摘 要

在现当代社会中，测控技术行业正在飞速发展。计算机技术尤其是微电子学技术的逐渐进步和成熟使人们逐渐认识到可以通过计算机软件编程同时来实现数据的处理以及仪器的测量和显示功能，虚拟仪器由此应运而生。它们是计算机技术和测控技术的紧密结合。在计算及强大的数据库资源下，这种集电子测量和信号处理的新型仪器引起了业界人士的广泛关注。

本篇论文使用通用计算机，以美国国家仪器公司（NI）开发的LabVIEW 2014为软件平台，主要开发了一款多功能虚拟示波器。该虚拟示波器具除有了包括传统示波器拥有的数据采集、数据显示的板块，还另增加了数据处理的部分：对实时波形的存储、信号滤波、频谱显示以及谐波分析等功能。基于LabVIEW的虚拟示波器具有功能扩展容易，与用户交互性强，开发周期短等特点。

最后的设计成果显示，该虚拟示波器可以实时显示信号源发出的双通道波形并测量其参数，对信号后续可以进行有效的滤波、频谱显示和谐波分析。本文重点对不同硬件为数据采集端的方案并进行了比较和探讨，在此基础上联系实际硬件情况进行了虚拟示波器的设计和调试，并对系统性能进行了分析。结果表明，本次毕业设计的虚拟示波器系统可以满足一般工程测试需求，具有一定的社会利用价值。

关键词：虚拟仪器；LabVIEW；数据处理；双踪示波器

Abstract

In the modern society, the measurement and control technology industry is developing rapidly. The gradual progress and maturation of computer technology, especially microelectronics, make people realize that the computer software can be programmed to realize data processing and instrument measurement and display function. They are the close combination of computer technology and measurement and control technology. Due to the calculation and powerful database resources, this set of electronic measurement and signal processing of new instruments has aroused widespread concern in the industry. In this paper, using general-purpose computer and the LabVIEW 2014 software developed by American National Instrument Company (NI) mainly develops a multifunctional virtual oscilloscope. In addition to the data acquisition and display plate of the traditional oscilloscope, the virtual oscilloscope has also added data processing part: the functions of real-time waveform storage, signal filtering, spectrum display and harmonic analysis.

Virtual oscilloscope based on LabVIEW has the features of easy expansion, strong interaction with users and short development cycle. The final design results show that the virtual oscilloscope can display the two-channel waveform and measure its parameters in real time, and it can effectively filter and expand the spectrum display and harmonic analysis. This paper focuses on the different hardware for the data acquisition end of the scheme comparison and discussion, on this basis with the hardware situation on the virtual oscilloscope design and debugging, and the system performance analysis. The results show that the virtual oscilloscope system of graduation design can achieve the requirements of general engineering and has certain social value.

Key Words：Virtual Instrument；Data Processing；LabVIEW

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

第2章 虚拟仪器与LabVIEW概述 3

2.1 虚拟仪器概述 3

2.1.1 虚拟仪器的构成 3

2.1.2 虚拟仪器产生 3

2.1.3 虚拟仪器优点 4

2.1.4 虚拟仪器设计步骤 4

2.2 LabVIEW基础 6

2.2.1 LabVIEW简介 6

2.2.2 LabVIEW应用程序的基本构成 6

2.2.3 LabVIEW程序调试技术 7

第3章 虚拟示波器的设计 9

3.1 虚拟示波器的原理 9

3.2 虚拟示波器系统的总体设计 9

3.3 虚拟示波器的设计方案 11

3.3.1 设计方案一 11

3.3.2 设计方案二 12

3.3.3 实现方案 13

第4章 虚拟示波器的软件实现 15

4.1 波形显示模块 15

4.1.1 双通道波形显示 15

4.1.2 波形参数测量与读取 17

4.1.3 波形的存储 17

4.2 波形的信号处理 18

4.2.1 数字滤波模块 18

4.2.2 谐波分析模块 19

4.2.3 频谱显示模块 21

4.2.4 波形计算模块 22

4.3 虚拟示波器的其他功能 23

4.3.1 随机信号生成 24

4.3.2 用户登录界面 24

4.3.3 界面美化 25

第五章 结论 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

在电子信号测量行业中，示波器被认为是用途最广泛的仪器之一，传统示波器的主要功能包括观察被测信号的波形以及显示其不同参数，如频率、幅度、相位、电压、电流等。

目前随着测控技术行业的不断发展，被测量系统的复杂程度再加上庞大的数据量，所以用户更加看重测量仪器的高效率和智能化。很多传统的测控仪器例如台式示波器，其功能单一且制作工艺复杂，固然也有部分高端台式测量仪器，但体积较大且价格高昂，且目前主要依赖进口。这些仪器越来越难以满足现代电子信号测量行业的发展需求。

此时，计算机技术尤其是微电子学技术的逐步成熟使人们逐渐意识到，计算机也可以完成对数据的测量，甚至是传统台式机器不能做到的数据处理功能，虚拟仪器由此得以问世。相比于传统台式仪器对于硬件的过度依赖的问题，虚拟仪器的数据处理部分以及测量显示和存储部分，均可由计算机软件通过编程来实现。