畢業(yè)論文---基于labview的虛擬示波器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于LabVIEW的虛擬示波器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　虛擬儀器是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，標(biāo)志著自動(dòng)測(cè)試與電子測(cè)試儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)嶄新方向． 隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理作為一門新興的學(xué)科，其重要性日益在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用中體現(xiàn)出來(lái)。本文介紹了利用LabVIEW 圖形

2、編程語(yǔ)言進(jìn)行虛擬儀器開(kāi)發(fā)的方法，設(shè)計(jì)了一種基于PC機(jī)聲卡的虛擬示波器，說(shuō)明了虛擬儀器在現(xiàn)代測(cè)試領(lǐng)域中的重要地位以及其廣闊的發(fā)展前景． 從某種意義上說(shuō)，“軟件就是儀器”。</p><p>　　關(guān)鍵詞　LabVIEW,虛擬儀器，示波器</p><p>　　The design of virtual wave displayer based on LabVIEW</p><p

3、><b>　　Abstract</b></p><p>　　Virtual instrument is the produce that merges the computer technology and measurement technique．It stands for a brand new development directory in the field of auto

4、-measurement and electronic measurement。 With the rapid development of information technology and the computer technology, the digital signal processing takes an emerging discipline, its importance displays day by day in

5、 each domain application. This article introduces how to develop virtual instruments using graph programming languag</p><p>　　Keywords　 LabVIEW, virtual instrument</p><p><b>　　目錄</b>

6、</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 虛擬儀器的概述1</p><p>　　1.1.1 什么是虛擬儀器1</p><p>　　1.1.2 虛擬儀器的構(gòu)成2</p><p>　　1.1.3 虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)3</p><p>

7、;　　1.1.4 虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p>　　1.1.5 虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　1.2 圖形化編程語(yǔ)言 LabVIEW4</p><p>　　1.2.1 什么是LabVIEW5</p><p>　　1.2.2 LabVIEW的主要特點(diǎn)5</p><p>　　1.2.3 Lab

8、VIEW調(diào)試與運(yùn)行6</p><p>　　第2章 示波器的原理7</p><p>　　2.1 模擬示波器7</p><p>　　2.1.1 示波器的基本結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.1.2 示波器的掃描原理8</p><p>　　2.2 數(shù)字示波器9</p><p>　　2.2.1

9、 數(shù)字示波器的基本原理9</p><p>　　2.2.2 數(shù)字示波器的特點(diǎn)11</p><p>　　2.3 虛擬示波器12</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)14</p><p><b>　　3.1 聲卡14</b></p><p>　　3.1.1 聲卡的工作原理14</

10、p><p>　　3.1.2 聲卡的基本結(jié)構(gòu)14</p><p>　　3.2 硬件設(shè)置16</p><p>　　3.2.1 實(shí)驗(yàn)中聲卡的參數(shù)設(shè)置16</p><p>　　3.2.2 虛擬示波器中聲卡的連接方式16</p><p>　　3.3 前置運(yùn)算電路17</p><p>　　第4章 系統(tǒng)

11、的軟件設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1 虛擬示波器工作流程圖18</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)采集模塊18</p><p>　　4.3 頻譜分析模塊22</p><p>　　4.4 數(shù)據(jù)測(cè)量和顯示模塊23</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試與程序顯示25</p><p>　

12、　5.1 虛擬示波器性能25</p><p>　　5.1.1 程序設(shè)計(jì)思路25</p><p>　　5.1.2 虛擬示波器操作界面25</p><p>　　5.1.3 虛擬示波器總程序框圖26</p><p>　　5.2 虛擬示波器波形顯示27</p><p><b>　　結(jié)論30</b&g

13、t;</p><p><b>　　致謝31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　附錄34</b></p><p>　　不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印</p><p>　　千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)

14、符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　虛擬儀器的概述</b></p><p>　　虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平

15、臺(tái)上,由用戶設(shè)計(jì)和定義其功能,具有虛擬面板. 虛擬儀器技術(shù)具有高效、易用、開(kāi)放、靈活、更新快、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、用戶定義等諸多優(yōu)點(diǎn). 目前在我國(guó)應(yīng)用的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要有美國(guó)NI 公司的LabVIEW及其相應(yīng)組件和Agilent 公司的HP - VEE ,其中NI 的LabVIEW 系列產(chǎn)品在我國(guó)使用比較廣泛.LabVIEW是當(dāng)前用于數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理和虛擬儀器開(kāi)發(fā)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工具,而且是一個(gè)基于圖形化編程語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具,

16、設(shè)計(jì)者可利用它方便快捷地建立自己的虛擬儀器程序而無(wú)需復(fù)雜的程序代碼編寫. 它適用于多種操作系統(tǒng),用LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器程序可以脫離LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境,最終用戶看見(jiàn)的是和實(shí)際的硬件儀器相似的操作面板</p><p><b>　　什么是虛擬儀器 </b></p><p>　　所謂虛擬儀器，就是在通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義、具有虛擬面板、測(cè)試

17、功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬面板，就可操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，就如同使用一臺(tái)專用測(cè)量?jī)x器一樣。虛擬儀器的“虛擬”二字主要包含以下兩個(gè)方面的含義：</p><p>　　第一， 虛擬儀器的面板是虛擬的。</p><p>　　虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的。如由各種開(kāi)關(guān)、按鍵、顯示器等實(shí)現(xiàn)儀器電源的：“通”、“斷

18、”；被測(cè)信號(hào)的“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)的設(shè)置；測(cè)量結(jié)果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實(shí)物”，而且是由“手動(dòng)”、“觸摸”、來(lái)進(jìn)行操作的，而虛擬儀器面板控件是外形與實(shí)物相象的“圖標(biāo)”，每個(gè)圖標(biāo)的“通”、“斷”、“放大”等，對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的軟件程序。這些軟件已經(jīng)設(shè)計(jì)好，我們只需選用代表該種軟件程序的圖形“控件”即可。因此，設(shè)計(jì)虛擬儀器前面板,就是在前面板設(shè)計(jì)窗口中擺放所需的圖標(biāo)，然后對(duì)圖標(biāo)的屬性進(jìn)行設(shè)置。<

19、;/p><p>　　第二,虛擬儀器測(cè)量功能是通過(guò)對(duì)圖形化軟件流程圖的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　以PC計(jì)算機(jī)為核心組成的硬件平臺(tái)支持下，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的功能的。因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)不同測(cè)試功能軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能，所以，在硬件平臺(tái)確定后，就有“軟件就是儀器”的說(shuō)法。</p><p><b>　　虛擬儀器的構(gòu)成</b></p

