基于LabVIEW双通道示波器的设计与实现

长春理工大学光电信息学院毕业设计基于LabVIEW双通道示波器的设计与实现Design and Implementation of Double Channel Oscilloscope Based on LabVIEW2015年02 月亚为科技摘 要虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着数字化，智能化，模块化，网络化的方向发展。随着电子计算机技术和软件开发技术的日新月异，电子计算机在数据的实时分析和处理，显示，存贮等方面的优势与传统的仪器相比越来越明显。与此同时，随着计算机性价比的不断提升，传统仪器的价格又长期居高不下，再加上传统仪器的功能单一，发展虚拟仪器已经成为一个不可阻挡的历史潮流。美国NI公司在这种大环境下，率先发起了对虚拟仪器的研究开发，推出了LabVIEW软件开发平台。文章阐述了虚拟仪器的背景、概念、发展、组成等，重点介绍了采用图形化编程软件LABVIEW设计虚拟示波器方法以及它的波形显示、频谱分析、参数显示等功能，最终实现开发一个能够对声音信号进行显示的虚拟示波器。本文所设计的虚拟示波器经过测试可以对信号正确的采集和显示，达到了本次虚拟示波器的设计要求。本课题在掌握了虚拟仪器的基本结构及信号处理的相关知识基础之上，设计了一套虚拟示波器。对虚拟仪器的概念，结构，发展趋势进行了相关分析。关键词：虚拟仪器 虚拟示波器 LabVIEWABSTRACTNow, virtual instrument technology is the combination of the computer system and instrument system, is an important technology in the field of computer aided testing. It promotes the traditional instruments toward digital, intelligent, modular, network direction.With advances in computer technology and software development technology, electronic computer in real-time data analysis and processing, display, storage, etc advantages compared with traditional instruments is more and more obvious. At the same time, with the improving of the computer price, the price of traditional instruments and high for a long time, coupled with the single function of traditional instrument, virtual instrument development has become an unstoppable tide of history. NI companies in the United States in this environment, take the lead in launching the research and development of virtual instrument, introduced the LabVIEW software development platform.The article expounds the background, concept, the development of virtual instrument, composition, etc., focus on using graphical programming software LABVIEW virtual oscilloscope design method and its waveform display, spectrum analysis, and other functions, eventually developing a audio signals to display the virtual oscilloscope.In this paper, the design of virtual oscilloscope tested signal right acquisition and display, can be reached the design requirements of virtual oscilloscope.This topic in the mastery of the basic structure of virtual instrument and signal processing based on knowledge, design a set of virtual oscilloscope. The concept of virtual