基于LabVIEW的數(shù)字示波器的設(shè)計

摘要眾所周知，示波器是測量電子信號的波形的一種儀器，它可以分析計算出波形的各種參數(shù)，包括頻率、周期、電壓等。以往的示波器在某些方面都存在些許不足之處，而利用近年來出現(xiàn)的圖形化編輯環(huán)境LabVIEW即虛擬儀器的這個平臺則可以完善老式示波器的不足，其優(yōu)勢在于可以由用戶自己來選擇與定義儀器的功能，能更高效率地完成新產(chǎn)品的研發(fā)，滿足多樣化需求。借助PC機的強大功能，將虛擬儀器的硬件和軟件相結(jié)合，以完成虛擬示波器的設(shè)計。文中介紹了虛擬示波器擬達到的一些技術(shù)指標以及設(shè)計方案。主要包括數(shù)據(jù)采集、參數(shù)測量、頻譜分析、波形顯示和波形存儲幾大模塊，可進行數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲和分析處理，同時顯示、記錄和存儲多通道顯示出來的波形，還可以對波形進行數(shù)據(jù)分析和處理，即完成對模擬信號的數(shù)字處理，其中數(shù)據(jù)采集參數(shù)的設(shè)置、波形數(shù)據(jù)存儲顯示和分析處理都由軟件實現(xiàn)，與傳統(tǒng)的數(shù)字示波器相比，虛擬數(shù)字示波器在人性化程度、處理能力、性價比、可操作性等方面都具有明顯的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；數(shù)字示波器；數(shù)據(jù)采集ABSTRACTAsisknowntoall,oscillographisakindofelectronicsignalwaveformmeasurementinstrument,itcananalyzethecalculatedwaveformparameters,includingfrequency,cycle,voltage,etc.Previousoscilloscopeisinsomewaystherearesomedeficiencies,andtheuseofLabVIEWgraphicaleditingenvironmentappearedinrecentyearsistheplatformofvirtualinstrumentcanimprovetheshortcomingsofoldoscilloscope,itsadvantagescanbedefinedbytheusertoselectandthefunctionoftheinstrument,canbemoreefficienttocompletethenewproductresearchanddevelopment,meetthedemandofdiversification.WiththeaidofthepowerfulfeaturesofthePC,combininghardwareandsoftwareofvirtualinstrument,tocompletethedesignofvirtualoscilloscope.Thispaperintroducesavirtualoscillographisproposedtoachievesomeofthetechnicalindicatorsandthedesignscheme.Mainlyincludingdataacquisition,parametermeasurement,spectrumanalysis,waveformdisplayandwaveformstorageofseveralmajormodules,dataacquisition,display,storageandanalysiscanbeprocessing,atthesametimedisplay,recordingandstoragemulti-channeldisplaywaveform,canalsobethewaveformdataanalysisandprocessing,thecompletionoftheanalogsignaldigitalprocessing,thedataacquisitionparameterssetting,waveformdisplayanddatastorage,analysisisimplementedbysoftware,comparedwiththetraditionaldigitaloscilloscope,virtualdigitaloscilloscopeinthedegreeofhumanization,capacity,costperformance,operability,etchaveobviousadvantages.Keywords：virtualinstrument;labview;digitaloscilloscope;datacollection圖1模擬示波器虛擬示波器是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合具有強大功能的軟件來完成測量和自動化應(yīng)用，軟件是它的核心部分。