20、><p>　　虛擬儀器從構(gòu)成要素上講，由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件等構(gòu)成；從構(gòu)成分式上講則由以DAQ板和信號(hào)調(diào)理為儀器硬件而組成的PC-DAQ測(cè)試系統(tǒng)，或已GPIB，VXI，Serial和Field bus等標(biāo)準(zhǔn)總線儀器為硬件組成的GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)等多種形式。虛擬儀器的構(gòu)成如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 虛擬儀器構(gòu)成圖</p>

21、<p>　　第一，基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器,是以信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)及PC機(jī)為儀器硬 件平臺(tái),采用PCI或ISA計(jì)算機(jī)總線,將DAQ直接插入PC機(jī)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的總線擴(kuò)展插槽,因此 ,這種虛擬儀器又叫PCI-DAQ/PCI插卡式虛擬儀器。　　第二，基于串行總線儀器的虛擬儀器,是由Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái), 包括符合RS - 232/RS422標(biāo)準(zhǔn)的PLC和單片機(jī)系統(tǒng)。　　第三，基于通用

22、接口總線GPIB接口的虛擬儀器,是以GPIB接口儀器、GPIB接口卡及PC機(jī)為 儀器硬件平臺(tái),GPIB儀器具有獨(dú)立的儀器操作界面,可以脫離計(jì)算機(jī)使用,也可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)GPIB電纜連接計(jì)算機(jī)實(shí)施程序控制。　　第四，基于VXI儀器的虛擬儀器,是以VXI (VME bus extension for instrumentation) 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái),由主機(jī)箱、控制器和儀器模塊構(gòu)成。VXI控制器包括嵌入式PC控制、嵌入

23、式工作站控制器和外置工作站控制器,可根據(jù)測(cè)試功能的不同要求來(lái) 選用。　　第五，基于PXI儀器的虛擬儀器,它是以PXI(PCI extensi</p><p><b>　　虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　1.性能高。虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全"繼承"了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能卓

24、越的處理器和文件I/O，使用戶在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)，就能實(shí)時(shí)進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。 2.擴(kuò)展性強(qiáng)。得益于NI軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)用戶的整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，用戶還可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加快產(chǎn)品上市時(shí)間。 3.開(kāi)發(fā)時(shí)間少。在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)

25、用兩個(gè)層面上，高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通信方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計(jì)這一軟件架構(gòu)的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使用戶輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。 4.集成。虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量</p

26、><p><b>　　虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p>　　虛擬儀器技術(shù)目前在國(guó)外發(fā)展很快，以美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI公司）為代表的一批廠商已經(jīng)在市場(chǎng)上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計(jì)的商品化儀器產(chǎn)品。在美國(guó)虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語(yǔ)言，已作為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門必修課程。美國(guó)的斯福坦大學(xué)的機(jī)械工程系要求三、四年級(jí)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)用虛擬儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)控制.&

27、lt;/p><p>　　當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的RS232串行總線、GPIB通用接口總線、VXI總線，以及已經(jīng)被PC機(jī)廣泛采用的USB串行總線和IEEE1394總線（即Fire wire，也叫做火線）。世界各國(guó)的公司，特別是美國(guó)NI公司，為使虛擬儀器能夠適應(yīng)上述各種總線的配置，開(kāi)發(fā)了大量的軟件以及適應(yīng)要求的硬件（插件），可以靈活的組建不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。</p><

28、;p>　　傳統(tǒng)儀器有復(fù)雜的工藝問(wèn)題和知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，發(fā)達(dá)國(guó)家的傳統(tǒng)儀器市場(chǎng)已具有相當(dāng)規(guī)模。而虛擬儀器是一個(gè)全新的領(lǐng)域，大力發(fā)展虛擬儀器技術(shù)可以略過(guò)傳統(tǒng)儀器的發(fā)展階段，迅速進(jìn)入虛擬儀器發(fā)展階段，與國(guó)外大公司處于同一起跑線，形成跨越式發(fā)展。目前，虛擬儀器技術(shù)在中國(guó)越來(lái)越受到人們重視，研究高潮方興未艾，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，虛擬儀器技術(shù)必然會(huì)有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。</p><p><b>　　虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)&

29、lt;/b></p><p>　　NI公司提出的“軟件即儀器”，引發(fā)了儀器概念的革命性改變，而隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器逐漸向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，研究人員又提出了“網(wǎng)絡(luò)即儀器”的概念。降低儀器支持和維護(hù)成本的技術(shù)，將成為虛擬儀器市場(chǎng)的主流技術(shù)之一。 　 隨著個(gè)人電腦的小型化，虛擬儀器也將朝小型化、大眾化方向發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)個(gè)人能隨身攜帶的分析儀器，打造出個(gè)人“拎著走的實(shí)驗(yàn)室”。 　　復(fù)用是成熟工程領(lǐng)

30、域的一個(gè)基本特征，使用經(jīng)過(guò)時(shí)間檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)零部件，可使常規(guī)的設(shè)計(jì)問(wèn)題直接利用現(xiàn)成的解決方案來(lái)解決，避免了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)的重復(fù)設(shè)計(jì)，從而大幅度地降低開(kāi)發(fā)成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也正在朝著這個(gè)方向發(fā)展。隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜化、大型化和智能化，虛擬儀器軟件的設(shè)計(jì)可復(fù)用性、較好的穩(wěn)定性、對(duì)應(yīng)用對(duì)象的寬適應(yīng)性和用戶的可維護(hù)性，已是工業(yè)控制領(lǐng)域的重要研究方向，虛擬儀器構(gòu)件庫(kù)的建立、構(gòu)件自動(dòng)組裝工具的開(kāi)發(fā)，能夠使普通用戶組裝出符

31、合要求的虛擬儀器系統(tǒng)。</p><p>　　圖形化編程語(yǔ)言 LabVIEW</p><p>　　本文所選用的軟件 LabVIEW 是美國(guó) NI 儀器公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品 ，LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖

32、形化編輯語(yǔ)言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。</p><p>　　什么是LabVIEW</p><p>　　LabVIEW是NI公司研制的圖形編程虛擬儀器系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表示等功能。它提供一種新穎的編程方法，即以圖形方式組裝軟件模塊生成專用儀器。LabVIEW由面板、流程方框圖、圖標(biāo)/連接器組成。其中，面板是用戶界面，流程方框圖是虛擬儀器源代碼，圖標(biāo)/連接器

