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虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2013-03-04
結(jié)合一個(gè)虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)開發(fā)，介紹了虛擬儀器的基本組成，并重點(diǎn)介紹了基于圖形化編程語言LabVIEW的虛擬儀器編程方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)儀器開始向計(jì)算機(jī)化的方向發(fā)展。虛擬儀器是９０年代提出的新概念。虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動(dòng)測試與電子測量儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。所謂虛擬儀器，就是在通用的計(jì)算機(jī)平臺上定義和設(shè)計(jì)儀器的測試功能，使用者操作這臺計(jì)算機(jī)，就象是在使用一臺專門設(shè)計(jì)的電子儀器。
傳統(tǒng)臺式儀器是由儀器廠家設(shè)計(jì)并定義好功能的一個(gè)封閉結(jié)構(gòu)，它有固定的輸入／輸出接口和儀器操作面板，每種儀器實(shí)現(xiàn)一類特定的測量功能，并以確定的方式提供給用戶。從一般的儀器設(shè)計(jì)模型看，一種儀器無非是由數(shù)據(jù)采集、分析處理、人機(jī)交互和顯示等幾部分功能模塊組成的整體。因此，我們可以設(shè)想在必要的數(shù)據(jù)采集硬件和通用計(jì)算機(jī)支持下，通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)儀器的全部功能，這就是虛擬儀器設(shè)計(jì)的核心。
2.1 軟件開發(fā)環(huán)境
虛擬數(shù)字示波器軟件設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的圖形化編程語言工具LabVIEW 5.1 for Windows98／NT。LabVIEW編程的主要特點(diǎn)就是將虛擬儀器分解為若干基本的功能模塊（相當(dāng)于硬件設(shè)計(jì)中的集成電路），模塊的引腳代表輸入／輸出接口。編程者可以通過交互式手段，采用圖形化框圖設(shè)計(jì)的方法，完成虛擬儀器的邏輯和測量分析功能設(shè)計(jì)。圖2是虛擬數(shù)字示波器頻譜分析模塊程序。
由圖2可以看出，LabVIEW程序設(shè)計(jì)過程與人們設(shè)計(jì)儀器的思維過程十分相近，程序框圖就實(shí)現(xiàn)了程序代碼功能，避免了一般程序設(shè)計(jì)從框圖構(gòu)思到程序表示的繁瑣。LabVIEW編程的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將軟件的界面設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)獨(dú)立開來，修改人機(jī)交互界面無需對整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試，這對設(shè)計(jì)像儀器操作面板這樣復(fù)雜的人機(jī)界面而言是十分方便的。LabVIEW還為用戶提供了函數(shù)擴(kuò)展功能，利用LabVIEW中的Code Interface Node（CIN），可以調(diào)用用C等傳統(tǒng)編程語言寫的程序代碼；利用LabVIEW中的Call Library Function可以調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)鏈接庫（.DLL）?？傊?，LabVIEW 作為圖形化編程語言環(huán)境，為虛擬儀器開發(fā)提供了一種快捷、方便和功能強(qiáng)大的軟件工具。
2.2.3 參數(shù)測量模塊
參數(shù)測量模塊主要模擬HP54603B的參數(shù)測量功能，完成包括Vrms等12個(gè)電壓參數(shù)和頻率、周期等7個(gè)時(shí)間參數(shù)的測量并顯示其測量結(jié)果。
2.3.3 正常顯示、記憶顯示控制結(jié)構(gòu)
由雙功能邏輯驅(qū)動(dòng)鍵“正常/記憶”控制，缺省為正常顯示。處于正常狀態(tài)時(shí)，最多只能顯示A、B兩通道輸入的2個(gè)信號的波形；處于記憶狀態(tài)時(shí)，最多可以記憶顯示A、B兩通道輸入的17個(gè)信號的波形（A通道可記憶顯示16組信號數(shù)據(jù)，B通道只能記憶顯示１組信號數(shù)據(jù)）。在實(shí)際應(yīng)用中，記憶顯示功能主要用于測量信號的抖動(dòng)情況或比較分析兩個(gè)以上的信號波形。
本文介紹的虛擬數(shù)字示波器不僅具有一般臺式數(shù)字存儲示波器的功能，而且充分發(fā)揮了微機(jī)強(qiáng)大的功能和軟件設(shè)計(jì)的靈活性，主要技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)在：
?（1）采用圖形化編程語言LabVIEW和面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，軟件開發(fā)效率高，可操作性和可維護(hù)性好；
?（2）為數(shù)字存儲示波器增加了頻域分析功能；
?（3）充分利用了計(jì)算機(jī)的存儲與外設(shè)連接的能力，測量結(jié)果和波形可直接打印輸出或通過網(wǎng)絡(luò)共享；
?（4）硬件具有開放性，允許通過升級硬件來提高其性能；
?（5）在相同硬件條件下，可以通過修改或增加軟件模塊，形成新的儀器功能。
虛擬儀器設(shè)計(jì)已經(jīng)成為測試與儀器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。隨著高速A／D芯片和電路的進(jìn)一步集成化，可以設(shè)想在不遠(yuǎn)的將來，一臺安裝有虛擬儀器軟件的標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)成為一個(gè)多功能的測量儀器站，從根本上改變目前專用儀器的研制和生產(chǎn)方式，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。來源：示波器 http://www.mrcaleather.com/
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