它的優(yōu)勢很多，比如性價比高、可擴展性強、開發(fā)效率高以及用戶自定義。但是它也有不足之處，比如在使用虛擬示波器的時候要注意區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實時帶寬，在測量時一定要考慮其數(shù)字實時帶寬，不然會產(chǎn)生較大的誤差；還有就是它的采樣速率，根據(jù)奈奎斯特定理，采樣速率至少要是信號高頻部分的兩倍，也就是說如果采樣速率達不到的話，就會發(fā)生混迭現(xiàn)象。虛擬示波器示例圖如圖2所示。圖2虛擬示波器近些年電子技術(shù)取得突破性的發(fā)展，而這種迅猛發(fā)展的趨勢也催生了更龐大的數(shù)字示波器需求市場，使得數(shù)字示波器的發(fā)展更趨向于不斷滿足行業(yè)標準、功能集成趨勢更加明顯以及設(shè)計更加美觀且便于移動。1.3虛擬儀器1.3.1虛擬儀器簡介虛擬儀器是電子通訊技術(shù)與計算機技術(shù)在飛速發(fā)展的情況下經(jīng)過多年的應(yīng)用和創(chuàng)新而催生出來的產(chǎn)物，基于計算機這個平臺，它有虛擬面板，用戶可根據(jù)自己的需求來設(shè)計和定義自己所需要的功能，是目前世界上唯一一種編譯型圖形化編程語言。虛擬儀器的工作原理是“數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與分析、結(jié)果表達”。它一般由軟件和硬件兩大部分構(gòu)成，硬件一般包括計算機和外圍硬件設(shè)備；軟件一般包括操作系統(tǒng)、儀器驅(qū)動器和應(yīng)用軟件。儀器驅(qū)動器是處理與特定儀器進行控制通信的一種軟件，它不僅是虛擬儀器的核心，也是用戶完成對儀器硬件控制的紐帶和橋梁。1.3.2虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器對比傳統(tǒng)儀器固定的面板上安裝了各種操作原件，看上去錯綜復(fù)雜，識別起來和操作起來都可能造成很多錯誤，而虛擬儀器有前面板和后面板，可以借助多個面板來實現(xiàn)和傳統(tǒng)儀器一樣的功能，同時又使得操作變得更加簡單，界面也變得清晰，這樣就方便了使用者快速高效地完成操作。其次，傳統(tǒng)儀器更新的方法只有不斷購買新型儀器，耗費大量資金不說，還笨重，而虛擬儀器利用其可升級性和可擴展性就只需要不斷更新相關(guān)軟件即可達到功能擴展的要求。1.4研究內(nèi)容以LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺，課題將設(shè)計一款新型虛擬數(shù)字示波器，通過程序框圖和前面板的設(shè)計來制作課題所需要的示波器。研究的主要內(nèi)容如下：（1）設(shè)置兩個通道，分別給兩個通道賦予不同的信號類型，實現(xiàn)雙蹤。（2）完成其硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計，實現(xiàn)波形顯示、通道選擇、電平幅度調(diào)節(jié)、掃描周期選擇、觸發(fā)控制等功能。（3）實現(xiàn)仿真并對仿真結(jié)果進行分析。1.5文章結(jié)構(gòu)安排第一章-緒論，介紹了論文的課題意義，數(shù)字示波器的歷史進程和課題的設(shè)計思路。第二章-虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計方案，簡述了虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀、LabVIEW的開發(fā)前景和示波器的設(shè)計方案。第三章-數(shù)字示波器的前面板設(shè)計，介紹了前面板所需要的模塊、各個模塊的功能、整體前面板的設(shè)計。第四章-數(shù)字示波器的后面板設(shè)計，介紹了后面板所需要的模塊、各個模塊的程序框圖、整體后面板的設(shè)計。第五章-數(shù)字示波器的仿真與調(diào)試，設(shè)計并確定程序沒有錯誤之后，選擇不同的信號類型進行仿真，選擇相對應(yīng)的前面板的按鈕來進行電平幅度調(diào)節(jié)、通道選擇、掃描周期選擇、觸發(fā)控制等，實現(xiàn)仿真，最后對仿真結(jié)果進行分析。