33、是調(diào)用接口。流程方框圖包括輸入/輸出部件、計(jì)算部件和子虛擬儀器部件，它們用圖標(biāo)和數(shù)據(jù)流的連線表示；I/O部件直接與數(shù)據(jù)采集板、GPIB板或其它外部物理儀器通信；計(jì)算部件完成數(shù)學(xué)或其它運(yùn)算與操作；子虛擬儀器部件調(diào)用其它虛擬儀器。</p><p>　　LabVIEW的主要特點(diǎn)</p><p>　　LabVIEW軟件工具的特點(diǎn)可歸納為：</p><p>　　1.直觀、易學(xué)

34、易用。</p><p>　　與Visual C＋＋、Visual Basic等計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言相比，圖形化編程工具LABVIEW有一個(gè)重要的不同點(diǎn)：不采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼行，而使用圖形化編程語(yǔ)言G編寫程序；產(chǎn)生的程序是框圖的形式，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。因而可在很短的時(shí)間內(nèi)被掌握并應(yīng)用到實(shí)踐中去，特別適合硬件工程師、實(shí)驗(yàn)室扶術(shù)人員、生產(chǎn)線工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用。</p><p>

35、　　2.通用編程系統(tǒng)。 LABVIEW的功能并沒(méi)有因圖形化編程而受到限制，依然具有通用編程系統(tǒng)的特點(diǎn)。LABVIEW有一個(gè)可完成任何編程任務(wù)的龐大的函數(shù)庫(kù)。該函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。 LABVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其通過(guò)程序的結(jié)果、單步執(zhí)行等，便于程序的調(diào)試。LABVIEW的動(dòng)態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動(dòng)態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情

36、況，比其他語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境更方便、更有效。 3.模塊化。 LABVIEW還有一個(gè)特點(diǎn)是模塊化，體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，LABVIEW中使用的基本節(jié)點(diǎn)和函數(shù)等就是一個(gè)個(gè)小的模塊，可以直接使用；另外，由LABVIEW編寫的程序——即虛擬儀器模塊（Virtrual INSTRUMENT，VI），除了作為獨(dú)立程序運(yùn)行外，還可作為另一個(gè)虛擬儀器模塊的子模塊（即子VI）供其他模塊程序使用。</p><p>　　La

37、bVIEW調(diào)試與運(yùn)行</p><p>　　調(diào)試在一個(gè)工程中十分重要，在LabVIEW中調(diào)試是十分方便的。在LabVIEW的運(yùn)行環(huán)境中，有一種特有的調(diào)試手段，它可以實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)流，它可使用戶更加清楚地觀察程序運(yùn)行的每一個(gè)細(xì)節(jié)，為查找錯(cuò)誤，修改和優(yōu)化程序提供了有效的手段和依據(jù)。下面簡(jiǎn)要介紹一下LabVIEW程序的調(diào)試技術(shù)。</p><p><b>　　1.找出語(yǔ)法錯(cuò)誤 </b&

38、gt;</p><p>　　如果一個(gè)VI程序存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕將會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。點(diǎn)擊箭頭，LabVIEW將彈出錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其中任何一個(gè)錯(cuò)誤，選用Find功能，則出錯(cuò)的對(duì)象就會(huì)變成高亮。 </p><p><b>　　2.執(zhí)行程序高亮 </b></p><p>　　在LabVIEW的工具條上有

39、一個(gè)畫著燈泡的按鈕，這個(gè)按鈕叫“高亮執(zhí)行”按鈕。點(diǎn)擊這個(gè)按鈕使該按鈕圖標(biāo)變成高亮形式，再點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，VI程序就以較慢的速度運(yùn)行，沒(méi)有被執(zhí)行的代碼用灰色顯示，執(zhí)行后的代碼用高亮顯示。 </p><p>　　3.斷點(diǎn)與單步執(zhí)行 </p><p>　　為了查找程序中的邏輯錯(cuò)誤，我們可使框圖程序逐個(gè)節(jié)點(diǎn)地執(zhí)行。使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地點(diǎn)中止程序執(zhí)行，用探針或單步方式查看數(shù)據(jù)。 

40、  </p><p><b>　　4.數(shù)據(jù)探針 </b></p><p>　　我們可以用探針工具來(lái)查看當(dāng)框圖程序流經(jīng)某一根連接線時(shí)的數(shù)據(jù)值。從Tools工具模板選擇探針工具，再用鼠標(biāo)左擊希望放置探針的連接線。</p><p><b>　　示波器的原理</b></p><p><b&g

41、t;　　模擬示波器</b></p><p>　　模擬示波器采用的是模擬電路（示波管，其基礎(chǔ)是電子槍）電子槍向屏幕發(fā)射電子,發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束,并打到屏幕上。屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì),這樣電子束打中的點(diǎn)就會(huì)發(fā)出光來(lái)。</p><p><b>　　示波器的基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　示波器的規(guī)格和型號(hào)較多，但所有的示波

42、器所具有的基本結(jié)構(gòu)都相同，大致可分為：示波管（又稱陰極射線管）、X軸放大器和Y軸放大器（含各自的衰減器）、鋸齒波發(fā)生器等，見(jiàn)圖2-1所示。</p><p>　　圖 2-1 示波器的基本結(jié)構(gòu) </p><p><b>　　1.示波管</b></p><p>　　示波管是示波器的核心部件，它主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分，這三部分全部被密封

43、在高真空的玻璃外殼內(nèi)（如圖2-2所示）。電子槍有燈絲、陰極、控制柵極、第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極共五部分組成。燈絲通電后加熱表面涂有氧化物的金屬圓筒（即陰極），使之發(fā)射電子?？刂茤艠O是一個(gè)套在陰極外面的金屬圓筒，其頂端有一小孔，它的電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)射出來(lái)的電子起減速作用，只有初速度較大的電子才可能穿過(guò)柵極頂端的小孔，進(jìn)入加速區(qū)的陽(yáng)極。因此控制柵極實(shí)際上起控制電子流密度的作用。調(diào)整示波器面板上的“亮度”旋紐，其實(shí)就是調(diào)節(jié)柵極電位改變飛出柵極

44、的電子數(shù)目，飛出的電子數(shù)目越多，熒光屏上亮斑就越亮。從柵極飛出來(lái)的電子再經(jīng)過(guò)第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極的加速與聚焦后打到熒光屏上形成一個(gè)明亮清晰的小圓點(diǎn)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是由兩對(duì)相互垂直的電極板組成。電子束通過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時(shí)，同時(shí)受到兩個(gè)相互垂直方向的電場(chǎng)的作用，熒光屏上小亮點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡就是電子束在這兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的疊加。</p><p>　　圖 2-2 示波管結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.X、Y軸電壓放大器

