程序圖如 圖 3.17 所示，當(dāng)條件為假時(shí)，程序圖如圖 3.18 所示。 圖 3.17 圖形與程式 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 13 - 圖 3.18 圖形與程式 圖標(biāo)表示 Demo 調(diào)用的子 VI，現(xiàn)在我們創(chuàng)建 Demo 的子 VI（Slope） 。 新建 VI，在前面板中，我們需要?jiǎng)?chuàng)建以下幾個(gè)控件，如圖 3.19 所示。 圖 3.19 Slope 前面板 打開(kāi)該程序框圖，按圖 3.20 所示完成條件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 圖 3.20 Slope 現(xiàn)在，我們創(chuàng)建子 VI（Slope） 。打開(kāi)已經(jīng)創(chuàng)建好的程序的前面板，用鼠標(biāo) 右擊前面板右上角的圖標(biāo)，然后打開(kāi)【編輯圖標(biāo)】 ，修改圖標(biāo)框內(nèi)的圖標(biāo)，然后 確定，如圖 3.21 所示。這時(shí)，右上角的圖標(biāo)編程了我們修改后的樣子。再用鼠 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 14 - 標(biāo)右擊前面板右上角，然后打開(kāi)【顯示連線板】/【模式】 。這里有三個(gè)輸入， 一個(gè)輸出，所以我們選中三個(gè)輸入一個(gè)輸出的模式，最后單擊連線板上的輸入， 再對(duì)應(yīng)的單擊前面板上的一個(gè)輸入，依次類推。設(shè)置好子 VI（Slope）并保存于 桌面后，將其調(diào)用到 Demo 程序中，打開(kāi) Demo 程序的程序框圖，單擊鼠標(biāo)右 鍵，左擊【選擇 VI.】 ，會(huì)出現(xiàn)如圖 3.22 所示的窗口，選擇要調(diào)用的子 VI 并確 定。 圖 3.21 創(chuàng)建子 VI 圖 3.22 調(diào)用子 VI 按照子 VI（Slope）的做法，用同樣的方法設(shè)置子 VI(Demo)和子 VI（Channel A and or B）,并逐步調(diào)用。 現(xiàn)在，我們來(lái)到主 VI，創(chuàng)建來(lái)兩個(gè)條件結(jié)構(gòu)并調(diào)整大小。按前面所述，把 它們的條件均設(shè)置成“1” 、 “2” ， “3”三個(gè)條件形式。 在程序框圖中放置需要的函數(shù)元件，將函數(shù)【捆綁】及其他函數(shù)元件放入 程序框圖中。另外還要?jiǎng)?chuàng)建波形圖的屬性節(jié)點(diǎn)：右擊波形圖，選擇創(chuàng)建/屬性節(jié) 點(diǎn)/X 標(biāo)尺/范圍/全部元素，并將其拖至框圖中。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 15 - 第第4 4 章章 虛虛擬擬示示波波器器測(cè)測(cè)試試 4.1 虛擬示波器的測(cè)試方法虛擬示波器的測(cè)試方法 打開(kāi)主 VI，在前面板上點(diǎn)擊連續(xù)運(yùn)行，觀察波形圖顯示和頻譜圖顯示， 按則波形停止運(yùn)動(dòng)。 4.1.1 頻率不變，幅值改變時(shí)的頻譜測(cè)試頻率不變，幅值改變時(shí)的頻譜測(cè)試分析分析 1.頻率保持在 10ms/div 不變，改變輸入信號(hào)幅值。輸入信號(hào)為 A&B 時(shí)， 我們看到波形圖上顯示的波形如圖 4.1 所示，此時(shí) A 波的峰值電壓為 1x1.00=1.00V,B 波的峰值電壓為 1x2.00=2.00V。 圖 4.1 頻率不變幅值檔位為1V/Div 2.頻率保持在10ms/div 不變，改變輸入信號(hào)幅值。輸入信號(hào)為 A 時(shí)，我們 看到波形圖上顯示的波形如圖4.2所示，此時(shí)波形 A 的峰值電壓為 2x2.00=4.00V。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 16 - 圖 4.2 頻率不變幅值檔位為2V/Div 3.頻率保持在10ms/div 不變，改變輸入信號(hào)幅值。輸信號(hào)為 A 時(shí)，我們看 到波形圖上顯示的波形如圖4.3所示，此時(shí)波形 A 的峰值電壓為1x5.00=5.00V。 圖 4.3 頻率不變幅值檔位為5V/Div 4.1.2 幅值保持不變，頻率改變時(shí)的頻譜測(cè)試分析幅值保持不變，頻率改變時(shí)的頻譜測(cè)試分析 1.幅值保持 2V 不變，輸入信號(hào)為 A&B 時(shí)，改變輸入信號(hào)的頻率。當(dāng)頻率 為 5ms/div 時(shí)，觀察波形如圖 4.4 所示,此時(shí)，波形 A 和波形 B 的時(shí)間周期均為 5x0.025=0.125ms。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 17 - 圖 4.4 幅值不變頻率檔位為5ms/div 2.幅值保持 2V 不變，輸入信號(hào)為 A 時(shí)，改變輸入信號(hào)的頻率。當(dāng)頻 率為 10ms/div 時(shí)，觀察波形如圖 4.5 所示,此時(shí)，此時(shí)波形 A 和波形 B 的 時(shí)間周期均為 10x0.025=0. 25ms。 圖 4.5 幅值不變頻率檔位為 10ms/div 3.幅值保持 2V 不變，輸入信號(hào)為 A 時(shí)，改變輸入信號(hào)的頻率。當(dāng)頻 率為 20ms/div 時(shí)，觀察波形如圖 4.6 所示,此時(shí)，此時(shí)波形 A 和波形 B 的 時(shí)間周期 20x0.025=0. 5ms。 基于LabVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì) - 18 - 圖 4.6 幅值不變頻率檔位為 20ms/div 4.1.3 改變觸發(fā)控制的頻譜測(cè)試改變觸發(fā)控制的頻譜測(cè)試 1.其它量保持不變，改變觸發(fā)電平調(diào)節(jié)按鈕 Level 的位置，觀察波形變化情 況.其它量不變時(shí)，其結(jié)果是偏離零位線，向上或向下。調(diào)節(jié)觸發(fā)極性選擇開(kāi)關(guān) S