2虛擬數(shù)字示波器設(shè)計方案2.1LabVIEW2.1.1LabVIEW簡介虛擬儀器（簡稱VI），其概念最初是由美國NI公司于1986年提出來的，實質(zhì)是充分利用最新的計算機軟硬件技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能，其最大優(yōu)勢在于可由用戶自己定義儀器功能。它是一種圖形化編程語言，利用這種語言來編程的話可以省去很多麻煩，使得整個過程簡捷又有趣，因為可以不用寫程序代碼，而是只需要畫流程框圖就可以了，這是它尤為重要的一個優(yōu)勢。LabVIEW是一個面向終極用戶的工具，它可以提升用戶構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，利用它進行設(shè)計制作、測試與測量自動化應(yīng)用的時候，能夠替用戶省去很多不必要的麻煩，提高效率。2.1.2LabVIEW的優(yōu)勢LabVIEW利用“可見即可得”的可視化技術(shù)來建立人機界面，用圖標來表示功能模塊，用圖標之間的連線來表示各模塊間的數(shù)據(jù)傳遞。其優(yōu)勢是：(1)圖形化的編程方式不需要寫任何文本格式的代碼，不用受語言嚴謹性的約束，而只要連接各個圖標就可以了。(2)LabVIEW的兼容性使得它能與其他編程語言并存，并提供豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)，功能強大。(3)圖形化語言使得編程更加簡單、直觀、而且開發(fā)速度快。(4)強大的Internet功能，可以連接互聯(lián)網(wǎng)。(5)LabVIEW不像傳統(tǒng)儀器那樣需要耗費大量資金不斷更新設(shè)備，而只需要不斷更新相關(guān)軟件就可以達到擴展功能的目的，節(jié)約資金。(6)LabVIEW體現(xiàn)了一種“數(shù)據(jù)流”的概念。(7)LabVIEW中的程序自帶了語句檢測功能，在編程中如果出了差錯，它都會通過最簡單的提示來告知用戶錯在何處，從而達到降低程序易錯性的目的。2.2設(shè)計方案2.2.1虛擬數(shù)字示波器的軟件功能框圖課題要求設(shè)計的虛擬數(shù)字示波器要求其前面板有波形顯示、通道選擇、電平幅度調(diào)節(jié)、掃描周期選擇、觸發(fā)控制等功能，波形顯示可選擇方波、正弦波、三角波、鋸齒波等多種波形，在程序框圖設(shè)計面板上選擇不同的波形，點擊高亮運行程序，最后采集到的波形會在虛擬數(shù)字示波器的前面板上顯示出來。虛擬數(shù)字示波器的軟件功能框圖如圖3所示。圖3虛擬數(shù)字示波器軟件功能框圖各個模塊在主面板上都有相對應(yīng)的按鈕，當(dāng)按下這些按鈕的時候就執(zhí)行各模塊相對應(yīng)的子程序，因為不同的信號有不同的波形顯示，所以最終的結(jié)果將根據(jù)信號的不同將波形顯示在主面板上。通道選擇就是通過改變通道的信號類型，來觀察波形的改變情況；電平幅度調(diào)節(jié)是指改變信號波形的幅度，然后觀察波形的變化；掃描周期選擇就是通過改變時基來觀察波形的形狀變化；觸發(fā)控制就是為了使掃描信號與被測信號同步，設(shè)定一些條件，將被測信號不斷的與這些條件相比較，直到掃描信號的頻率與被測信號相同或存在整數(shù)倍的關(guān)系，也就是同步。2.2.2軟件設(shè)計軟件設(shè)計分三個步驟：（1）設(shè)計虛擬儀器的前面板，選擇課題需要的按鈕、旋鈕、控件等，為各個控件輸入需要的數(shù)據(jù)。（2）設(shè)計虛擬儀器的程序框圖，根據(jù)每一個模塊的需要來選擇控件，按照連線的顏色提示將各個控件連接起來。（3）確定程序框圖的設(shè)計與連接沒有錯誤后，方可運行程序，通過前面板觀察結(jié)果。文中的軟件設(shè)計部分包括波形產(chǎn)生模塊、波形顯示模塊、參數(shù)測量模塊、頻譜分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及自動掃描控制模塊，最后實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和分析以及顯示結(jié)果等功能。

3數(shù)字示波器前面板設(shè)計LabVIEW前面板是用作設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出數(shù)值所用的一個窗口，是虛擬示波器軟件的核心，用戶通過前面板中的開關(guān)和旋鈕模擬傳統(tǒng)儀器的操作，當(dāng)按下相應(yīng)的按鈕時就可調(diào)用該子程序。3.1前面板所需模塊在LabVIEW的控制模板中，分別在設(shè)計面板上放入模擬實際控鍵的顯示器、通道選擇控鍵、電平幅度控鍵、觸發(fā)源、觸發(fā)電平、時基控鍵等。3.1.1數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集（DataAcQuisition,DAQ）是虛擬示波器軟件的核心部分，其性能指標直接影響數(shù)字示波器采樣速率、精度等主要性能指標。數(shù)據(jù)采集是一個從傳感器或者其他待測量設(shè)備中去采集系統(tǒng)所需要的各種信息的過程，它是一個自動的過程。