instrument, the structure, the development trend of related analysis.Keywords: Virtual instrument Virtual oscilloscope LabVIEW 目 录绪 论1第一章 虚拟仪器技术概述211虚拟仪器概述21.1.1虚拟仪器概念21.1.2虚拟仪器构成21.1.3 虚拟仪器特点31.2虚拟仪器的现状41.2.1国外虚拟仪器的研究现状41.2.2国内虚拟仪器的研究现状51.2.3虚拟仪器的发展方向61.3虚拟仪器的发展趋势61.4虚拟仪器的研究步骤及本论文的结构7第二章 LABVIEW概述92.1 LabVIEW的基本概述92.2什么叫LabVIEW92.3LabVIEW软件的特点102.4LabVIEW创建虚拟仪器过程10第三章 虚拟示波器的设计与实现123.1系统设计介绍123.2整体设计方案133.3设计步骤143.3.1选择及波形发生143.3.2波形控制和调节部分15第四章 虚拟示波器的调试与结果分析194.1 测试与结果194.2 性能分析20结 论21参 考 文 献22致 谢23绪 论虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着数字化，智能化，模块化，网络化的方向发展。电子测量仪器发展至今，大体上可以分为四代：模拟仪器、数字化仪器、智能一起和虚拟仪器。第一代模拟仪器，这类仪器在某些实验室里还能看到，它是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表、晶体管电压表、指针式电流表等。第二代数字化仪器，这类仪器现在相当普遍，这类仪器将模拟信号的测量值转化为数字信号，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量，如数字万用表、数字频率计等。第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，可以进行自动测试和数据处理功能，可能代替部分脑力劳工，习惯上称为智能仪器。它的功能模块全部都是以硬件或固定软件的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代虚拟仪器，它是现在计算机软件技术、通信技术和测试技术高速发展孕育出的一项革命性技术，其导致了传统仪器的结构、概念和设计观点都发生了巨大的变革，它的出现使得人类的测试技术进入了一个新的发展纪元。1第一章 虚拟仪器技术概述11虚拟仪器概述1.1.1虚拟仪器概念虚拟仪器是指通过应用程序将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面（通常叫做虚拟前面板，简称前面板）来操作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样，从而完成对被测信号的采集、分析、判断、显示、数字存储等。虚拟仪器以透明的方式，通过软件对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口，把计算机资源（如微处理器、显示器等）和仪器硬件（如A/D、D/A、数字I/O、定时器、信号调理等）的测试能力和控制能力结合起来。虚拟一起突破了传统仪器以硬件为主体的模式，实际上使用者是在操作具有测试软件的电子计算机进行测量，犹如操作一台虚设的电子仪器。虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。软件是虚拟仪器的关键，当基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。用户可以根据自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用要求。利用计算机丰富的软、硬件资源，可以大大突破传统仪器的数据的分析、处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领域，而且还可以用于进行设备的监控以及工业过程自动化。虚拟仪器还可以广泛用于电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面。101.1.2虚拟仪器构成虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构成分式上讲则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统，或已GPIB，VXI，Serial和Fieldbus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、VXI系统、串口系统和现场总线系统等多种形式2。虚拟仪器的构成如图1-1所示。显示器信号分析及处理器入机接口各类接口A/D转换器数据发生器信号调理器信号调理器输入信号D/A转换器信号调理器信号输出图1-1虚拟仪器的结构1.1.3 虚拟仪器特点一台性能优良的虚拟仪器不仅可以实现传统仪器的大部分功能，而且在许多方面有传统仪器无法比拟的优点，如使用灵活方便、功能丰富、价格低廉、可一机多用、可重复开发等。