论文总字数：15952字

摘 要

虚拟仪器是一种将计算机资源与仪器硬件的测量、控制、数据采集能力结合在一起的数字化自动测试仪器，它在数据采集、计算机辅助测试和仪器控制等领域均得到广泛利用。基于LabVIEW平台的虚拟示波器的设计就是其中的主要应用领域之一。本文主要利用LabVIEW强大的虚拟仪器功能设计一台简单的虚拟数字示波器，考虑到实际情况，该示波器采用计算机自带的声卡代替传统的工业数据采集卡进行数据采集。文章阐述了虚拟仪器的概念、开发环境和发展趋势，介绍了虚拟示波器的设计理论、设计思路以及它的数据采集、波形显示、信号处理、波形存储和回放等功能。通过实验表明该示波器显示波形运行可靠、性能良好，能适用于普通实验室正常的使用需求。

关键词：虚拟仪器，示波器，LabVIEW

Abstract：Virtual instrument is a kind of digital automatic test equipment which combines computer resources with measurement，control and data collecting capabilities of instrument hardware．It has been more widely used in many areas including data acquisition，computer aided test and instrument control．And the design of virtual oscilloscope based on LabVIEW platform is one of the major application areas．A simple virtual digital oscilloscope is designed in this paper by powerful virtual instrument function of LabVIEW mainly．Taking the actual situation into account，this oscilloscope collects data by the computer"s own soundcard which replaces capture card of traditional industrial data．This paper introduces the concept of virtual instruments，exploitation environment，development trends，design theory and design ideas．The functions of data acquisition，waveform display，signal processing，waveform storage and playback are also introduced in this paper．Example shows that the oscilloscope displays reliable waveform running and good performance，and it can be applied to normal usage requirements of ordinary laboratory．

Key words：virtual instrument，oscilloscope，LabVIEW

目 录

1 引言 4

2 虚拟仪器的介绍 4

2.1 虚拟仪器的概念 4

2.2 虚拟仪器的开发环境 4

2.3 虚拟仪器的发展趋势 5

3 虚拟示波器的设计理论 5

3.1 台式数字示波器的工作原理 5

3.2 虚拟数字示波器的基本原理 6

3.3 虚拟数字示波器的声卡采集原理 6

4 虚拟数字示波器的硬件设计 7

4.1 声卡的硬件结构 7

4.2 声卡用于数据采集时的主要设置 8

5 虚拟数字示波器的软件设计 9

5.1 设计思路 9

5.2 数据采集模块设计 10

5.3 信号测量模块设计 11

5.4 数据滤波模块设计 13

5.5 频谱分析模块设计 14

5.6 波形显示模块设计 15

5.7 波形存储和回放模块设计 16

5.8 完整的程序与前面板设计 17

6 程序的调试与分析 20

6.1 信号采集及分析 20

6.2 选择其他波形再次验证 25

6.3 结果分析 27

结 论 28

参考文献 29

致 谢 30

1 引言

随着微电子集成技术、微型计算机技术和数字技术的飞速发展，现代数字化示波器的研究与开发有了更快的发展^[1]。现代数字示波器具有更强大的智能捕获、参数分析、时频变换、超大规模数据波形存储和数据上网共享等功能。数字存储示波器采用微处理器进行数据测量、数据处理以及波形分析，其精度和处理速度都大大提高了。但是，对于实际千差万别的测量系统来说，这类示波器波形不易稳定、仪表功能固定、测读不准确、技术更新周期长、体积大且耗电多、可扩展性较差并且其价格相对而言比较昂贵，因此应用的深度和广度也收到一定的限制。随着科学技术的飞速发展及普及，仪器结构的设计思想日益更新，各种创新技术的不断发展积累，使得现代化测量仪器发生了巨大的变化。这类示波器显然已经难以满足现代科研应用的需求，这就应运而生了新型的测量仪器即虚拟仪器。虚拟仪器技术的出现克服了传统示波器的缺点，使得软件实现数字示波器成为现实。虚拟数字示波器可以通过计算机屏幕显示的虚拟仪器面板来控制和检测系统工作，实现被测信号的采集、分析、图形显示、打印输出等功能^{[2] [3]}。

2 虚拟仪器的介绍

2.1 虚拟仪器的概念

虚拟仪器就是一种以计算机为基础的数字化自动测试仪器。目前仪器的发展方向多种多样，而计算机与仪器的结合就是其中的一个重要方向^{[4] [5]}。不同仪器的硬件资源可以同计算机的软件资源充分结合起来，这种结合主要体现在两个方面，其中一种是将算计装进仪器，也就是现在人们所说的智能化仪器，随着计算机技术的飞速发展，计算机智能化越来越普及，体积越来越小，功能也越来越多，这一类智能化的仪器也随之越来越多，如现在市场上出现的含嵌入式系统的仪器。而另外一种则是将仪器装进计算机，以计算机的硬件和其操作系统为基础来实现各种仪器的功能^{[6] [7]}。虚拟仪器则就是指这第二种方式。

按照仪器的需求来组织其数据采集系统就是虚拟仪器的本质。计算机的各种数据采集及信号处理是虚拟仪器研究领域中所涉及的基础。而在该领域内，美国国家仪器公司所推出的高效图形虚拟仪器开发平台LabVIEW是目前使用较为广泛的计算机语言^[8]。

2.2 虚拟仪器的开发环境

应用软件的开发环境是设计虚拟仪器所必须的软件工具^[1]。应用软件开发环境的选择，根据开发人员的喜好来选择，但最终都必须给用户呈现出一个界面友好、功能强大的应用程序。LabVIEW是由美国国家仪器公司研制开发的一种图形化的编程语言开发环境，是一种基于数据流控制的、适合任何编程任务和具有扩展数据库的通用编程语言。LabVIEW编写的程序被称为虚拟仪器VI（virtual instruments）^[9]，其广泛的被业界、学术界和研究实验室所接受，并被视为一款标准的数据采集和仪器控制软件。它作为一款功能强大的工业标准图形化编程工具，已被广泛应用于汽车、半导体、电子、电信和医疗器材等多个领域。虚拟仪器的构成需要一些特定的硬件接口来（如：GPIB总线仪器）与被测对象进行数据通信，而其软件可将可选硬件（如：数据采集卡、RS-232、GPIB、VXI和PXI等）和可以重复使用源码库函数的软件结合起来，实现模块间的通信^{[8] [9]}。

2.3 虚拟仪器的发展趋势

虚拟仪器就是在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计和定义功能，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用I/O接口设备完成信号的采集测量与调理，从而完成各种测试功能^[7]。

随着计算机技术、仪器技术，和网络通信技术的不断完善，虚拟仪器技术也在向网络化方向发展，即基于网络的虚拟仪器。网络技术与虚拟仪器技术相结合，产生了基于网路的虚拟仪器^{[7] , [8]}。VI服务器实际上就是一台运用了网络服务器和VI应用的计算机，服务器收到请求后，运行相应的VI，并将结果返回客户机。使用网络化虚拟仪器，可以在任何地点、任何时间获取测试数据。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：15952字