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虚拟示波器的研究和开发 -------------基于LABVIEW 刘亚斌 韩雅琴 余守前 电气工程与自动化学院 北京航空航天大学 中国，北京100083 liuyabin@ hanyaq@163.com ysq@ 摘要—本文介绍了一个基于LABVIEW设计虚拟仪器的过程。该示波器主要分析用价值和时基法实现时间在振幅调整过程中的实时显示。同时，它简单介绍了用栅压法测量时间和频率的波形的简单思路以及应用。在结束时，本文将虚拟示波器中参数的测量与波形的显示和现代发动机闭环锁的定期速度控制联合起来，一起分析了在PID控制时参数测量的影响。 关键词-虚拟示波器，时基，运动控制 1.引文 在高速发展的工业控制领域，测量技术和仪器变得越来越重要。但由于弊端的传统手段，如价格昂贵、功能单一、可扩展性不好等，很难满足业界的要求。随着计算机技术和虚拟仪器的发展，用户的设计范围变得比较广泛。用先进的总线技术，同样的硬件可以使两个或者两个以上的机器同步工作，实现很多不同的功能，如PXI总线技术。这些突出的特点，例如成本低、多功能等使得虚拟仪器的使用越来越广泛。 所有的测量仪器都包括三个部分：数据采集部分，数据分析部分和结果输出部分。在这三个部分中，数据采集部分可以由硬件系统的A/D模块或数字模块等10个模块来完成。而数据分析和结果输出部分可由计算机基础上的软件系统来完成。因此，如果给予一些必要的数据采集硬件，基于计算机便可构成测量仪器硬件。同时，在虚拟仪器中，软件技术也是必不可少的。Visual C++, LabVIEW, LabWindows/CVI, VEE等等都是发展软环境。 LABVIEW是一个叫做G语言的图形化编程语言。它可用在以GPIB、VXI总线、PXI总线、PCI总线和数据采集卡等为基础的硬件系统，具有强大的分析能力。它的图形化编程方法可以用简单清楚的数据来完成总计划。利用其嵌入式仪表盘驱动程序界面，我们可以很方便地操作一个仪表盘。多通道数字示波器，它主要用于实时数据采集，是一个最广泛使用的通用测量仪器。它还能够显示出一些电信号的变化并比较彼此之间的差异。因此，研究和开发虚拟示波器是一个热点领域。在LABVIEW中利用普拉特图形，你可以很方便的获取动态波形，并使它们显示出来。但大多数基于LABVIEW的虚拟示波器都使用普拉特图形来操作和分析波形数据。虽然这很容易使用，但也存在不少缺点：（1）当波形一直变化时，屏幕就会一直刷新，普拉特图形就不能正常工作；（2）它的操作方法并不能满足大多数的使用者，因为它在操作时不同于传统的示波器。本文提出了一些办法来解决这些问题。在实时现实波形时，我们重建了波形操作并推出了一些相关的软件算法。 在介绍中利用了时基上的动态调整并提出两个概念：FIFO进程和E-M进程。此外，它还介绍了一个成功在测量时间和频率是的栅极电压测量方法，并在此基础上，提出了适用于闭环定时锁的系统。 II.DUE多通道数字示波器软件算法的研究。 本文提出的虚拟示波器主要用于实验室中进行的各种模拟信号的测量和存储。它的主要功能是：数据采集、波形显示、参数测量、波形存储和回放等等。它拥有64个模拟信号输入通道，并可以在同一时间按选择的切换矩阵观察8个信号。根据相关规定，我们采用NI-6133数据采集卡进行数据采集。图1中虚框显示的是虚拟示波器： 现在，我们将介绍虚拟示波器算法软件的基本功能。 A：特征图控制 在LABVIEW中，有三种显示波形的控制：图表、对话框和X-Y图。每种控制均有其自身的优势。本文以图表控制为例，探讨实现虚拟示波器基本功能的软件算法。图表示波器在屏幕上显示每次的所有波形数据的输入。每当波形数据输入时，屏幕就会被刷新。利用自带的操作工具，你可以移动、缩放波形或使用光标来测量参数。但是它不能用于动态波形。因此，我们有必要制定一个更为方便的操作工具以实现动态波形的实时显示。在本文中介绍的虚拟示波器，有一些基本的功能，如幅度位置值调整、时基变化、触发方式选择等等。图2显示的为该示波器的前面板： B：振幅值调整 在多通道示波器中，可以在同一时间显示一个以上的波形，因此，可以非常方便的比较每个信号的变化。每个波形的显示可以通过前面板上的选择箱来分开运行。起初，我们将屏幕分隔成10×10个网格，并设定每个频道的Y轴。在Y轴上每10个网格的值等同于振幅控制旋钮的值。通过波形图的特征节点，你可以对每个Y轴设置最低为旋钮值的5倍，最高也为旋钮值的5倍。因此，当你改变振幅旋钮值时，Y轴上的最小值和最大值也随之改变，同时，显示的波形会缩放到要求的规格，零点的位置也会存放到原来的位置。 使用一个数组，用以存储每一个Y轴改变的振幅值。当选择一个频道时，先将就的振幅值赋值给旋钮，然后经过调整，将相关数组元素用新的值来代替。这样就完成了