没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
基于LabVIEW虚拟示波器的设计 毕业设计
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 200 浏览量
2024-01-18
17:21:00
上传
评论
收藏 6.79MB PDF 举报
温馨提示
试读
49页
由于微电子技术、计算机技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术上 的应用,新的测试理论、测试方法、测试领域和新的仪器结构的出现,电子测量仪 器的功能和作用发生了非常大的变化.虚拟仪器就是利用现有的计算机,加上特殊 设计的硬件和软件,形成既有普通通用仪器的功能和界面,又具有强大的数据分析、 处理、存储、控制等强大功能的高档低价新型仪器。它代表了当前电子测试仪器发 展的新方向。 示波器在电子测量、测试仪器中有着很广泛的应用,是观察模拟电路和数字 电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。根据示 波器组成原理的不同,可分为模拟示波器和数字示波器。
资源推荐
资源详情
资源评论
中北大学 2011 届本科毕业设计说明书
第 1 页 共 49 页
1 绪论
1.1 引言
由于微电子技术、计算机技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术上
的应用,新的测试理论、测试方法、测试领域和新的仪器结构的出现,电子测量仪
器的功能和作用发生了非常大的变化.虚拟仪器就是利用现有的计算机,加上特殊
设计的硬件和软件,形成既有普通通用仪器的功能和界面,又具有强大的数据分析、
处理、存储、控制等强大功能的高档低价新型仪器。它代表了当前电子测试仪器发
展的新方向。
示波器在电子测量、测试仪器中有着很广泛的应用,是观察模拟电路和数字
电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。根据示
波器组成原理的不同,可分为模拟示波器和数字示波器。
模拟示波器具有分辨率高、响应快、价格低廉等优点,在电子测量技术领域中
曾得到广泛的应用。但是由于模拟示波器所采用的模拟技术的局限性,其缺点也是
非常的明显的,如:体积庞大,只能观察和分析重复的周期性信号,对慢速信号、
单次或偶尔出现的高速、高频信号,难以观察和分析,而且不能用来观察触发前的
信号的波形等。并且在很多测量场合下,不仅要对被测信号进行定性分析,还要进
行定量的分析,如需要测量信号的周期、频率、峰-峰值等。模拟示波器要完成这
些功能,就需要增加专用的电路,而使得价格大大增加。
随着数字电路、大规模集成电路和微处理器技术的快速发展,尤其是高速模
/数(A/D)转换器及存储器(RAM)技术的高速发展,出现了数字示波器。它把
模拟信号数字化,存储于半导体存储器中,主要是用于捕获和存储单次或瞬变信号。
这种数字存储示波器有着许多独特的优点和功能,能够采集、观测、处理、存贮信
号。与传统模拟示波器相比,数字示波器有以下两个突出的优点:
(1)尤其适合用来捕获、观测非重复性的瞬态单次脉冲信号、随机信号或变
化缓慢的信号,并能将被测信号长久的保存下来;
(2)具有负延迟触发这是数字示波器所具有的独特的功能,可以观测触发信
号到来之前的一段信号波形,这种功能在电路的故障诊断和电子器件的性能检测中
是很有必要的,在电气、电子、机械、试验分析、生物医学、国防科研和生产过程
中北大学 2011 届本科毕业设计说明书
第 2 页 共 49 页
等各个科研生产领域中,虚拟数字示波器有着广泛的应用,并成为了近年来发展速
度最快的新型仪器之一。
虚拟数字示波器是虚拟仪器的一种,同时它也是数字示波器的一个特例,它是
在以通用计算机为核心的硬件平台上,将计算机和数据采集系统结合在一起,由用
户自己定义,具有虚拟面板,由测试软件实现测试功能的一种计算机系统。虚拟示
波器不仅体积小、耗电少,而且能充分利用现有的计算机,实现如数据存储、数据
分析、数据处理等在传统通用示波器上很难实现的特殊功能。
所以,基于虚拟数字示波器的这些优点,本文所设计的示波器也应运而生,
以满足现在电子测量技术的需要。
1.2 课题背景和意义
随着计算机技术和现代测试技术的飞速发展,现代测试系统越来越复杂,需要
测试的数据量也越来越大,对测试的速度、精度、实时性、数据可信度、完整性以
及测试系统的可靠性、智能化、开放性等要求也越来越高。针对这些要求,如何利
用基于计算机的虚拟仪器技术,快速高效的提出测试系统的构建方案,成为测试系
统的首要问题和迫切的需要。
虚拟仪器发展很快,从 20 世纪 80 年代 NI(National Instruments) 公司提出
虚拟仪器的概念至今只有短短的二十多年时间,但虚拟仪器产品已经占有了仪器市
场很大的份额。从事仪器仪表研究的科学家和工程师们清楚的认识到虚拟仪器不仅
是 21 世纪仪器发展的主要方向,而且必将逐步取代传统的硬件化电子仪器,使成
千上万种传统仪器都融入计算机中。
虚拟仪器在很多发达国家应用十分广泛,如电子测量、过程控制、电信、医学
等领域。对虚拟仪器的研究,我国从 90 年代中期开始,至今已有很多新的进展。
目前,我国正处于科学技术蓬勃发展的新时期,对仪器设备的要求更加强大。
虚拟仪器赖以生存的计算机近几年来以迅猛的势头席卷了全国,为虚拟仪器的发展
奠定了坚实的基础。虚拟仪器作为传统仪器的替代品,市场容量巨大。一方面,目