4 与传统仪器相比虚拟仪器主要有以下几个优点：（1）融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能。而且高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置。（2）利用计算机丰富的软件资源，一方面，实现了部分仪器硬件的软件话，节省了物质资源，增加了系统的灵活性；一方面，通过软件技术和相应的数值算法、实时、直接的对测量数据进行各种分析和处理；另一方面，通过图形用户界面（GraphUserInterface）技术，真正做到界面友好，人机交互。（3）基于计算机总线和模块化仪器总线，使仪器的硬件实现了模块化、系列化，大大缩小了系统的尺寸，可方便的构建模块化仪器（InstrumentonaCard）。（4）基于计算机网络技术和接口技术，使VI系统具有方便、灵活的互联能力，广泛支持诸如CAN，FieldBus，PROFIBUS等各种工业总线标准。因此，利用VI技术可方便的构建自动测试系统（ATS，AutomaticTestSystem），实现测量、控制过程的网络化。（5）基于计算机的开放式标准体系结构。虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因此，用户可以根据自己的需要选择不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活、效率更高，缩短了系统组建和维修的时间。下表是虚拟仪器与传统仪器的比较。表1-1虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器传统仪器开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展封闭性、仪器间相互配合较差关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序即可。关键是硬件，升级成本较高，且升级必须上门服务。价格低廉，仪器间资源可重复利用率高价格昂贵，仪器间一般无法相互利用用户可定义仪器功能只有厂家能定义仪器功能可以与网络及周边设备方便互连与其他设备仪器的连接十分有限软件使得开发和维护费用降至最低开发和维护开销高技术更新周期短（1-2年）技术更新周期长（5-10年）数据可编辑、存储、打印数据无法编辑1.2虚拟仪器的现状1.2.1国外虚拟仪器的研究现状虚拟仪器技术目前在国外发展很快，以美国国家仪器公司（NI公司）为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言，已作为各大学理工科学生的一门必修课程。美国的斯福坦大学的机械工程系要求三、四年级的学生在实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。最早和最具有影响力的开发软件，是NI公司的LABVIEW软件和Labwindows/CVI开发软件。LABVIEW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。Labwindows/CVI是为熟悉C语言的开发人员准备的、在windows环境下的标准ANSIC开发环境，除了上述优秀的开发软件之外，美国HP公司的HP-VEE和HPTIG平台软件，美国Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS软件，以及美国的HEMData公司的Snap-Master平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。当今虚拟仪器的系统开发采用的总线包括传统的RS232串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线，以及已经被PC机广泛采用的USB串行总线和IEEE1394总线（即Firewire，也叫做火线）。世界各国的公司，特别是美国NI公司，为使虚拟仪器能够适应上述各种总线的配置，开发了大量的软件以及适应要求的硬件（插件），可以灵活的组建不同复杂程度的虚拟仪器自动检测系统。虚拟仪器开发商不仅注意使虚拟仪器能够适应各种通用计算机总线系统，使之为虚拟仪器服务，而且也注意建立各种仪器专用的总线系统。美国NI公司在1997年9月1日推出模块化仪器的主流平台PXI，这是与CompactPCI完全兼容的系统。这种虚拟仪器模块化主流平台PXI/CompactPCI的传输速度已经达到100Mb/s。是目前已经发布的最高传输速度。71.2.2国内虚拟仪器的研究现状目前主流的虚拟仪器主要是VXI/PXI各种计算机总线和总线标准的各种插卡和仪器模块间或有其它总线式的仪器模块，工作方式多是插入各种总线机箱内或直接插入计算机机箱内，少数情况下是独立模块以接口形式接入计算机。它们多数属于中低频范围，主要是工程应用类仪器设备。我国VXI总线技术是反映我国目前虚拟仪器水平的一个方面，互联网已经使数据共享进入新阶段，加速了虚拟仪器的新网络技术及远程计算机技术的发展，而这些技术是传统仪器不可能实现的，虚拟仪器很好的利用了互联网的功能，因此可以把来自测量和设计的数据直接发布到网上。