一個完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括了很多部分，比如傳感器、數(shù)據(jù)采集硬件、分析硬件、變換器、計算機、驅(qū)動程序、信號調(diào)理設(shè)備和應(yīng)用軟件等。傳感器是一種能感應(yīng)物理信息并生成可測量的電信號的儀器，比如熱電偶和電阻式測溫計（RTD）可以把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)锳DC可測量的模擬信號，其他儀器比如應(yīng)力計也可以測量力的參數(shù)，在所說的各種情況下，傳感器都可以生成它們所檢測的物理量呈比例的電信號。信號調(diào)理能夠通過提高信號的信噪比來盡量減少外界傳來的干擾信號給測量帶來的影響，它的處理能力直接影響到對數(shù)據(jù)進行分析的結(jié)果，這些信號只有在經(jīng)過信號的調(diào)理之后才能被允許進入到采集系統(tǒng)。信號調(diào)理的方法有放大、衰減、加窗等。數(shù)據(jù)采集設(shè)備與已經(jīng)通過信號調(diào)理后的信號相連接。NI的數(shù)據(jù)采集設(shè)備支持的總線類型包括PCI、PCIExpress、PXI、PCMCIA、USB、CompactFlash、Ethernet以及火線等各種總線。數(shù)據(jù)采集卡的功能包括模擬輸入與輸出、數(shù)字I/O、觸發(fā)采集和定時I/O。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要任務(wù)采集原始信號，其主要組成部分有多路開關(guān)、放大器、采樣/保持器以及A/D轉(zhuǎn)換器，此四個部分處于PC的前向通道。數(shù)據(jù)采集卡在實現(xiàn)自身功能之前必須，必須根據(jù)用戶自身需求來進行參數(shù)設(shè)置，此為其軟件驅(qū)動，需設(shè)置的參數(shù)有設(shè)備號及地址碼，除此之外還有模擬輸入部分的設(shè)置頂，包括信號的輸入方式、增益的選擇和量程的選擇，另外還有A/D轉(zhuǎn)換部分的設(shè)置頂，包括信號輸入通道號、采樣點數(shù)和采樣速率的設(shè)置。數(shù)據(jù)采集卡的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。圖4數(shù)據(jù)采集卡的結(jié)構(gòu)圖而文中由于缺少硬件支持，故而只應(yīng)用了軟件設(shè)計，利用的是LabVIEW自帶的豐富的數(shù)據(jù)采集函數(shù)庫（位于Function-ProgrammingAGaphi&Soundsound子模塊中）來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，調(diào)用了Acquire.vi、Configure.vi等函數(shù)實現(xiàn)信號的采集。3.1.2觸發(fā)控制模塊虛擬示波器的觸發(fā)控制模塊的輸入端有兩路波形數(shù)據(jù)輸入（通道A、通道B）、觸發(fā)極性（單觸發(fā)、雙觸發(fā)）、觸發(fā)電平、觸發(fā)源輸入（立即觸發(fā)、通道A、通道B）。程序運行時，根據(jù)用戶觸發(fā)源的選擇分別執(zhí)行相應(yīng)的case，該過程運用到了子程序“觸發(fā)電平.vi”。3.1.3時基控制模塊在虛擬示波器中，為了保證能夠?qū)斎氲男盘柌杉阶銐驍?shù)量的采樣值，并且確保能在正確的時刻采集到所有的采樣值，這里就需要用到時基控制模塊。由采樣速率=1/采樣間隔、采樣間隔=實際設(shè)置（s/格）/采樣點數(shù)這兩個公式，設(shè)置每個采樣點數(shù)，即可得到時基設(shè)置值。3.1.4參數(shù)測量模塊參數(shù)測量模塊包括峰峰值、頻率以及實現(xiàn)雙通道信號采集時的相位差測量并顯示結(jié)果。3.1.5頻譜分析模塊頻譜分析模塊主要用來觀察波形的幅值譜，它能把復(fù)雜的信號分解成單一的頻率成分，所以那些不能在時域分析中分析的信號，在頻譜分析中就能清楚地觀察到。3.1.6波形顯示模塊軟件提供五種顯示模式：A、B、A&B模式：選擇A和B，任意顯示某一通道或兩通道輸入信號的波形。XY模式：兩個通道都打開，顯示李沙育(Lissajous)圖形、測量相位差或頻率。A＋B，A－B模式：兩個通道都打開，顯示兩通道信號代數(shù)相加以及相減后的波形。A&A積分：通道打開，顯示A信號和A信號對采樣間隔的離散積分的波形。