45、和衰減器</p><p>　　由于示波管本身的X及Y偏轉(zhuǎn)板的靈敏度不高（約0.1~1mm/V），當(dāng)加在偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)電壓較小時(shí)，電子束不能發(fā)生足夠的偏轉(zhuǎn)，屏上的光點(diǎn)位移較小，不便觀測(cè)。這就需要預(yù)先將該小電壓通過(guò)電壓放大器進(jìn)行放大。衰減器的作用是使過(guò)大的電壓信號(hào)衰減變小，以適應(yīng)軸放大器的要求，否則放大器不能正常工作，甚至受損。</p><p>　　3.鋸齒波信號(hào)（掃描信號(hào)）發(fā)生器</p

46、><p>　　鋸齒波信號(hào)發(fā)生器的作用就是產(chǎn)生周期性鋸齒波信號(hào)（圖2-3）。將鋸齒波信號(hào)加在X偏轉(zhuǎn)板上，可以證明，此時(shí)電子束打在熒光屏上的亮點(diǎn)將向一個(gè)方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后，熒光屏上的亮點(diǎn)又回到左側(cè)，重復(fù)運(yùn)動(dòng)。如果鋸齒波的頻率較大，由于熒光材料具有一定的余輝時(shí)間，在熒光屏上能看到一條水平亮線。 </p><p>　　圖2-3 鋸齒波信號(hào)</p><p>&l

47、t;b>　　示波器的掃描原理</b></p><p>　　將一正弦電壓信號(hào)加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板上，即Uy≠0，若X軸偏轉(zhuǎn)板上為零電壓信號(hào)，則熒光屏上的光點(diǎn)將隨著正弦電壓信號(hào)作正弦振蕩。若Y軸上的電壓信號(hào)頻率較快，則屏上只出現(xiàn)一條亮線。要直觀地看到正弦波信號(hào)隨時(shí)間的變化波形，必須將屏上光點(diǎn)在X方向（即時(shí)間方向）上“拉開(kāi)”，這就要借助與鋸齒波信號(hào)的作用。將鋸齒波信號(hào)加到X偏轉(zhuǎn)板上，此時(shí)示波器內(nèi)的電子束將既

48、要在y方向按正弦電壓信號(hào)的規(guī)律作正弦振蕩，又要在x方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)，y方向的正弦振蕩被“展開(kāi)”，屏上光點(diǎn)留下的軌跡是一正弦曲線。鋸齒波信號(hào)完成一個(gè)周期變化后，屏上光點(diǎn)又回到屏幕的左側(cè)，又準(zhǔn)備重復(fù)以前的運(yùn)動(dòng)。這一過(guò)程稱為掃描過(guò)程，圖2-4是這一過(guò)程的圖解原理。圖中假設(shè)加在Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)為待測(cè)正弦電壓信號(hào)，其頻率與加在X偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波信號(hào)的頻率相同，并將一個(gè)周期分為相同的四個(gè)時(shí)間間隔，Uy和Ux的值分別對(duì)應(yīng)光點(diǎn)在y軸和x軸偏離的位

49、置。將Uy和Ux各自對(duì)應(yīng)的投影交匯點(diǎn)連接起來(lái)，即得被測(cè)電壓波形。完成一個(gè)波形后的瞬間，屏上光點(diǎn)立刻反跳回原點(diǎn)，并在熒光屏上留下一條“反跳線”，稱為回歸線。因這段時(shí)間很短，線條比較暗，有的示波器采用措施將其消除。</p><p>　　上面所討論的波形因Uy和Ux的周期相等，熒光屏上出現(xiàn)一個(gè)正弦波。當(dāng)fy = nfx，n=1,2,3,…時(shí)，熒光屏上將出現(xiàn)1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、…穩(wěn)定的波形。</p><

50、p>　　圖2-4 掃描過(guò)程</p><p><b>　　數(shù)字示波器</b></p><p>　　數(shù)字示波器是數(shù)據(jù)采集，A/D轉(zhuǎn)換，軟件編程等一系列的技術(shù)制造出來(lái)的高性能示波器。數(shù)字示波器一般支持多級(jí)菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的保存和處理。</p><p>　　數(shù)字示波器的基本原理&l

51、t;/p><p>　　數(shù)字示波器是由取樣儲(chǔ)存、讀出顯示和系統(tǒng)控制三大部分組成，它們之間通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線相互聯(lián)系和交換信息，以完成各種測(cè)量功能。</p><p>　　數(shù)字示波器的基本組成框圖如圖2-5所示。</p><p>　　圖 2-5 數(shù)字示波器的基本組成框</p><p><b>　　系統(tǒng)控制部分</b>

52、</p><p>　　系統(tǒng)控制部分由鍵盤、只讀儲(chǔ)存器（ROM）、CPU及I/O接口等組成。在ROM內(nèi)寫有儀器的管理程序，在管理程序的控制下，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描產(chǎn)生掃描碼，接受使用者的操作，以便設(shè)定輸入靈敏度、掃描速度、讀寫速度等參數(shù)和各種測(cè)試功能。</p><p><b>　　取樣儲(chǔ)存部分</b></p><p>　　取樣儲(chǔ)存部分主要由輸入通道、取

53、樣保持電路、取樣脈沖形成電路、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器等組成。取樣保持電路在取樣脈沖的控制下，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行取樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，然后存入信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。取樣脈沖的形成受觸發(fā)信號(hào)的控制，同時(shí)也受到CPU控制。取樣和儲(chǔ)存過(guò)程如圖2-6所示。</p><p><b>　　讀出顯示部分</b></p><p>　　讀出顯示部分由顯示緩沖存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換器

54、、掃描發(fā)生器、X放大器、Y放大器和示波管電路組成。它在接到讀命令后，先將儲(chǔ)存在顯示緩沖儲(chǔ)存器中的數(shù)字信號(hào)送D/A轉(zhuǎn)換器，將其重新恢復(fù)成模擬信號(hào)，然后經(jīng)放大后送示波管，同時(shí)掃描發(fā)生器產(chǎn)生的掃描階梯波電壓把被測(cè)信號(hào)在水平方向展開(kāi)，從而將信號(hào)波形顯示在屏幕上，讀出和顯示過(guò)程如圖2-7所示。 </p><p>　　圖 2-6 取樣和儲(chǔ)存過(guò)程 圖 2-7 讀出和顯示過(guò)程</p>

55、<p><b>　　數(shù)字示波器的特點(diǎn)</b></p><p>　　一般可以將數(shù)字示波器分為數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO）、數(shù)字熒光示波器（DPO）和采樣示波器。</p><p>　　數(shù)字示波器的特點(diǎn)大致歸納為以下11點(diǎn)：</p><p>　　1 數(shù)字示波器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）把被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。它捕獲的是波形的一系列樣值，并對(duì)

