基于labview双通道示波器的设计与实现(编辑修改稿)

基于labview双通道示波器的设计与实现(编辑修改稿)内容摘要：

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 亚为科技 4 下表是虚拟仪器与传统仪器的比较。 表 11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（ 12 年） 技术更新周期长（ 510 年） 数据可编辑、存储、打印 数据无法编辑 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 HPVEE 和 HPTIG 平台软件，美国Tektronix 公司的 EzTest 和 TekTNS 软件，以及美国的 HEMData 公司的 SnapMaster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亚为科技 5 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。 [7] 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。 [5] 亚为科技 6 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 PCIDAQ 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。 [6] 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 PCIDAQ 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。 亚为科技 7 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。