A&A微分：通道打開，顯示A信號和A信號對采樣間隔的離散求導(dǎo)的波形。3.2總體前面板設(shè)計前面已經(jīng)把設(shè)計虛擬數(shù)字示波器所需要的各個模塊都做了簡單介紹，通過選取各個模塊所需的控件，將這些控件放置好，因為虛擬儀器的前面板是直接面向最終用戶的，所以在放置各個控件的時候需要注意其簡潔與美觀，當(dāng)然，這種簡潔與美觀要以能實現(xiàn)課題所要求的功能為前提條件。經(jīng)過一番選擇與放置，總體前面板如圖5所示。圖5虛擬雙蹤示波器前面板3.2.1波形顯示控制部分波形顯示控制部分可以控制波形在波形圖上更好的顯示出來，可以改變通道A、通道B的幅值，撥動相應(yīng)旋扭波形圖上每一個單位表示的電壓值；改變時基控制的掃描率，撥動時間按鈕來決定每一個單位表示的時間。諸如此類的操作最終都是為了讓波形更直觀地顯示在前面板上。通過子VI程序的功能來控制輸出電平和幅度的改變；通過獲取波形成分、觸發(fā)和創(chuàng)建波形來控制輸出的頻率；通過設(shè)計一個子程序來實現(xiàn)多路波形的疊加。這些控制部分如圖6所示。圖6波形顯示控制部分前面板3.2.2輸入信號測量值的顯示部分點擊前面板上相應(yīng)的按鈕來改變用戶想要改變的參數(shù)值，比如通道的選擇、觸發(fā)源的選擇、極性、模式的改變等，撥動相位旋鈕改變相位，條件掃描率控制波形的快慢，最后還可以對波形進行頻譜分析。其前面板如圖7所示。圖7測量參數(shù)顯示部分前面板3.2.3數(shù)據(jù)存儲與讀取部分得到波形之后對波形進行處理，按下寫盤按鈕，彈出一個對話框，確定寫入文件名，選擇存儲文件路徑，再按下讀盤按鈕，同樣彈出一個對話框，輸入文件名，選擇讀取文件路徑。這部分前面板設(shè)計如圖8所示。圖8數(shù)據(jù)存儲與讀取3.2.4波形打印部分當(dāng)波形在前面板顯示出來結(jié)果之后，可以按下波形打印的按鈕進行波形打印。其前面板如圖9所示。圖9波形打印部分前面板按下波形打印按鈕會彈出如圖10的圖框。圖10波形打印4數(shù)字示波器后面板設(shè)計4.1后面板所需模塊4.1.1波形顯示模塊前面說到波形顯示控制部分的原理，并設(shè)計展示了其前面板，所以相應(yīng)地也設(shè)計并展示了其后面板，這里通過前面數(shù)據(jù)采集部分接收到各種參數(shù)測量值，比如電壓值和掃描周期，再在函數(shù)選板中選擇了捆綁函數(shù)，捆綁函數(shù)它可以改變現(xiàn)有簇中獨立元素的值，而無需為所有元素指定新值，還能調(diào)整函數(shù)的大小，顯示新簇中元素個數(shù)，如果現(xiàn)有簇連線簇輸入端，則不能調(diào)整該函數(shù)的大小，創(chuàng)建新簇時，必須連線所有的輸入，輸出簇中的元素順序必須與輸入元素一致，連線現(xiàn)有簇至函數(shù)中間的接線端時，輸入為可選。LabVIEW僅替換連線的簇元素，得到各種數(shù)據(jù)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理與分析，最后在前面板顯示出波形。其程序框圖如圖11所示。圖11波形顯示控制部分程序框圖4.1.3輸入信號測量值模塊通過對輸入信號測量值控制部分的前面板的設(shè)計，其程序框圖的設(shè)計也相應(yīng)地設(shè)計出來了。輸入信號測量值模塊的程序框圖選用了索引數(shù)組，索引數(shù)組它可以調(diào)節(jié)函數(shù)的大小，再一個還用到了選擇函數(shù)，所謂選擇函數(shù)就是用來根據(jù)用戶的需要對通道進行選擇，最后通過測量將結(jié)果顯示在前面板上。參數(shù)測量模塊主要包括Vrms等12個電壓參數(shù)和頻率、周期等7個時間參數(shù)的測量并顯示其測量結(jié)果，主要對交流電壓AC、直流電壓DC、采樣周期、峰值電壓、均方根電壓、最大電壓、最小電壓、最大壓差、上升時間、下降時間等參數(shù)進行測量。主要節(jié)點有均方根節(jié)點、平均值節(jié)點、交直流分量估計節(jié)點、脈沖參數(shù)節(jié)點。其程序框圖如圖12所示。圖12測量參數(shù)模塊程序框圖4.1.4頻譜分析模塊傅里葉變換是是數(shù)據(jù)和信號處理的一種重要分析工具，它能講時域和頻域的信號結(jié)合起來，其中大部分信號都是實數(shù)，所以在這里我們采用LabVIEW高級程序分析庫中的RealFFTVI，采用單邊傅里葉變換。這里選用了一個選擇函數(shù)來選擇通道，以分析所選通道的數(shù)據(jù)，選擇一個索引數(shù)組來調(diào)節(jié)函數(shù)的大小，再通過一個創(chuàng)建波形圖然后對各種參數(shù)值進行分析，這個時候再解除捆綁函數(shù)，單獨對各數(shù)值進行分析，然后通過一個頻譜單位轉(zhuǎn)換函數(shù)來轉(zhuǎn)換功率譜、幅值譜或增益（幅值比）譜，在包括Log(分貝和dbm)和譜密度在內(nèi)的各種格式間切換，利用功率及頻譜估計函數(shù)計算時域信號在功率譜中的峰值頻率附近的估計功率和頻率，最后再對所有測量到的參數(shù)值進行再次捆綁，得到頻譜分析結(jié)果。其程序框圖如圖13所示。