国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统，上海复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学、华中理工大学、四川联合大学等。近一、两年来这些学校在原有的基础上，又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。其中，华中理工大学机械学院工程测试实验室将其开发成果在网上公开展示。四川联合大学的教师基于虚拟仪器的设计思想，研制了“航空电台二线综合测试仪”将8台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统，使用方便、灵活。清华大学利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验。主要检测发动机的功率特性、负荷特性等。一台发动机检测完后，就可打印出完整的检测报告。此外，国内已有几家企业在研制PC虚拟仪器，哈工大仪器王电子有限责任公司就是其中之一，它的产品已达到一定的批量。其主要产品有数字存储示波器系列、任意波形发生器及频率计系列、多通道大容量波形记录系列。国内专家预测：未来几年内，我国将有50%的仪器为虚拟仪器。国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。随着微型计算机的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。虚拟仪器技术的提出和发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测试仪器领域技术发展的一个重要方向。51.2.3虚拟仪器的发展方向虚拟仪器正在继续迅速发展。它可以取代测量技术在传统领域的各类仪器。虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性和经济性，因而特别适应于当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高跟新的测量课题和测量需要。“没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进。”虚拟仪器将会在科学技术的各个领域得到广泛的应用。VXI总线将成为未来虚拟仪器的理想硬件平台，这是由VXI总线的性能决定的；另一方面，基于PCI-DAQ的虚拟仪器系统由于性价比高、灵活性好而受到大多数用户的青睐，将得到高速的发展。随着计算机硬件、软件技术的迅速发展，虚拟仪器将向高性能、多功能、集成化、网络化方向发展。61.3虚拟仪器的发展趋势虚拟仪器正在继续迅速发展。它可以取代测量技术在传统领域的各类仪器。虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性和经济性，因而特别适应于当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高跟新的测量课题和测量需要。“没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进。”虚拟仪器将会在科学技术的各个领域得到广泛的应用。图形化编程平台的进一步发展和完善是虚拟仪器发展的一个重要方向。如何使用户进行少量的学习甚至不需要学习就可使用功能强大的虚拟仪器，如何使用构成简单的虚拟仪器系统并完成复杂的测试内容，如何帮助用户对测试结果进行分析和判断等内容，是虚拟仪器技术努力的方向。我国还基本处于传统仪器与计算机化仪器互相分离的状态，世界各大相关的产品商家都在向中国这个巨大的市场进军。结合我国的实际情况，我们必须走引进与自行开发相结合的道路。一方面，大力引进国外虚拟仪器方面的生产技术；另一方面，发展基于计算机的插卡式硬件模块为主的测控技术，发展图形化平台的软件产品，充分利用我们现有的计算机及测控技术硬件，缩短与国际先进水平的差距。VXI总线将成为未来虚拟仪器的理想硬件平台，这是由VXI总线的性能决定的；另一方面，基于PCI-DAQ的虚拟仪器系统由于性价比高、灵活性好而受到大多数用户的青睐，将得到高速的发展。随着计算机硬件、软件技术的迅速发展，虚拟仪器将向高性能、多功能、集成化、网络化方向发展。1.4虚拟仪器的研究步骤及本论文的结构在LabVIEW平台下，一个VI有两部分组成：前面板和流程图（或称后面板），前面板的功能等效于传统测试仪器的前面板；流程图的功能等效于传统测试仪器与前面板相联系的硬件电路。在设计时，要考虑硬件部分。虚拟仪器的设计方法包括I/O接口仪器驱动程序的设计、仪器面板的设计与仪器功能算法的设计三部分。（1） 确定程序设计的总体方案在编制虚拟仪器程序前，必须首先对程序进行总体设计分析：一是要确定程序要实现的功能、要显示的图形对象、要输出的报表；二是确定程序的层次关系，如主程序和子程序之间的关系等、虚拟仪器程序与硬件的连接关系等。（2）确定虚拟仪器程序前面板仪器前面板的设计指在虚拟仪器开发平台上，利用各类子摸板图标创建用户界面，即在前面板上布置实现所需功能的显示对象，这些对象包括开关旋钮控制、相量图、频谱图显示等，前面板布置好这些对象后，工程技术人员通过鼠标、键盘就可像操作传统仪器一样地操作虚拟仪器。