基于labview虚拟示波器的设计毕业论文

基于labview虚拟示波器的设计毕业论文内容摘要：

表格 1 虚拟仪器 与传统仪器 对比 的软件概述 LabVIEW（ Laborary Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言和开发环境，它广泛的 被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认为标准的数据 采集和仪器控制软件 ；LabVIEW 不仅提供 了 与遵从 GPIB， VXI， RS232 和 RS485 协议的硬件及数据采集卡通信的功能， 还内置支持 TCP/IP， ActiveX 等软件标准的库函数， 而且 其图形化的界面使得 设计编程过程变得生动有趣[5]。 软件的特点 归纳起来 LabVIEW 软件开发平台具有以下优点： （ 1）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）提供了丰富的数据采集、分析及存储的库函数 ； （ 3）既提供了传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有独到的高亮执行工具，使程序动画式 运行，利于设计者观察程 8 序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷 ； （ 4） 32bit 的编译器编译生成 32bit 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 ； （ 5）囊括了 DAQ、 GPIB、 PXI、 VXI/RS23 485 在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数 ，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不 同总线标准就口设备与仪器 ； （ 6）提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如 DLLs(动态连接库 )、 DDE（共享库）、 ActiveX 等 ； （ 7）强大的 Inter 功能，支持常用网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发 [6]。 LabVIEW 程序的构成 LabVIEW 软件开发平台包括两个部分：前面板和后面板；其中前面板用来显示图形用户界面，而后面板用来实现程序框图。 (1)前面板 前面板是 VI 的面板，这一界面有输入型控件和输出型控件；输入型控件一般包括旋钮、按钮、转盘、数值和字符以及布尔输入控件 ，用来模拟仪器的输入装置，为 VI 程序框图提供数据输入。 输出型控件一般包括图表、指示灯、数组以及簇等，用来模拟仪器的输出装置，为 VI 子程序框图获取或者生成数据。 LabVIEW 的前面板如图 31 所示， 9 图 31 前面板窗口 (2)后面板 (即程序框图 ) 用户在前面板正确的设计出虚拟仪器的界面，还是不能按照预计的要求实现其相应的功能 操 作，还需要与之配套的程序框图，以完成与前面板上 控件间的数据传递和交换、数据信号的处理、显示及分析等任务。 程序框图提供 VI 的图形化源程序，在其中利用函数、各种结构和连线对 VI 进行编程， 以控制和操纵定义在前面板的输入输出功能。 在编写程序时经常需要在前面板和后面板之间切换，可以在前面板通过菜单“窗口” |“显示程序窗口”切换到后面板，在后面板通过菜单“窗口” |“显示前面板”切换到前面板，或者运用快捷键Ctrl+E 来轮流切换。 LabVIEW 的后面板窗口如图 32 所示， 图 32 后面板窗口 10 LabVIEW 的操作选板 LabVIEW 用户界面主要提供了工具 (Tools)选板、函数 (Functions)选板、控件 (Controls)选板三大类选板，以供用户通过该软件完成前面板和程序框图的设 计，最终实现虚拟仪器的设计。 (1)工具 (Tools)选板 工具选板提供了各种用于创建、修改、调试 VI 的工具。 在前面板设计窗口或者后面板程序设计窗口菜单中，执行“查看” |“工具选板”命令，即可打开工具选板， 工具选板中的每个工具图标都有不同的功能，在操作过程中，用户可以选择合适的工具图标，鼠标单击该工具图标即可对前面板或者程序框图中的对象进行相应的操作和修改。 LabVIEW 编程过程中正是引用函数节点的大量引用，充分体现了它图形化编程的优越性。 LabVIEW 的工具 (Tools)选板如图 33所示 图 33 工具选板 (2)函数 (Functions)选板 函数选板只能在后面板程序框图才能打开， 函数选板是创建程序框图时用到的对象集合，它包含“编程”、“测量 I/O”、“仪器 I/O”、 11 “数学”、“信号处理 ”、“互连接口”等众多子面板。 函数选板提供的不同信号处理函数可以很方便的拖放到程序框图设计区，这些函数被称作为节点。 用户在调用这些函数节点时候只需要对这些函数节点参数进行简单的设计，可以满足用户信号处理得大部分要求。 在后面板程序窗口菜单中，执行 “查看” |“函数选板”命令，即可打开函数选板，如图 34(a)所示；或者在后面板鼠标右键单击即可获得函数选板，如图 34(b)所示。 图 34(a)菜单打开函数选板 图 34(b)右键单击打开函数选板 (3)控件 (Controls)选板 控件选板只能通过前面板才能打开，控件选板包括创建前面板所需的输入控件和 显示控件， LabVIEW 将所有控件 分为 “ 新式 ” 、 “ 系统 ” 、 “ 经典 ” 、 “ Express”等类型，各个类型中包含着众多的子模块。 