虚拟示波器的设计与实现

摘 要

针对传统示波器功能单一、不方便更新升级的缺陷，本文基于虚拟仪器软件LabVIEW和NI PCI-6221数据采集卡设计并实现了一种多功能虚拟示波器，该虚拟示波器不仅具有采集和显示实际信号时域波形的功能，还具有信号产生、波形存储等功能。

测试结果表明，该虚拟示波器既能够产生和显示正弦波、三角波、方波和锯齿波等四种常见仿真信号，又能够采集和显示实际物理信号，还可以实现波形的存储和回放，同时具有双综显示、通道选择、波形平移与缩放、触发方式选择和信号时域参数测量等功能。与传统示波器相比，具有功能多、更新升级方便和操作方便等优点，可广泛应用于信号时域分析和课程教学等场合。

关键词：虚拟仪器；虚拟示波器；数据采集卡；LabVIEW

ABSTRACT

Aiming at the defects of single function and inconvenient upgrade of traditional oscilloscopes, this paper designs and implements a multi-functional virtual oscilloscopes based on LabVIEW and Ni PCI6221 data acquisition card. The virtual oscilloscopes not only have the functions of collecting and displaying the time domain waveform of actual signals, but also have the functions of signal generation and waveform storage.

The test results show that the virtual oscilloscope can not only generate and display four common simulation signals, such as sine wave, triangle wave, square wave and sawtooth wave, but also collect and display the actual physical signals. It can also realize the storage and playback of waveforms. At the same time, it has the functions of dual display, channel selection, waveform translation and scaling, trigger mode selection and signal time domain parameter measurement. Compared with the traditional oscilloscope, it has many advantages, such as multi-function, convenient update and operation. It can be widely used in signal time domain analysis and course teaching.

Key words: Virtual instrument,Virtual oscilloscope,Data acquisition card,LabVIEW

目 录

摘 要............................................................................................. I

ABSTRACT..................................................................................... II

目 录.......................................................................................... III

1 引  言...................................................................................... 1

1.1 研究背景及意义................................................................ 1

1.2 研究现状............................................................................ 2

1.3 研究内容............................................................................ 3

2 课题相关基础知识.................................................................. 4

2.1 虚拟仪器技术的产生和发展........................................... 4

2.2 LabVIEW编程的基础知识.............................................. 5

2.2.1 虚拟仪器程序设计.................................................... 5

2.2.2 LabVIEW调试工具与方法....................................... 5

3 总体设计方案.......................................................................... 7

3.1 工作原理............................................................................ 7

3.2 驱动软件............................................................................ 8

3.3 NI PCI-6221数据采集卡的性能参数............................... 8

3.3.1 PCI总线简介.............................................................. 9

3.3.2 NI PCI-6221数据采集卡性能指标......................... 10

4 虚拟示波器的软件设计........................................................ 15

4.1.1 主程序...................................................................... 15

4.2 前面板设计...................................................................... 15

4.3 程序框图设计.................................................................. 17

4.3.1 登录程序设计.......................................................... 17

4.3.2 DAQ数据采集模块的设计..................................... 17

4.3.3 通道选择功能模块.................................................. 18

4.3.4 触发功能模块.......................................................... 19

4.3.5 波形显示模块.......................................................... 19

4.3.6 参数测量模块.......................................................... 20

4.3.7 存储与回放模块...................................................... 21

5 程序的调试与验证................................................................ 22

5.1 虚拟示波器的性能指标.................................................. 22

5.1.1 采样率与示波器带宽.............................................. 22

5.1.2 采样精度.................................................................. 22

5.1.3 其它性能指标.......................................................... 22

5.2 程序的调试结果.............................................................. 23

5.3 数据的保存与查询.......................................................... 25

5.3.1 数据保存.................................................................. 25

5.3.2 数据查询.................................................................. 25

6 总结与展望............................................................................ 27

7 致 谢...................................................................................... 28

8 参考文献................................................................................ 29

