课程设计基于labview的虚拟示波器的设计.DOC

文 献 综 述 在现代测量领域中，为了对电路功能进行检测，有许多的测量仪器可供使用。只要电量不随时间变化，借助于仪器来掌握数值大小就足够了。但是，对于曲线形状、周期或频率以及最大值的附加数据都属于交流量的电路，由于交变量的曲线形状是多种多样的，以至于只有用图像才能充分加以描述。因此一般的电过程差不多都可以用图像语言来描述，且只有这样才便于理解。 作为这类“电”图像的中介物，示波器在现代电子学中是不可缺少的。它经常代替一系列单个仪器：电压表、电流表、频率计、相位计等。 由于传统的示波器加工工艺复杂，对制造水平要求高，生产突破有困难，因此价格非常昂贵，容易损坏，且开发和维护的费用高，功能单一，升级成本高，技术更新周期长，对于一般用户很不实用。 随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化方向发展。虚拟仪器是90年代提出的新概念。虚拟仪器技术的提出与发展，标志着二十一世纪测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。所谓虚拟仪器,就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能，使用者操作这台计算机，就像是在使用一台专门设计的电子仪器。 虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，是一种具有仪器功能的软硬件组合。它充分利用计算机技术，在基本硬件支持下，通过调用相应的软件模块来完成数据采集、控制、分析、处理以及结果显示，从而实现各种传统仪器的功能。本设计便利用虚拟仪器设计一个虚拟示波器并实现它的虚拟频谱分析功能。 摘 要 虚拟仪器与传统仪器相比具有许多优点：对输入信号的处理和计算可以更加复杂，且处理速度更快；测试结果的表达方式更加丰富多样；可方便地存储和交换测试数据；可通过多种现有的通信标准方便地同外设、网络及其它应用连接；价格低而且可重复利用；功能升级方便，技术更新快(周期1～2年)；将所有的程控仪器的控制信息集成在虚拟仪器的软件模块中，用户无需专门查阅、学习仪器的程控方法与程控指令就可对仪器进行操作；计算机强大的图形用户界面(GUI)增强了仪器的结果显示功能；具有几乎无限的数据记录容量；自动化的测试过程；用户可自定义分析方式和接口；可扩展的工程函数库；自动生成测试运行报告；高品质的打印功能等。另外，在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。一方面，一些高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等由于加工工艺复杂，对制造水平要求高，生产突破有困难，采用虚拟仪器技术可以通过只采购必要的通用数据采集硬件来设计自己的仪器系统；另一方面，用户可以将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器设计，提供传统台式仪器不具备的功能，而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。 本课题利用虚拟仪器开发平台 labview设计了一种虚拟示波器以及它的虚拟频谱分析功能。 关键词：虚拟仪器 示波器 频谱分析 1 虚拟仪器的概述 虚拟仪器是现代技术与计算机技术结合的产物。随着计算机技术特别是计算机的快速发展，CPU处理能力的增强，总线吞吐能力的提高以及显示器技术的进步，人们逐渐认识到，可以把仪器的信号分析和处理、结果的表达与输出功能转移给计算机来完成。这样，可以利用计算机的高速计算能力和宽大的显示屏更好地完成原来的功能。如果在计算机内插上一块数据采集卡，就可以把传统仪器的所有功能模块都集中在一台计算机中了，而软件就成了虚拟仪器的关键，任何一个使用者都可以通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能，这就是美国NI公司“软件就是仪器”一说的来历[1]。 所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器。虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。虚拟仪器的最大特点是其灵活性，用户在使用过程中，可以根据需要添加或删除仪器功能，以满足各种需求和各种环境，并且突破了传统仪器在数据处理、表达、传送以及存储方面的限制。 虚拟仪器的组成与传统仪器一样，由数据采集与控制、数据分析与处理、结果显示三部分组成。对于传统仪器，三部分几乎均由硬件完成，对于虚拟仪器，后两部分主要由软件来实现。与传统仪器相比，虚拟仪器设计日趋模块化、标准化，设计的工作量和复杂性都大大减小。 2 虚拟示波器与其频谱功能的实现 2.1 软件开发工具介绍 本设计主要是采用labview编程方法，因为它是图形化的编程语言，界面形象直观，有很多按钮、控件可以直接用来表示实际的仪器。虚拟仪器系统的软件主要包括仪器驱动程序、应用程序和软面板程序。仪器驱动程序主要用来初始化虚拟仪器，设定特定的参数和工作方式，使虚拟仪器保持正常的工作状态。应用程序主要对采集来的数据信号进行分 析处理，用户可以根据编制应用程序来定义虚拟仪器的功能。软面板程序用来提供与虚拟仪器的接口，它可