基于LaVIEW虚拟示波器的设计 毕业设计说明书.doc

1 绪论 1.1 引言 由于微电子技术、计算机技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术上 的应用，新的测试理论、测试方法、测试领域和新的仪器结构的出现，电子测量仪器的功能和作用发生了非常大的变化.虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的硬件和软件，形成既有普通通用仪器的功能和界面,又具有强大的数据分析、处理、存储、控制等强大功能的高档低价新型仪器。它代表了当前电子测试仪器发展的新方向。 示波器在电子测量、测试仪器中有着很广泛的应用，是观察模拟电路和数字 电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。根据示 波器组成原理的不同，可分为模拟示波器和数字示波器。 模拟示波器具有分辨率高、响应快、价格低廉等优点，在电子测量技术领域中曾得到广泛的应用。但是由于模拟示波器所采用的模拟技术的局限性，其缺点也是非常的明显的，如：体积庞大，只能观察和分析重复的周期性信号，对慢速信号、单次或偶尔出现的高速、高频信号，难以观察和分析，而且不能用来观察触发前的信号的波形等。并且在很多测量场合下，不仅要对被测信号进行定性分析，还要进行定量的分析，如需要测量信号的周期、频率、峰－峰值等。模拟示波器要完成这些功能，就需要增加专用的电路，而使得价格大大增加。 随着数字电路、大规模集成电路和微处理器技术的快速发展，尤其是高速模 /数（A/D）转换器及存储器（RAM）技术的高速发展，出现了数字示波器。它把 模拟信号数字化，存储于半导体存储器中，主要是用于捕获和存储单次或瞬变信号。这种数字存储示波器有着许多独特的优点和功能，能够采集、观测、处理、存贮信号。与传统模拟示波器相比，数字示波器有以下两个突出的优点： （1）尤其适合用来捕获、观测非重复性的瞬态单次脉冲信号、随机信号或变化缓慢的信号，并能将被测信号长久的保存下来； （2）具有负延迟触发这是数字示波器所具有的独特的功能，可以观测触发信号到来之前的一段信号波形，这种功能在电路的故障诊断和电子器件的性能检测中是很有必要的，在电气、电子、机械、试验分析、生物医学、国防科研和生产过程等各个科研生产领域中，虚拟数字示波器有着广泛的应用，并成为了近年来发展速度最快的新型仪器之一。 虚拟数字示波器是虚拟仪器的一种，同时它也是数字示波器的一个特例，它是在以通用计算机为核心的硬件平台上，将计算机和数据采集系统结合在一起，由用户自己定义，具有虚拟面板，由测试软件实现测试功能的一种计算机系统。虚拟示波器不仅体积小、耗电少，而且能充分利用现有的计算机，实现如数据存储、数据分析、数据处理等在传统通用示波器上很难实现的特殊功能。 所以，基于虚拟数字示波器的这些优点，本文所设计的示波器也应运而生， 以满足现在电子测量技术的需要。 1.2 课题背景和意义 随着计算机技术和现代测试技术的飞速发展，现代测试系统越来越复杂，需要测试的数据量也越来越大，对测试的速度、精度、实时性、数据可信度、完整性以及测试系统的可靠性、智能化、开放性等要求也越来越高。针对这些要求，如何利用基于计算机的虚拟仪器技术，快速高效的提出测试系统的构建方案，成为测试系统的首要问题和迫切的需要。 虚拟仪器发展很快，从20世纪80年代NI(National Instruments)公司提出虚拟仪器的概念至今只有短短的二十多年时间，但虚拟仪器产品已经占有了仪器市场很大的份额。从事仪器仪表研究的科学家和工程师们清楚的认识到虚拟仪器不仅是21世纪仪器发展的主要方向，而且必将逐步取代传统的硬件化电子仪器，使成千上万种传统仪器都融入计算机中。 虚拟仪器在很多发达国家应用十分广泛，如电子测量、过程控制、电信、医学等领域。对虚拟仪器的研究，我国从90年代中期开始，至今已有很多新的进展。 目前，我国正处于科学技术蓬勃发展的新时期，对仪器设备的要求更加强大。虚拟仪器赖以生存的计算机近几年来以迅猛的势头席卷了全国，为虚拟仪器的发展奠定了坚实的基础。虚拟仪器作为传统仪器的替代品，市场容量巨大。一方面，目前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要还是依赖进口。这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求很高，生产突破有困难。另一方面，用户还可以将一些适用的数字信号处理算法应用于虚拟仪器的设计，提供传统仪器不具备的功能，而且完全可以通过软件来实现多功能集成的仪器设计。因此，虚拟示波器的研制是非常有必要的。 近年来，数字信号处理技术的高速发展和高速数字信号处理器的广泛采用，极大地增强了仪器的信号分析、处理能力。数字滤波、FFT、相关、卷积等是信号处理的常用方法，其共同的特点是，算法的主要运算都是由迭代式的乘和加组成，这些运算如果在通用微机上用软件完成，运算时间较长，而数字信号处理器通过硬件完成上述的乘、加运算，大大提高了仪器速度和性能，推动了数字信号处理技术在仪器仪表