• 1 引  言
  1. 研究背景及意义

虚拟示波器技术是一种快捷技术，目前主要在虚拟显示系统上使用，同时朝着更加智能、高精度的方向不断革新。起初，由于各国对虚拟示波器设备的需求极高，同时给予了很多优秀的设想和建议，而且研究出了很多至关重要的新技术。因为世界科学技术和人类文明的不断发展和创新，虚拟示波器设备不管是在功能上还是在销量上都得到了前所未有的的发展和提高，逐渐变成当今社会人们必不可缺的日常工具，从而改善了人们的生活方式。

但是伴随着人们的生活条件和经济水平不断改善，市场对虚拟示波器性能的需求也在急剧增加，特别是大中及沿海城市，用在采集分析显示控制系统等设备中。虚拟示波器被普遍应用在各式各样的大型设备上，特别是工业领域。

现如今我国大多数城市，伴随着人口数量和人口流动量也在不断提升，对虚拟示波器要求更高，逐渐成为行业的发展趋势。现在我国的虚拟示波器的稳定性和其精度性能已经得到了前所未有的进步，虚拟示波器也趋于完善，性能也趋向完美，以目前的技术来达到对虚拟示波器的设计和实现是完全可以实现的，随着国外在开发性能上的提高，再加上完善的控制技术，就能够达到对虚拟示波器的智能化和准确度，这个是很重要的。随着电子技术的发展和智能控制系统的革新，我们要逐步实现虚拟示波器的精确性是当今社会的发展方向，引领电机新的航向。

1. 1. 研究现状

       展望过去的几年时光，虚拟示波器在工业自动化领域中起到了举足轻重的作用。现如今虚拟示波器也逐渐成为各大公司技术、生产、运输、测试过程中的重要工具。
　　我国的虚拟示波器技术在20世纪70年代中期也取得了前所未有的进步，因为虚拟技术的革新。不同的虚拟示波器，如春季雨后的青笋，逐渐应用于国家的所有企业。欧美等发达国家在虚拟示波器技术方面有先进的水平，他们在20世纪60年代开始对虚拟示波器技术控制系统方面展开深入的研究，在1980年之后，研究人员就基本实现了对虚拟示波器的自动化控制，在20世纪末期，开始对虚拟示波器技术的控制模块进行批量生产。然而现如今，我们对虚拟示波器进行分析时要与众多因素相结合进行考虑。但因为对于设备的标准要求逐渐增高，对于虚拟示波器的稳定性要求较高，也因此需要想到许多额外的因素。经过分析可知，为了保证大规模的设备保持运行时的稳定性，我们要把虚拟示波器的设计开发放在首位。

我国在虚拟示波器技术控制系统方向的研发力度不够，而且很晚，然而随着近几年来我国虚拟示波器行业的蓬勃发展，虚拟示波器技术的需求数量也在快速增加，同样的对虚拟示波器高性能、高质量的需求量也急剧增加。即使国外在虚拟示波器技术控制方面研究比较突出，但我国的实际需求情况比较复杂，并不能完全的应用此项技术，虚拟示波器种类较多，没有一致规范，而且消费习惯也不一样，达到虚拟示波器高度要求还有一定的距离，但是虚拟示波器控制系统在国内的还是有宽广的未来。

国内虚拟仪器最早的研究也是从引进消化NI 的产品开始。国家自然科学基金委员会也曾将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一，列入为“十五”期间优先资助领域。目前有些研究已取得可喜成绩，如863项目“虚拟仪器关键技术的研究及其产业化”，所研制的“一体化虚拟仪器”就是一种不同于欧美虚拟仪器的技术。这项成果表明我国在虚拟仪器方面走出一条自主创新的路子，并成为国际上嵌入式一体化虚拟仪器研发的先行者。

1. 1. 研究内容

选用合适的数据采集设备，以虚拟仪器软件LabVIEW为编程工具，模拟传统示波器的面板和功能，完成多功能虚拟示波器的设计、实现和系统调试。该多功能虚拟示波器不仅能够采集和显示实际信号，还能够产生和显示多种常见仿真信号波形，并具有波形存储功能。

本课题的主要研究内容包括：

（1）数据采集设备的选择与配置；

（2）波形存储模块的设计；

（3）信号产生模块的设计；

（4）虚拟示波器前面板和程序框图的设计。

完整论文+labview仿真+程序点击如下链接下载：

https://download.csdn.net/download/weixin_45905610/80622429https://download.csdn.net/download/weixin_45905610/80622429