圖13頻譜分析模塊4.1.5數(shù)據(jù)采集模塊LabVIEW環(huán)境下需要安裝硬件驅(qū)動程序，否則將不能直接對硬件數(shù)據(jù)采集卡進行驅(qū)動，這個時候就需要用到動態(tài)鏈接庫，此時需要調(diào)用DLL。LabVIEW自帶的很多復(fù)雜的函數(shù)，比如數(shù)據(jù)采集、硬件驅(qū)動以及數(shù)據(jù)處理，終究都是利用了DLL的調(diào)用機制。動態(tài)鏈接庫是程序在運行時鏈接庫的一種實現(xiàn)機制，函數(shù)庫存儲在它自身的文件中，并不被編譯到應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件中去，而DLL則在運行程序時才被鏈接，文中用到的板卡已經(jīng)有動態(tài)鏈接庫，直接調(diào)用即可。其程序框圖如圖14所示。圖14數(shù)據(jù)采集模塊4.1.6數(shù)據(jù)存儲與讀取模塊Labview自帶豐富的文件操作函數(shù)庫，方便對文件的讀寫(I/O)操作與控制。在數(shù)據(jù)存儲的前面板放置輸入數(shù)值，并與"寫盤”按鈕相對應(yīng)，按下"寫盤”按鈕會彈出一個文件存儲對話框，要求用戶輸入存儲文件名并選擇存儲路徑，這樣，一個文件的存儲操作就完成了。接下來就是讀盤了，一樣需要設(shè)置讀取的文件名并選擇數(shù)據(jù)文件路徑。其程序框圖如圖15所示。圖15數(shù)據(jù)存儲與讀取模塊4.1.7自動掃描控制模塊自動掃描模塊運用多次比較函數(shù)來測量掃描率。此模塊可以選擇自動控制模式或者手動控制模式，由用戶自己選擇。其程序框圖如圖16所示。圖16自動掃描控制模塊4.2總體后面板設(shè)計每個VI程序的前面板都對應(yīng)著一段框圖程序，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼。所有VI源程序的框圖都是由節(jié)點（Nodes）、端子、圖框和連線（Wines）四種元素組成。其中，端子用來傳遞前面板的控件和指示器之間的數(shù)據(jù)；節(jié)點用來實現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用；圖框用來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令；連線表示程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流向。前面第三章和第四章已經(jīng)對所有模塊的前面板和程序框圖進行了設(shè)計，并且保證了程序的正確無誤，最后設(shè)計出了總體的后面板即總體程序框圖，程序框圖從上到下、從左到右分別是數(shù)據(jù)存儲和讀取模塊、參數(shù)測量模塊、打印當(dāng)前波形模塊、手動/自動切換按鈕模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、頻譜分析模塊、波形顯示模塊、自動掃描控制模塊。如圖17所示。圖17虛擬雙蹤示波器總體設(shè)計框圖5虛擬數(shù)字示波器的仿真與調(diào)試5.1虛擬數(shù)字示波器的仿真如果總體的前面板和后面板的設(shè)計都已經(jīng)完成了，并且沒有出現(xiàn)錯誤的話，那么在虛擬儀器的工具欄上有一個代表運行的箭頭符號，此時它就會呈現(xiàn)出透明的狀態(tài)，即表示程序沒有語法錯誤，可以執(zhí)行。如果代表運行的那個箭頭符號呈現(xiàn)的是斷裂的虛擬箭頭，則表示程序存在語法錯誤，不能運行，這個時候需要點擊斷裂的虛擬箭頭，彈出錯誤的提示并對其進行修改，直到運行的箭頭顯示為透明的，方可運行并進行調(diào)試。箭頭旁邊會有一個燈泡樣的按鈕，為“高亮執(zhí)行”按鈕，點擊它變成高亮形式，再點擊運行，程序就會以較慢的速度運行，沒有被執(zhí)行的代碼呈灰色，已經(jīng)被執(zhí)行的代碼則高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值。正在執(zhí)行中的程序是不能進行編輯操作的，點擊進入前面板可觀察波形的輸出結(jié)果。5.1.1正弦波與三角波的仿真完成了虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計后，為了驗證其功能是否完好，能否達到課題的要求，需要將程序進行仿真。將通道A信號類型選擇為正弦波，通道B信號類型選擇為三角波。5.1.2通道的選擇以及頻譜分析設(shè)置通道A信號類型為正弦波，通道B關(guān)閉，同時設(shè)置通道A掃描率5kS/s，其他數(shù)值保持一致，然后在前面板點擊運行按鈕進行仿真，其仿真結(jié)果如圖18所示。圖18通道A正弦波，通道B不加載波形此時，通道A波形顯示的頻譜分析圖如圖19所示。圖19通道A頻譜分析設(shè)置通道A關(guān)閉，通道B信號類型為三角波，同時設(shè)置通道B掃描率為2kS/s，其他數(shù)值保持一致，然后在前面板點擊運行按鈕進行仿真，其仿真結(jié)果如圖20所示。