用户可以将设计所需的 控件放置到前面板上， 类似于实际仪表面板上的各种 输入 /输出口、按键、旋钮、显示屏等，通过合理布局就能设计出满意的虚拟仪器操作前面板。 在前面板 菜单 中， 执行“查看 ”|“ 控 12 件选板 ” 命令， 即可 打开 LabVIEW 的控件选板，如图 35(a)所示，或者 在前面板的设计窗口中鼠标右键单击， 即可 弹出控件选板，如图35(b)所示， 图 35(a)菜单打开控件选板 图 35(b)右键单击打开控件选板 4 传统示波器与虚拟示波器 传统示波器 示波器是一种能够反映任何两个参数互相关联的 XY 坐标的显示仪器。 它可以将被测信号 (电量、非电量转化成的电信号 )随时间的变化规律，直观形象地用图形表示出来。 也可以定量地测量被测信号的一系列参数，如信号的电压、电流、周期、频率、相位、幅度、上升或下降时间、重复周期等。 13 传统示波器工作原理 在示波器的荧光屏上，显示电压波形的原理如下：被测电压是时间的函数，在直角坐标系统中，可以用 ()xu f t 的曲线表示； 示波器的两副偏转板使电子束在两个互相垂直的方向偏转，这两个方向可以看成是坐标轴； 因此，要在管子的荧光屏上显示被测电压的波形，就必须使射线沿水平方 向的偏转同时间成正比，而在垂直方向 同被测电压成正比（每一瞬间）； 所以，锯齿波电压 加到水平偏转板上，它迫使射线以恒定的速度从左向右沿水平方向偏转； 并且很快的返回到起始位置； 射线沿水平轴经过的距离跟时间成正比 ； 被测电压加到垂直偏转板上，因而，每一瞬间射线的位置单值的对应于 这一瞬间被测信号的值； 在锯齿波电压作用期间，射线就绘出了被测信号的曲线，示波器波形显示原理如图 41 所示， 图 41 示波器波形显示原理 图 以上图形是锯齿波的重复周期等于输入信号 周期整数倍的情况（一倍），荧光屏上显示出的信号图形 是稳定不动的， 如果不是整数倍，则每次出现的信号波形就不会重合，图形将不断移动，不利于观 14 测， 为了保证锯齿波的周期等于输入信号的整数倍，示波器必须具有同步或触发电路 [7]。 传统示波器的分类 传统示波器大致可以分为模拟示波器和数字示波器两大类。 (1)模拟示波器 模拟示波器 一直是测量波形 的 工具 之一 ，它 可以 把各种抽象的 电信号 较为 直观地显示 出来 ， 易于 对信号进行定性的分析。 它 由垂直偏转系统 (主要包括垂直放大 )、水平偏转系统 (主要包括扫描和水平放大 )和显示电路组成。 但是 模拟示波器只能用来 分析 和 观察 重复 出现 的周期信号，对于 慢速信号 或偶尔出现的高频信号，难以 进行 观察和分析 ，模拟示波器 突出 的 优点 是 模拟带宽可以做到很高。 (2)数字示波器 数字示波器是将被测连续模拟信号用 A/D 转换器变换成离散数字信号，存储于存储器中。 最后 在示波管上或直接显示在 LCD 上 将模拟波形显示。 数字示波器的核心内容是将模拟连续被测信号转换为数字信号，即采样。 采样方式可分为实时采样和非实时采样。 根据采样的方法不同，数字示波器可以分为实时采样数字存储示波器、随机采样数字存储示波器，顺序采样数字示波器。 虚拟示波器 虚拟示波器使用功能强大的微型计算机来完成信号的处理和波 15 形的显示，利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板，进行各种信号的处理、加工和分析，用各种不同的方式 (如数据、图形、图表等 )表示测量结果，完成各种规模的测量任务。 虚拟示波器的功能可以由用户自己定义，但其所能达到的性能指标和系统能力不仅与采集模块的数字化能力有关，而且与其体系结构有关。 目前，虚拟仪器的四种体系结构中，在虚拟示波器中应用最多的是 PCDAQ 体系。 DAQ(Data Acquisition)，即数据采集仪器，它的出现和发展与微型计算机密切相 关 ； DAQ 仪器以微型计算机为平台，配以用于测量和测试的数据采集卡及计算机软件 (虚拟示波器应用软件 )，实现示波器的功能。 本文中研究的虚拟示波器即是基于这种体系结构 [8]。 虚拟示波器的 组成结构 基于 Labview 的 虚拟示波器 主要 由支持软件、数据采集卡及 PC机 构 成，其结构如图 42 所示 图 42 虚拟示波器组成结构 虚拟示波器的性能指标 虚拟示波器的性能指标直接关系到示波器的性能好坏，如示波器数据采集卡 计算机 软件程序 16 能测量的频率范围，波形显示的清晰度等，主要由 分辨率、精度以及带宽所决定的。 (1)分辨率（ resolution） 就是屏幕显示图像的精度，即显示器显示图像的像素的多少。 由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的，显示器可显 示的像素越多，画面就越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多。 通常情况下，图像的分辨率越高，所包含的像素就越多，图像就越清晰，印刷的质量也就越好 ， 所以分辨率 决定了显示图像的细节的精细程度，是示波器重要的性能指标之一。 (2)精度 (Accuracy)是 观测结果、计算值或 估计值与真值之间的接近程度。 在测量中，任何一种测量的精密程度高低都只 能是相对的，皆不可能达到绝对精确，总会存在有各种原因导致的 误差， 为使测量结果准确可靠．尽量减少 误差， 提高测量精度。 通常在测量中有基本误差、绝对误差、相对误差、系统误差等 等。 (3)带宽 (Bandwidth) 是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。 示波器的带宽定义为示波器在屏幕上能以不低于真实信号 3dB 的幅度来显示信号的最高频率。 传统示波器与虚拟示波器对比 虚拟示波器在使用和功能上具。