56、樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)限度是判斷累計(jì)的樣值是否能描繪出波形為止。隨后，數(shù)字示波器重構(gòu)波形。</p><p>　　2 可以穩(wěn)定、明亮和清晰地顯示任何頻率的波形。</p><p>　　3 對(duì)重復(fù)的信號(hào)而言，數(shù)字示波器的帶寬是指示波器的前端部件的模擬帶寬，一般稱之為3dB 點(diǎn)。對(duì)于單脈沖和瞬態(tài)事件，例如脈沖和階躍波，帶寬局限于示波器采樣率之內(nèi)。</p><p>　　4 數(shù)字存

57、儲(chǔ)示波器能夠持久地保留信號(hào)，可以擴(kuò)展波形處理方式。</p><p>　　5 信號(hào)實(shí)時(shí)在離散點(diǎn)采樣，采樣位置的信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，這些數(shù)字值稱為采樣點(diǎn)。樣值每秒（S/s)。</p><p>　　6 DSO 使用串行處理的體協(xié)結(jié)構(gòu)來(lái)捕獲、顯示和分析信號(hào)；相對(duì)而言，DPO為完成這些功能采納的是并行的體系結(jié)構(gòu)，提供了高速率的波形采集率，它增加了證明數(shù)字系統(tǒng)中的瞬態(tài)事件的可能性。</p>

58、;<p>　　7 DSO顯示部分更多基于光柵屏幕而不是基于熒光。模擬示波器依靠化學(xué)熒光物質(zhì)。DPO使用完全的電子數(shù)字熒光，其實(shí)質(zhì)是不斷更新的數(shù)據(jù)庫(kù)。</p><p>　　8 如果需要正確采集頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于示波器采樣頻率的信號(hào)，那么數(shù)字采樣示波器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。這種示波器采集測(cè)量信號(hào)的能力要比其他類型的示波器高一個(gè)數(shù)量級(jí)。</p><p>　　9 采樣示波器在采樣門電路之前沒(méi)有

59、衰減器/ 放大器，所以不能對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行縮放。所有時(shí)刻的輸入信號(hào)都不能超過(guò)采樣橋滿動(dòng)態(tài)范圍。因此，大多數(shù)采樣示波器的動(dòng)態(tài)范圍都限制在1V 的峰值- 峰值。而數(shù)字存儲(chǔ)和數(shù)字熒光示波器卻能夠處理50 到100 伏特的輸入。</p><p>　　10 采樣示波器的安全輸入電壓大約只有3V，相對(duì)而言，其他示波器可以高達(dá)500V錄。</p><p><b>　　虛擬示波器</b>

60、;</p><p>　　模擬信號(hào)經(jīng)同軸電纜進(jìn)入采集卡的輸入通道，經(jīng)過(guò)前置濾波電路、衰減電路、可變?cè)鲆娴姆糯箅娐罚瑢⑿盘?hào)處理成A/D轉(zhuǎn)換器可以處理的標(biāo)準(zhǔn)電平，經(jīng)過(guò)A/D采樣量化轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)并緩存到卡上的存儲(chǔ)器。其支持軟件通過(guò)PC機(jī)的PCI總線接口控制模擬通道的阻抗匹配、放大器的增益選擇、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)換結(jié)束的識(shí)別，并將采集數(shù)據(jù)以DMA的方式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析處理、顯示、存

61、儲(chǔ)及打印傳輸?shù)取?lt;/p><p>　　聲卡數(shù)據(jù)采集流程如圖2-8所示： 。</p><p>　　圖2-8 聲卡數(shù)據(jù)采集流程圖</p><p>　　該實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)的虛擬示波器是基于美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）生產(chǎn)的labVIEW軟件，在PC機(jī)上，將聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡，利用LabVIEW中的聲音處理函數(shù)和信號(hào)處理和分析函數(shù)，對(duì)聲卡中的輸入信號(hào)進(jìn)行采集，波形顯示，參數(shù)測(cè)量和頻譜

62、分析，實(shí)現(xiàn)示波器的基本功能。</p><p><b>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　聲卡</b></p><p>　　該儀器設(shè)計(jì)中，我選用PC機(jī)上的聲卡（sound card）作為數(shù)據(jù)采集卡，聲卡也叫音頻卡,PC機(jī)上的聲卡具有A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換功能，多數(shù)為16位的量化精度、數(shù)據(jù)采集頻率是44.

63、1kHz，完全可以滿足特定應(yīng)用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的需要，而且價(jià)格便宜，對(duì)該虛擬示波器的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，性價(jià)比高</p><p><b>　　聲卡的工作原理</b></p><p>　　麥克風(fēng)和喇叭所用的都是模擬信號(hào)，而電腦所能處理的都是數(shù)字信號(hào)，兩者不能混用，聲卡的作用就是實(shí)現(xiàn)兩者的轉(zhuǎn)換。從結(jié)構(gòu)上分，聲卡可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將麥克風(fēng)等聲音輸入

64、設(shè)備采到的模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電腦能處理的數(shù)字信號(hào)；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將電腦使用的數(shù)字聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為喇叭等設(shè)備能使用的模擬信號(hào)。</p><p><b>　　聲卡的基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　現(xiàn)將聲卡主要部分介紹如下： </p><p><b>　　線路板 </b></p><p>　　線路

65、板是聲卡的基礎(chǔ)，線路板質(zhì)量的好壞一定程度上影響聲卡的品質(zhì)。聲卡的線路板多為四層板也有少數(shù)六層板的。而在設(shè)計(jì)方面，很多中低檔聲卡普遍采用芯片廠家提供的公版PCB結(jié)構(gòu)。另外在線路板上我們可以看見(jiàn)聲卡的“金手指”，它為聲卡和主板連接提供了總線接口，如今主流的聲卡接口為PCI接口，另外市面上還可見(jiàn)少量的ISA接口或AMR等接口的聲卡。  2.主要元器件</p><p><b>　　A.主芯片<

66、/b></p><p>　　聲卡上都有一塊主音效處理芯片，它主要用來(lái)完成WAVE波形的采樣與合成，MIDI音樂(lè)的合成，同時(shí)混音器/效果器也在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。 常見(jiàn)的主芯片有CREATIVE創(chuàng)新137X系列（ES-137X），CT-2518/CT-5507和CT5880及EMU 10K1系列；ESS MAESTRO-I（1948），ESS MAESTRO-II（1968），ESS&