圖20通道A部加載波形，通道B三角波此時通道B波形顯示的頻譜分析圖如圖21所示。圖21通道B頻譜分析設(shè)置通道A信號類型為正弦波，通道B信號類型為三角波，此時波形可實現(xiàn)疊加，同時設(shè)置通道A與通道B掃描率一致，均為2kS/s，其他數(shù)值也都一樣，然后在前面板點擊運行按鈕進行仿真，其仿真結(jié)果如圖22所示。圖22通道A正弦波，通道B三角波此時通道A和通道B的頻譜分析圖如圖23所示。圖23通道A和通道B的頻譜分析5.2結(jié)果分析文中虛擬函數(shù)示波器的設(shè)計通過運行程序基本可以實現(xiàn)課題所需，其主要功能如下：實現(xiàn)雙蹤。(2)波形顯示，其電平幅度可調(diào)節(jié)、掃描周期可選擇以及觸發(fā)控制等。(3)實現(xiàn)仿真。在課題的設(shè)計中也遇到了不少問題。在程序調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，如果直接點擊運行程序，在前面板并沒有觀察到任何波形的輸出，最后通過同學(xué)的幫助，發(fā)現(xiàn)原來是沒有選擇高亮顯示執(zhí)行過程，在后面板執(zhí)行箭頭的旁邊有一個燈泡形狀的按鈕即為高亮顯示執(zhí)行過程按鈕，只要先點擊此按鈕，再點擊執(zhí)行按鈕，就可以在前面板觀察到各波形的輸出顯示，此時程序就會以較慢的速度運行，沒有被執(zhí)行的代碼以灰色顯示，而執(zhí)行了的代碼則以高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值，這樣就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。其次，在選擇通道A條件結(jié)構(gòu)的“假”分支時，因為此選項表示不輸出波形，所以沒有選擇輸出隧道，這個時候系統(tǒng)提示出現(xiàn)錯誤，點擊錯誤提示可以看到這個錯誤顯示輸出隧道未賦值，剛開始不懂到底是什么意思，后來經(jīng)過查資料和請教同學(xué)，最后發(fā)現(xiàn)是因為條件結(jié)構(gòu)中多個分支的輸出隧道為公用輸出，僅執(zhí)行結(jié)構(gòu)的某一幀，各個幀必須給所有的輸出賦值，在沒有賦值的情況下必須選擇默認才能順利執(zhí)行程序。其解決的方法是右鍵單擊隧道并選擇“未連線時使用默認”，這樣就可以解決此問題了。再其次，中間還出現(xiàn)了一個小問題，就是執(zhí)行程序后得到的波形顯示不完全，后來發(fā)現(xiàn)是波形的頻率和幅值太大，以致于觀察不到完整的波形，只要調(diào)節(jié)波形的頻率和幅值以及波形最大值和最小值即可。最后，在幅值測量過程中產(chǎn)生了錯誤，錯誤顯示“輸入波形的大小為0”，這個問題卡在這里很久，找不出原因，也找不到解決辦法，在一番搜索和詢問下，才明白了問題所在，是因為這個函數(shù)測量模塊在波形輸入為0的狀態(tài)下就會產(chǎn)生錯誤，解決的方法其實很簡單，只要將它替換成波形測量里面的“幅值和電平測量”子VI，此時這個子VI在輸入波形為0時就可以滿足輸出幅值電平為0。結(jié)束語根據(jù)課題的任務(wù)和要求，利用LabVIEW設(shè)計了一款虛擬數(shù)字示波器。論文從虛擬儀器技術(shù)、LabVIEW圖形化工作平臺以及數(shù)字示波器的原理出發(fā)，構(gòu)思并設(shè)計了一個虛擬示波器所需要的程序框圖，通過其前面板與后面板的設(shè)計最后完成了課題所要求實現(xiàn)的功能。文中主要設(shè)計了虛擬數(shù)字示波器的以下幾大模塊：波形顯示模塊：控制波形在波形圖上更好的顯示出來，通過改變前面板上測量參數(shù)的按鈕可觀察到波形的變化。參數(shù)測量模塊：主要對交流電壓AC、直流電壓DC、采樣周期、峰值電壓、均方根電壓、最大電壓、最小電壓、最大壓差、上升時間、下降時間等參數(shù)進行測量。頻譜分析模塊：觀察波形的幅值譜，把復(fù)雜的信號分解成單一的頻率成分，采用LabVIEW高級程序分析庫中的RealFFTVI執(zhí)行程序，采用單邊傅里葉變換。數(shù)據(jù)采集模塊：采集原始信號，其性能指標直接影響數(shù)字示波器采樣速率、精度等主要性能指標。最后論文主要完成了虛擬雙蹤示波器的設(shè)計，實現(xiàn)了波形顯示、通道選擇、電平幅度調(diào)節(jié)、掃描周期選擇、頻譜分析以及觸發(fā)控制等功能，最終成功實現(xiàn)仿真并且對仿真結(jié)果作出了分析。課題實踐表明，在計算機的強大功能的幫助下，利用LabVIEW的圖形化編程語言，可設(shè)計并且制作出這樣操作簡單方便，界面美觀簡潔的虛擬數(shù)字示波器。它遠遠超越了傳統(tǒng)儀器，不管是在功能方面還是外觀方面。