（3）构建图形化流程图在LabVIEW开发环境中，后台流程图与前面板控制显示对象一一对应，开发人员的任务是通过连接不同的功能函数模块使数据流从输入对象经过处理传送到输出对象。与传统的文本式程序设计一样，LabVIEW也有控制流程图功能执行部分，包括Sequence、CaseStatement、ForLoop、Whileloop结构，这些结构被描述成图形化的边界结构，开发人员不必注意传统设计所需的语法细节，只需直接将它们连接起来就可完成数据传递。在编制大型复杂的虚拟仪器应用程序时，由于所用模块很多，这时必须考虑程序的层次结构，这可以通过灵活编制子程序、采用更为简单高效的计算原理等方式来实现。（4） 调试和优化程序和传统程序一样，在编制虚拟仪器程序时，需要不断对程序进行调试分析，LabVIEW程序调试功能十分强大易用，可以灵活设定程序断点，进行带数据探针的单步运行，加亮执行程序进行数据流追踪判断。同时，LabVIEW是目前唯一带有编辑器的图形化编程环境，他可根据用户编制程序自动产生最优化代码，加快程序运行速度。另外，用户还可以利用内置的绘图器对程序代码部分进行分析和优化。从上面五个方面可以看出，在计算机和仪器等资源确定的情况下，有不同的处理算法，就有不同的虚拟仪器。软件在虚拟仪器的重要作用由此可见一斑。本论文开发了一台虚拟示波器。具体内容安排如下：第1章，绪论：介绍虚拟仪器的概念、构成及其优势，发展的现状和本文的研究内容。第2章，虚拟示波器的设计理论：本章主要讲了示波器组成部分、波形显示原理，工作原理以及虚拟示波器在硬件平台上的使用，详细讲述了硬件选择声卡的理由。第3章，本章讲解虚拟示波器的软件设计：本章是重点，详细讲述了各个功能模块具体的实现过程，包括数据采集和处理、波形显示、参数测量等模块。第4章，程序测试与调试：本章给出了虚拟示波器系统性能的具体指标，进行了系统调试，验证了虚拟示波器的实用性和优越性。第5章，总结与展望：对设计的虚拟示波器进行了总结，并对将来的发展趋势给出了展望。第二章 LabVIEW概述2.1 LabVIEW的基本概述LabVIEW是美国国家仪器公司开发的，基于G语言（GraphicsLanguage）的虚拟仪器开发工具。其特点是用图形化的符号来代替传统的文本语言，从而达到直观，简洁，易懂的目的。1992年8月LabVIEW2.5实现了从MaCintosh平台到Windows又砰台的移植，从LabVIEW3.0版本开始，LabVIEW作为一个完整优异的图形化软件开发环境得到了工业界和学术界的认可，并开始迅速占领市场，赢得了广大用户的青睐。目前LabVIEW于每年八月都会发布一个新版本，如LabVIEW2009、LabVIEW201，以及目前最新的LabVIEW2012等。软件的不断更新，确保了开发平台的先进性与灵活性。2.2什么叫LabVIEWLabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。LabVIEW采用图形化编程语言-G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用LabVIEW。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。LabVIEW这么容易学习和使用，是不是LabVIEW的功能十分有限呢？不。像C或C+等其它计算机高级语言一样，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。而且LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言-G语言。LabVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。总之，由于LabVIEW能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便，深受用户青睐。与传统的编程语言比较，LabVIEW图形编程方式能够节省85以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，体现出了极高的效率。使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。例如，用户可以将原有的带有RS232接口的仪器、VXI总线仪器以及GPIB仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作。可以预见，由于LabVIEW这些其他语言无法比拟的优势，已经成为该领域的一朵奇葩！最终将引发传统的仪器产业新的革命。2.3LabVIEW软件的特点LabVIEW软件的特点如下：(1)具有图形化的编程方式，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师的语言：(2）提供丰富的数据采集、分析及存储的库函数：(3)提供传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供独具特色的执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察到程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷；(4)32位的编仪器编译生成32位的编译程序，保证用户数据采集、测试和测量方案的高速执行。