67、#160;Canyon3D（MAESTRO-2E 197OS）系列；YMF-724和YMF-740/YMF-744系列；Aureal的Vortex AU8820，Vortex-2 AU8830系列；S3 Sonic Vibes系列；CMI-8338/8738系列；Trident 4D Wave DX/NX系列；VLSI Qsound Th

68、underbird 128系列；Fortemedia FM-801AS系列等等。 </p><p><b>　　B.集成塊</b></p><p>　　聲卡上還有很多集成電路塊，主要有穩(wěn)壓電路塊及主芯片外圍控制芯片等。另外常見(jiàn)的芯片還有運(yùn)算放大器（運(yùn)放），運(yùn)放的作用是將低電平做適當(dāng)放大來(lái)相關(guān)設(shè)備使用，常見(jiàn)的運(yùn)放芯片主要有PHILIPS的TDA系

69、列和國(guó)家半導(dǎo)體的LM系列。 C.電容 電容是聲卡上的重要部件，而且電容質(zhì)量的優(yōu)劣也會(huì)直接關(guān)系到整塊聲卡品質(zhì)的優(yōu)劣。特別是直流電源輸出端的耦合電容，其做用與品質(zhì)都非常重要。耦合電容容量過(guò)小，電腦開(kāi)機(jī)時(shí)音箱中常會(huì)有爆破聲出現(xiàn)，而且一些耐壓系統(tǒng)低的耦合電容還可能自身出現(xiàn)爆裂造成聲卡的損壞。 另外，聲卡上還有電阻及晶振等必不可少的元器件。 3.主要接口一覽 </p><p>　　聲卡上有很

70、多接口，下面我們就對(duì)其進(jìn)行一下簡(jiǎn)單介紹。 </p><p>　　a.游戲桿/MIDI插口：用于連接游戲桿/手柄/方向盤等外界游戲控制器或MIDI鍵盤/電子琴，你也可先購(gòu)買一個(gè)光纖MIDI套件再來(lái)插入上述設(shè)備。 </p><p>　　b.后置輸出插孔：將音頻信號(hào)輸出到有源音箱或功率放大器。 </p><p>　　c.線性輸出插孔（LINE OUT）：將音頻信

71、號(hào)輸出到有源音箱/耳機(jī)或功率放大器。 </p><p>　　d.話筒輸入插孔（MIC IN）：用于連接話筒，主要用來(lái)語(yǔ)音輸入。  </p><p>　　e.線性輸入插孔（LINE IN）：用于將隨身聽(tīng)或影碟機(jī)等外部設(shè)備的聲音信號(hào)輸入電腦。</p><p>　　f.電話應(yīng)答設(shè)備接口（TAD，Telephone Answeri

72、ng Device）：用來(lái)提供標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)音MODEM的連接并向MODEM傳送話筒信號(hào)，所以配合MODEM卡和軟件，可使電腦具備電話自動(dòng)應(yīng)答功能。 </p><p>　　g.模擬CD音頻輸入接口（CD－IN）：使用CD音源線將來(lái)自CD/DVD光驅(qū)的模擬音頻信號(hào)接入。 </p><p>　　h.輔助設(shè)備接口（AUX－IN）：用于將電視卡，解壓卡等設(shè)備的聲音信號(hào)輸入聲卡并通過(guò)音箱播放。 &

73、lt;/p><p>　　i.數(shù)字CD音頻輸入接口（CD－SPDIF）：用來(lái)接收來(lái)自光驅(qū)的數(shù)字音頻信號(hào)。 </p><p>　　j.音頻擴(kuò)展接口（SPDIF－EXT）：接到數(shù)字I/O子卡，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的輸入和輸出，并可輸出AC-3信號(hào)等。 </p><p><b>　　硬件設(shè)置</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)中聲卡

74、的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　一般PC機(jī)上的聲卡輸入處于靜音狀態(tài)，首先在“我的電腦”中的控制版面上，選擇“聲音”，確保聲音的輸出和錄入處于正常工作狀態(tài)，不能靜音，如圖3-1所示：</p><p>　　圖 3-1 計(jì)算機(jī)聲卡的設(shè)置</p><p>　　將以上參數(shù)設(shè)置完成后，插上麥克，選擇聲音輸入的“硬件檢測(cè)”，當(dāng)檢測(cè)到有聲音信號(hào)錄入時(shí)，才能進(jìn)行試驗(yàn)。</p&g

75、t;<p>　　虛擬示波器中聲卡的連接方式</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中，聲卡的外部連接線采用的是一條一頭是3.5mm插孔，另一頭是鱷魚夾的連接線，3.5mm插孔插入聲卡的Lin In接口，Lin In接口可以接入幅值約為不超過(guò)1.5V的信號(hào)，而Mic In接口只能接入很微弱的信號(hào)，幅值大約為0.02V-0.2V，微弱的信號(hào)易受到干擾，因此該實(shí)驗(yàn)選用Lin In接口作為信號(hào)的輸入通道。值得注意的是，輸

76、入端口有隔離電容，直流信號(hào)將不能被聲卡識(shí)別，且聲卡的輸入多數(shù)為雙通道輸入，但是接入插頭線往往是將這連個(gè)通道短接成一個(gè)通道。</p><p><b>　　前置運(yùn)算電路</b></p><p>　　受到PC聲卡自身的限制，輸入的電壓不能超過(guò)1.5V，如果要測(cè)量電壓較高的信號(hào)，那么需要外加電路將信號(hào)將比例縮小。故采用比例運(yùn)算電路，在同相和反相兩種比例運(yùn)算電路中，同相比例運(yùn)算

77、電路只能將電壓信號(hào)放大，而反相比例運(yùn)算電路可將電壓信號(hào)縮小，但反相比例運(yùn)算電路的輸入阻抗較小，不符合示波器的基本原則，而同相比例運(yùn)算電路又正好具有高輸入阻抗，故采用兩種比例運(yùn)算電路混合的電路。本文著重介紹LabVIEW的實(shí)際應(yīng)用，和對(duì)相應(yīng)信號(hào)的測(cè)量，故不在本文中對(duì)前置運(yùn)算電路做過(guò)多介紹。</p><p><b>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　該虛擬示

78、波器設(shè)計(jì)中的軟件設(shè)計(jì)是基于NI公司生產(chǎn)的LabVIEW專業(yè)開(kāi)發(fā)軟件設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)中用到了LabVIEW中的聲音模塊，信號(hào)處理與分析模塊，循環(huán)函數(shù)，及數(shù)組處理等模塊函數(shù)。</p><p>　　虛擬示波器工作流程圖</p><p>　　該試驗(yàn)設(shè)計(jì)的虛擬示波器中，信號(hào)的傳送，處理，顯示是相當(dāng)清晰的，先是信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生聲卡所能識(shí)別的信號(hào)（信號(hào)的幅值不能超過(guò)1.5V，超過(guò)1.5V的信號(hào)應(yīng)該先經(jīng)過(guò)前置放