傳統(tǒng)儀器功能固定化、儀器笨重、不易移動、技術(shù)更新慢且耗費的資金巨大；而利用LabVIEW制作出來的儀器，其功能的可擴展性高、運行速度快、開發(fā)時間短，可維護性好，只需要不斷更新軟件即可滿足功能擴展的需求，而且實現(xiàn)了用戶自定義的功能。虛擬儀器技術(shù)是測試和測量領(lǐng)域未來的發(fā)展方向，它的誕生打破了傳統(tǒng)儀器固有的制作空間，徹底改變了這種局面，具有極好的發(fā)展前景和極大的經(jīng)濟效益。設(shè)計雖然完成了課題所要求實現(xiàn)的功能，但是仍然存在一些不足的地方需要完善。參考文獻[1]陳錫輝,張銀鴻.《LabVIEW8.20程序設(shè)計從入門到精通》[M]北京：清華大學(xué)出版社，2007.2~5-55~69ChenXiHui，ZhangYinHong.《LabVIEW8.20Programmingfromentrytothemaster》[M].BeiJing：TsinghuaUniversitypress，2007.5[2]胡亞琦，夏寶華.虛擬儀器平臺下示波器的設(shè)計與實現(xiàn).電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文.2008:18~46HuYaQi，XiaBaoHua.Oscilloscopevirtualinstrumentplatform.Thedesignandimplementationofmasterdgreethesesofmasterofuniversityofelectronicscienceandtechnology.2008:18~46[3]王福明.《LabVIEW程序設(shè)計與虛擬儀器》[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2009.8~24WangFuMing.《LabVIEWprogramdesignandvirtualinstrument》[M].Xi'anUniversityofElectronicScienceandTechnologyPress,2009.8~24[4]陳樹學(xué)，劉萱.《LabVIEW寶典》[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012ChenShuxue,Liuxuan.《LabVIEWcanon》[M].BeiJing:ElectronicsIndustryPress,2012[5]張桐.《精通LabVIEW程序設(shè)計》[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.23~50ZhangTong.《ProficientLabVIEWprogramming》[M].BeiJing:ElectronicIndustryPress2008.23~50[6]何艷梅.LabVIEW在電子測量課程中測量數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用[J].電子世界,2014,12HeYanmei.ApplicationofLabVIEWinthemeasurementofdataprocessinginelectronicmeasurementcourse[J].Electronicworld，2014，12[7]劉景峰,岳鳳英.基于LabVIEW的動力學(xué)分析系統(tǒng)[J].自動化儀表,2015,03LiuJingfeng，YueFengying.DynamicanalysissystembasedonLabVIEW[J]，Automaticinstrument，2015.03[8]黃松齡.《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》[M].清華大學(xué)出版社，2008.77~84HuangSongling.《Virtualinstrumentdesignbasictutorial》[M].TsinghuaUniversitypress,2008.77~84[9]楊樂平.《LabVIEW高級程序設(shè)計》[M].清華大學(xué)出版社,2013.2~50YangLeping.《LabVIEWadvancedprogramming》[M].TsinghuaUniversitypress,2012.2~50[10]王建勛,周青云.基于DS18B20和LabVIEW的溫度監(jiān)測系統(tǒng)[J].實驗室研究與探索,2012,03:47-50WangJianxun，ZhouQingyun.TemperaturemonitoringsystembasedonDS18B20andLabVIEW[J].Laboratoryresearchandexploration,2012,03:47-50[11]雷振山.《LabVIEW7.1Express實用技術(shù)編程》[M].中國鐵道出版社，2004.