2.4LabVIEW创建虚拟仪器过程创建虚拟仪器的过程分为四步:(1)创建前面板。前面板是图形化用户界面，用于设置输入数值和观察输出量。它模仿了实际仪器的面板。前面板包含了旋钮、按钮、图形和其他控制与显示对象。通过鼠标和键盘输入数据、控制按钮，也可在计算机显示器上直接观看结果。若想要在数字控制中输入或修改数值，只需要用操作工具(见工具模板)点击控制部件和增减按钮，或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。(2)创建框图程序。在前面板窗口的主菜单windows中选择ShowDiagram将前面板窗口切换到框图程序窗口，此时会看到与前面板对象对应的端口。根据需要在功能模板中找到所需的节点，并将节点图标放置到框图程序窗口。用数据连线将这些端口和节点的图标连接起来，形成一个完整的框图程序。(3)创建图标。一个虚拟仪器的图标/连接端口就像一个图形(表示某一虚拟仪器)的参数列表。这样，其它的虚拟仪器才能将数据传输给子仪器。图标和连接允许将此仪器作为最高级的程序，也可以作为其它程序或子程序的子程序。运行和调试程序。运行和调试程序是任何一门编程语言编程的最重要的一步。在LabVIEW中，用户可以通过两种方式来运行程序:运行和连续运行。如果一个VI程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头，表示程序不能被执行。这时这个按钮被称作错误列表。点击它，则LabVIEW弹出错误清单窗口，点击其中任何一个所列出的错误，选用Find功能，则出错的对象或端口就会变成高亮。调试程序时可以利用单步执行、设置断点、设置探针来显示数据流动方向。第三章 虚拟示波器的设计与实现3.1系统设计介绍 程序流程框图如图所示：初始化虚拟函数发生信号采集波形显示参数显示信号处理图 3-1 虚拟示波器程序流程图流程图简介：首先对设计中运用到的模块进行初始化，然后通过声卡对数据进行采集，把采集到的信号送入LABVIEW模块中，通过LABVIEW模块的程序运行下，把采集到的信号通过图形的形式，把波形显示出来。通过波形的显示，最后把波形的其他参数以数字的形式都显示出来。本设计的想法是尽量与现实中的面板相一致，实现示波器最基本的显示和调节功能。所以本设计我设计了包含CHA和CHB的单通道示波器，即双踪示波器。设计时考虑的是以下几个部分:（1）CHA和CHB通道设计及选择。设置两个控件控制CHA和CHB选通状况，分别输入正弦波、三角波、方波和锯齿波。（2）波形产生。由于没有外界信号输入设备，所以不能用外部数据采集的方法输入信号波形，那么自己设计一个信号发生器，使两个通道都能实现基本模拟信号正弦波、三角波、方波、锯齿波的输入。（3）波形显示。采用波形图控件。（4）波形控制部分。包括CHA信号幅度调节和幅度偏移、CHB信号幅度调节和幅度偏移、同时开的时候两个信号叠加开关。（5）停止示波器。通过while循环的停止按钮设置示波器停止工作。3.2整体设计方案本设计的VI在创建过程中，首先创建前面板，然后进行程序框图的编写。在程序的编写中，使用了条件结构，while循环结构以及常用的数据处理函数，同时还用到了信号生成控件VI、旋钮控件VI等多个LabVIEW控件。在程序框图的编写过程中，创建了多个LabVIEW子VI，用于单通道示波器部分功能的实现，完整的设计框图如下所示。图3-2 虚拟双踪示波器前面板图3-3 虚拟双踪示波器程序框图3.3设计步骤3.3.1 选择及波形发生在程序框图面板上调用一个子VI，程序框图如下：图3-4 子VI程序框图利用基本函数发生器创建波形发生模块，实现信号源的选择。具体效果如下：图3-5 波形选择模块图3-6即构成了波形选择模块，其中的“信号”即为调用的子VI。前面板上菜单下拉列表功能的实现如下图，B通道的实现同理可得。图3-6 菜单下拉列表的功能3.3.2 波形控制和调节部分这部分是为了获得显示波形的详细信息而设计的，其结构如下图：图3-7单频信息控件图3-7是提取单频信号控件，可以在前面板上显示信号的幅值和频率。图3-8幅度偏移图3-8是实现幅度的偏移，公式为x1+x2（x1为输入信号，x2为偏移量）。图3-9单通道可同时显示波形图3-9为了实现两个通道同时显示，通过前面板单通道的设置，可很方便地实现两个信号的比较观测。图3-10延迟时间图3-10是为了更清楚的观测而设置的，运行期间信号变化很快，不利于做详细的观测比较，解决该问题的方法是设置一个延迟时间模块。3.3.3 A、B两通道波形显示的程序框图设计图3-11 显示波形图3-11即为A通道单独显示波形的程序框图，利用了一个条件选择结构，此时前面板上显示的只有A通道的波形。图3-12即为B通道单独显示波形的程序框图，前面板输出的只有B通道的波形。图3-13同时显示波形图3-13即为A、B两通道同时显示波形的程序框图，此时前面板同时显示两个波形，具体显示的情形在测试结果中会做介绍。