79、大器進(jìn)行幅值變化。</p><p>　　該實(shí)驗(yàn)虛擬示波器的構(gòu)成圖如圖4-1所示</p><p>　　圖4-1 示波器的結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集模塊</b></p><p>　　在該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集是利用聲卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，LabVIEW中，有針對(duì)聲卡數(shù)據(jù)采集的函數(shù)，如 “Soun

80、d Input Configure .VI”、“ Sound Input Read .VI”、“ Sound Input Clear .VI”、“sound Input star .VI”、“Sound Input stop.VI”等，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中用到的VI將在以下小節(jié)中一一介紹。</p><p>　　“Sound Input Configure.VI”: 圖標(biāo)如4-2所示</p><p>

81、;　　圖 4-2 Sound Input Configure.VI</p><p>　　該函數(shù)的主要功能是設(shè)置聲卡中與數(shù)據(jù)采集有關(guān)的一些硬件參數(shù)，如采樣率，數(shù)據(jù)格式，緩沖區(qū)長(zhǎng)度等。聲卡的采樣率由內(nèi)部時(shí)鐘控制，只有3-4種固定頻率可選，一般將采樣頻率設(shè)置為44100HZ，數(shù)據(jù)格式設(shè)置為16bit。緩沖區(qū)長(zhǎng)度可選默認(rèn)值。</p><p><b>　　主要操作說(shuō)明：</b>

82、</p><p>　　在block diagram： </p><p>　　Functions → Graphics & Sound → Sound → Input → Configure 選擇configure函數(shù)。</p><p>　　“Sound Input Configure.VI”前版面如圖4-3所示</p><p>　　圖

83、4-3 Sound Input Configure.VI”前版面</p><p>　　“Sound Input Configure.VI”后版面如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4 Sound Input Configure.VI”后面板</p><p>　　“Sound Input Read .VI”：如圖4-5所示</p><p>

84、;　　圖4-5 Sound Input Read .VI</p><p>　　該函數(shù)用于等待采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿的消息。當(dāng)產(chǎn)生這一消息時(shí)，它將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容讀取到用戶程序的數(shù)組中，產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)采樣集合。若計(jì)算機(jī)的速度不夠快，使得緩沖區(qū)內(nèi)容被覆蓋，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息。這時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)緩沖區(qū)的大小，在采樣時(shí)間和數(shù)據(jù)讀取之間找到一個(gè)理想的平衡點(diǎn)。</p><p><b>　　主要操作說(shuō)明：&

85、lt;/b></p><p>　　在block diagram： </p><p>　　Functions → Graphics & Sound → Sound → Input → Read 選擇read函數(shù)</p><p>　　“Sound Input read .VI”前版面如圖4-6所示</p><p>　　圖4-6“So

86、und Input read .VI”前版面</p><p>　　“Sound Input read .VI”后版面如圖4-7所示</p><p>　　圖4-7“Sound Input read .VI”后版面</p><p>　　“Sound Input clear .VI”：如圖4-8所示</p><p>　　圖4-8“Sound Inp

87、ut clear .VI”</p><p>　　該函數(shù)用于完成最終的清理工作。例如關(guān)閉聲卡采樣通道，釋放請(qǐng)求的一系列系統(tǒng)資源（包括MDA，緩沖區(qū)內(nèi)存，聲卡端口等）。</p><p><b>　　主要操作說(shuō)明：</b></p><p>　　在block diagram： </p><p>　　Functions → Gra

88、phics & Sound → Sound → Input → Clear選擇clear函數(shù)。</p><p>　　“Sound Input clear .VI”前版面如圖4-9所示</p><p>　　圖4-9 “Sound Input clear .VI”前版面</p><p>　　“Sound Input clear .VI”后版面如圖4-10所示&l

89、t;/p><p>　　圖4-10“Sound Input clear .VI”后版面</p><p><b>　　頻譜分析模塊</b></p><p>　　頻譜分析VI圖標(biāo)如圖4-11所示</p><p>　　圖4-11 FFT Spectrum（Mag-Phase）.vi</p><p><b

90、>　　程序說(shuō)明：</b></p><p>　　頻譜分析模塊，它的作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。實(shí)現(xiàn)一個(gè)FFT運(yùn)算。主要利用了FFT Spectrum 函數(shù)。FFT Spectrum 函數(shù)的功能為計(jì)算一個(gè)時(shí)間信號(hào)的平均FFT Spectrum 。其結(jié)果是返回一個(gè)幅值或相位值。</p><p><b>　　主要操作說(shuō)明：</b></p><

91、;p>　　在block diagram：</p><p>　　Functions → Signal Processing → Wfm Measure → FFT Spectrum 選擇FFT Spectrum 函數(shù)。</p><p>　　“FFT Spectrum（Mag-Phase）.vi”前版面如圖4-12所示</p><p>　　圖4-12 FFT

92、Spectrum（Mag-Phase）.vi前版面</p><p>　　“FFT Spectrum（Mag-Phase）.vi”后版面如圖4-13所示：</p><p>　　圖4-13“FFT Spectrum（Mag-Phase）.vi”后版面</p><p><b>　　數(shù)據(jù)測(cè)量和顯示模塊</b></p><p>　

93、　數(shù)據(jù)測(cè)量模塊和顯示所用到的vi如圖4-14所示</p><p>　　圖4-14 數(shù)據(jù)測(cè)量和顯示模塊</p><p><b>　　程序說(shuō)明：</b></p><p>　　參數(shù)顯示模塊，它的作用是對(duì)信號(hào)的參數(shù)顯示出來(lái)。參數(shù)中包括周期平均，峰峰值，正峰值，負(fù)峰值，周期均方根，直流，均方根。參數(shù)顯示是以數(shù)字的方式顯示。其中對(duì)vi函數(shù)的顯示屬性設(shè)置如圖

94、4-15所示</p><p>　　圖4-15 數(shù)據(jù)測(cè)量VI顯示屬性的設(shè)置</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試與程序顯示</b></p><p><b>　　虛擬示波器性能</b></p><p><b>　　1 采樣頻率</b></p><p>　　系

95、統(tǒng)能測(cè)試到的最高頻率與電路所選器件的性能有關(guān)，本論文選用聲卡的最高采樣頻率為44.1KHz，根據(jù)采樣定理，所能測(cè)試模擬信號(hào)的最高頻率為22KHz?？紤]到聲卡本身采集質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)際測(cè)試的模擬信號(hào)的最高頻率為2.5KHz。</p><p><b>　　2 采樣精度</b></p><p>　　系統(tǒng)采樣精度與電路所選器件的位數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)中選用16位采樣的聲卡，采樣精度為，分

96、辨率約為0.0015%,實(shí)時(shí)帶寬：2KHz。</p><p><b>　　虛擬示波器操作界面</b></p><p>　　虛擬示波器前版面如圖5-1：</p><p>　　圖5-1 虛擬示波器前版面</p><p>　　前版面說(shuō)明：在該虛擬示波器前版面中，運(yùn)用3個(gè)波形顯示vi來(lái)分別顯示輸入信號(hào)的波形，相位，幅度，用數(shù)字控

97、件來(lái)設(shè)置對(duì)聲音格式，采樣數(shù)和設(shè)備ID分別進(jìn)行設(shè)置，用數(shù)字顯示vi來(lái)對(duì)具體測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，開(kāi)關(guān)控制程序的進(jìn)行。</p><p>　　虛擬示波器總程序框圖</p><p>　　虛擬示波器的總程序框圖如圖5-2所示：</p><p>　　圖5-2 虛擬示波器后版面程序圖</p><p>　　虛擬示波器后版面總程序圖說(shuō)明：后版面程序框圖中，選

98、擇LabVIEW中自帶的“Sound Input Configure.VI”和“Sound Input Read .VI”來(lái)對(duì)聲卡信號(hào)進(jìn)行采集，通過(guò)“Sound Input Configure.VI”的接線端，連接數(shù)字控件，對(duì)聲卡采集進(jìn)行控制。聲卡的采集應(yīng)該是連續(xù)的，所以，程序中運(yùn)用while循環(huán)，使程序能連續(xù)讀出聲卡信號(hào)，并且能夠連續(xù)的進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量和波形顯示。并且運(yùn)用節(jié)點(diǎn)開(kāi)關(guān)和邏輯vi和“unbundle by name.vi”來(lái)對(duì)程

99、序的進(jìn)程進(jìn)行控制，既能自注的對(duì)程序進(jìn)行關(guān)閉，也能在程序運(yùn)行有錯(cuò)誤時(shí)，程序自動(dòng)關(guān)閉并提示錯(cuò)誤。</p><p><b>　　虛擬示波器波形顯示</b></p><p>　　聲音信號(hào)的顯示如圖5-3所示</p><p>　　圖5-3 一般聲音信號(hào)的顯示</p><p>　　為了清楚的顯示虛擬示波器的特性，我采用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生

100、單位信號(hào)，正弦信號(hào)，三角波信號(hào)，和方波信號(hào)。正弦波如圖5-4所示：</p><p>　　圖5-4 正弦波信號(hào)</p><p>　　方波信號(hào)顯示如圖5-5所示：</p><p><b>　　圖5-5 方波信號(hào)</b></p><p>　　三角波信號(hào)顯示如圖5-6所示：</p><p>　　圖5-6

101、三角波信號(hào)</p><p>　　千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　虛擬儀器設(shè)計(jì)己經(jīng)成為測(cè)試和儀器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。對(duì)于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)普及率不斷提高的高校實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，無(wú)疑具有很高的性能價(jià)格比，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果提高到一個(gè)新的層次。

102、同時(shí)，隨著虛擬儀器技術(shù)在科研、生產(chǎn)產(chǎn)品的自動(dòng)檢測(cè)、測(cè)控系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。本文主要介紹了虛擬儀器的技術(shù)應(yīng)用到虛擬示波器的設(shè)計(jì)上，利用LabVIEW這一功能強(qiáng)大的虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)相關(guān)的虛擬儀器，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能。信號(hào)分析與處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能軟件編程的基石?；跀?shù)字濾波、快速傅立葉變換等常用信號(hào)分析與處理技術(shù)，以建造了數(shù)字濾波器、信號(hào)發(fā)生器等各種虛擬儀器。虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，用戶可以自行開(kāi)發(fā)軟件。 </

103、p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 于潔,鐘佩思.信號(hào)發(fā)生器在虛擬儀器界面中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 第19卷第2期. 2005年3月</p><p>　　2 朱英明.數(shù)字示波器原理與測(cè)試分析.測(cè)試技術(shù)</p><p>　　3 種蘭祥,張首軍,閻麗.基于計(jì)

104、算機(jī)聲卡的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) .2002,32(6):629—632 </p><p>　　4 劉君華等.虛擬儀器圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW教程.西安電子科技大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　5 黃松嶺，吳靜.虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社.2008年10月</p><p>　　6 龍華偉,顧永剛.LabVI

105、EW 8.2.1與DAQ數(shù)據(jù)采集.清華大學(xué)出版社.2008年8月</p><p>　　7 李瑋. 示波器的使用與檢測(cè)技巧.化學(xué)工業(yè)出版社.2008年10月</p><p>　　8 Gary W Gohson. LABVIEW Graphic Programming .USA.MC Graw-Hill, 1998</p><p>　　9 陳敏,湯曉安等

106、.虛擬儀器軟件LABVEIW與數(shù)據(jù)采集.小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2001:501—503 </p><p>　　10 種蘭祥,張首軍,閻麗.基于計(jì)算機(jī)聲卡的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) .2002 </p><p>　　11 白云，高育鵬，胡小江.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社.2009年3月</p><p>　

107、　12 管士亮.虛擬儀器總線技術(shù)的發(fā)展以及前景.中國(guó)現(xiàn)代教育設(shè)備.2005:16—17 </p><p>　　13 崔翔等.信號(hào)分析與處理.中國(guó)電力出版社，2005:P67-258</p><p>　　14LABVIEW Function Manual. USA：National Instruments Corporation.1998</p><p>　

108、　15 徐云峰,張世慶.基于聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2006:46—47 </p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄A 英文原文</b></p><p>　　July 2000 Edition, Part Number 370178A-01</p><

109、;p>　　Welcome to the LabVIEW Tutorial. This interactive help file introduces you to basic LabVIEW concepts and guides you through several activities to familiarize you with graphical programming.</p><p>　　

110、1、 What is LabVIEW?</p><p>　　LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) is a development environment based on graphical programming. LabVIEW uses terminology, icons, and ideas familiar to

111、technicians, scientists, and engineers, and relies on graphical symbols rather than textual language to describe programming actions. LabVIEW is integrated fully for communication with hardware such as GPIB, VXI, RS-232,

112、 RS-485, and plug-in data acquisition boards. LabVIEW also has built-in libraries for using software s</p><p>　　2、Virtual Instruments: The LabVIEW applications you create.</p><p>　　The basic fil