图3-14通道交替显示波形图3-14即为A、B两通道交替显示波形的程序框图，此时前面板将分别交替显示A通道和B通道中的波形，可以调节前面板上的“延迟时间”旋钮，更好的来观察波形交替显示的情形。图3-15通道断续显示波形图3-15即为A、B两通道断续显示波形的程序框图，前面板中的“通道选择”中选择“断续”，断续可选择A或B或A+B，调节延迟时间，此时波形将以断续的形式出现，具体情形在测试结果中做介绍。第四章 虚拟示波器的调试与结果分析本虚拟示波器的设计一是参阅通用的单通道台式数字存储示波器的功能，并月在仪器分析上有所扩展。以PC机为平台将设计好的虚拟信号发生器与虚拟示波器相连接。用虚拟信号发生器来产生不同频率和幅值的波形，通过虚拟示波器来显示、测量、处理和分析这些波形，来检测虚拟示波器的性能。4.1 测试与结果 正弦波方波 三角波 锯齿波图4-1单通道波形显示前面板上，“选择”选择信号，调节信号，并分别下拉选择正弦波、三角波、方波、锯齿波，这时，屏幕上显示的即为图4-1所示的几个波形，都是单独显示的，可以调节幅值、频率等旋钮来改变波形的幅值和频率等。前面板上，“通道选择”选择“A+B”，“CHA”和“CHB”可分别下拉选择正弦波、三角波、方波、锯齿波，这时，屏幕上显示的即为图16所示的几组波形，可以调节幅值、频率等旋钮来改变波形的幅值和频率等。为三角波和方波的断续显示情形，由于动态无法表示，只能以上面的三张截图来展现，显示顺序即为三张截图的顺序，这里选取的“A+B”通道，当然也可以选取A通道或者B通道，波形也可以任意选择，这里就不多做说明。4.2 性能分析（1）本程序界面友好，基本与实物图相符，生动形象，对于波形输出具有实时的动态效果。（2）在两通道交替显示波形和断续显示波形时，波形会很快的闪动，此时可以适当的增加延迟时间，以便更好的观察波形的变化。（3）本设计中，两通道都可以正常的显示波形，交替和断续也都可以实现，唯一的缺陷就是X轴不能随着移动变化，设计有待改善提高。结 论虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。世界各国的工程师和科学家们都已将NILabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。通过本次虚拟双踪示波器的设计，让我切身体会到LabVIEW的强大功能，其可以让我们节省很多制作硬件的费用。为了完成任务，我看了很多有关于LabVIEW的视频教程，基本掌握了循环结构、顺序结构、条件结构。虽然此次实训只有三个礼拜，但我会在以后的学习时间里，继续扩展对该软件的学习，提高自己的能力。本文设计的虚拟示波器不仅具有台式数字示波器的功能，而且充分发挥了计算机强大的功能和软件设计的灵活性。设计出的示波器不仅具有波形显示功能，而且还具有参数显示功能。经过测试，本文设计的示波器能对波形和参数正确的显示，达到了虚拟示波器的设计要求。设计的研究工作和主要研究结果总结如下：（1）本文用图形化编程语言LABVIEW对程序进行设计，程序设计合理，界面美观大方。（2）充分利用了计算机的计算能力，波形显示效果逼真。参 考 文 献1 管士亮. 虚拟仪器总线技术的发展以及前景J. 中国现代教育设备.2005:16-17.2 严加法. 虚拟仪器的发展前景J. 航空电子技术.2002:31-36.3 曾涛,侯建军,娄淑琴,等. 具有示波/频谱显示功能的虚拟仪器在教学实验中的应用研究J. 电气电子教学学报.2001:64-66.4 李刚,林凌,等.LABVIEW易学易用的计算机图形化编程语言M. 北京航空航天大学出版社.5 翁瑞琴,凌志浩,邱意弘. 虚拟仪器技术及应用J. 计算机应用研究,，1999,(8):12-256 潘莹玉. 虚拟仪器及其应用J.电力自动化设备,1999,(1):105-114.7 邓炎,王磊等. LabVIEW2012测试技术与仪器应用M. 第一版，北京:机械工业出版社，2013.8 黄明俊,赵伟,侯国屏,陈君. 虚拟仪器技术一现代电工电子仪器的发展方向J.电工电能新技术,1998,(3):45-78.9 黄小红,胡正涛,丘海明. 探讨虚拟仪器与传统仪器的关系J. 电气电子教学学报,2000,(2):52-114.10 侯国屏,王坤,叶齐鑫. LabVIEW8.6编程与虚拟仪器设计M. 第一版,北京:清华大学出版社,2005.11 BenneffP. Virtual Instrument What the yareJ. wherethey reat. EleetronieProduets，1993,(7):3739.12 National InstrumentsJ. The Measurement and Automation Catalog 2002:49-137.致 谢经过了一个学期的毕业设计，在设计的过程中，老师和同学给了我许多的帮助。首先谢谢我的指导老师：侯丽新。老师在我的设计过程中一直给我指导和帮助，帮我解决了许多在设计中遇到的难题，减少了我在设计中遇到的困难，并教会了我许多有关LABVIEW的知识，扩展了我的知识面。也要感谢跟我一组的同学，许多次在我设计不知如何下手时，都给了我许多的建议，使我大大加快了设计的进程。还有实验室的其他老师，他们帮我准备着设计中需要用到的仪器设备。因为有这样的良师益友，使我在设计中减少了走弯路的次数，顺利的完成了毕业设计。23