前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要还是依赖进
口。这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求很高,生产突破有困难。另一方面,
用户还可以将一些适用的数字信号处理算法应用于虚拟仪器的设计,提供传统仪器
不具备的功能,而且完全可以通过软件来实现多功能集成的仪器设计。因此,虚拟
中北大学 2011 届本科毕业设计说明书
第 3 页 共 49 页
示波器的研制是非常有必要的。
近年来,数字信号处理技术的高速发展和高速数字信号处理器的广泛采用,极
大地增强了仪器的信号分析、处理能力。数字滤波、FFT、相关、卷积等是信号处
理的常用方法,其共同的特点是,算法的主要运算都是由迭代式的乘和加组成,这
些运算如果在通用微机上用软件完成,运算时间较长,而数字信号处理器通过硬件
完成上述的乘、加运算,大大提高了仪器速度和性能,推动了数字信号处理技术在
仪器仪表领域的广泛应用。
虚拟仪器的开发厂家为了增强虚拟仪器的功能,在测量结果的数据处理、表达
模式及其变换方面也做了许多工作,研发了各种软件,建立了数据处理的高级分析
库和开发工具库,使之成为可以组建极为复杂的自动测试系统的仪器系统。例如用
在虚拟示波器上的软件功能有:测量结果的频谱分析、快速傅立叶变换、各种数字
滤波器、卷积和相关函数处理、峰值和阀值检测、数值运算、时域和频域分析等,
这大大超过了通用示波器的功能。
总体的上看来,数字示波器的研究开发在国内还处于起步阶段,数字示波器的
市场几乎全部由外国占领。很多虚拟仪器实验室都是直接购买国外的现成的虚拟仪
器产品来建设实验室。由于厂家不会向用户提供全面开放的软件平台,也不会向用
户提交关键技术,用户很难在现有的基础上作二次的开发,不利于实验产品的更新。
虚拟仪器实验室的建设使得这种问题得以解决,目前应用虚拟仪器来进行实验教学
己经实际启动,一些发达国家的高等学校己将虚拟仪器作为常规的实验仪器在学生
实验中应用,我国也已有部分高校的实验室引入了虚拟仪器,虚拟仪器实验室正逐
步补充和取代传统的实验室。在国内,大学里做实验的人数增多以及社会对现代测
试要求的提高。使得大学里利用现有仪器设备做实验的成本也飞速增长,Internet
技术构建的分布式虚拟测试系统可使不同位置的学习者同时进行实验,可用软件仿
真来模拟已有的和使用的设备,可使学生在 Internet 上学习仪器的控制和操作。
使学生在实验中将主要精力放在实验数据的分析、实验结果的讨论、测试方案的多
种比较、测试方法的多种利用上,而不是实验测试设备的搭建上和操作上,这样可
使学生获得更多的知识
[1]
。本文的课题正是来源于此,课题的目标是设计一个性能
较强、性价比好、操作简单、界面美观,并具有一定通用性的虚拟数字示波器。
另外,虽然在国内虚拟示波器的研究进入了一个新的阶段。但从总体上看,现
中北大学 2011 届本科毕业设计说明书
第 4 页 共 49 页
有大多数设计的虚拟示波器功能不够强大,在数据处理上也显得不足。研究更实用
的智能型虚拟数字示波器显得极其重要的。因此,为了提高虚拟示波器在数据处理
方面的能力以及增强虚拟示波器的功能,本文提出了基于 LabVIEW平台的虚拟数字
示波器的实现。
本论文研究的虚拟数字示波器是一种新型虚拟数字示波器,是电子测量领域里
一类新型、实用型仪器。它具有较高的技术含量、很强的实用性和巨大的市场潜力,
也代表了当代电子测量仪器的一种发展趋势。它综合利用了当今先进的虚拟仪器技
术、计算机技术、软件技术和数字集成电路技术。因而对于虚拟数字示波器的研究,
有着较大的科研意义和现实意义。
1.3 设计方案的比较
在给定计算机必要的仪器硬件之后,构成和使用虚拟仪器的关键在于软件。软
件为用户提供了集成开发环境、高水平的仪器硬件接口和用户接口。美国国家仪器
公司提出的“软件即仪器”(The Software is the Instrument )形象地概括了软
件在虚拟仪器技术中的重要作用。所以正确选择软硬件对程序开发和设计起着非常
重要的作用。只有选择了合适的软硬件才能快速开发出应用软件,才能事半功倍。
对于虚拟仪器应用软件的编写,大致可以分为两种方式:
(1)通用编程软件进行编写。主要有 Microsoft 公司的 Visual Basic 与
VisualC++,Borland 公司的 Delphi,Sybase 公司的 PowerBuilder 。
(2)用专业图形化编程软件进行开发。如 HP公司的 HP-VEE,NI 公司的 LabVIEW
和 Labwindows/CVI等。
具体选用哪一种软件,应该由编程者根据实际情况选择。设计一个简易虚拟示波仪,
在设计中必须考虑以下因素:开发成本低、执行效率佳、程序弹性大、开发性架构
易于扩充。
LabVIEW是 实 验 室 虚 拟 仪 器 工 程 平 台 ( Laboratory Virtual Instrument
EngineeringWorkbench )的简称,是美国国家仪器公司的创新软件产品,也是目前
应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境。LabVIEW的前面板可以
包含旋钮、刻度盘、开关、图表和其他界面工具,允许用户通过键盘或鼠标获取数
据并显示结果。LabVIEW具有模块化特性,有利于程序的可重用性。 LabVIEW将软
件的界面设计与功能设计独立开来,修改人机界面无需对整个程序进行调整,
中北大学 2011 届本科毕业设计说明书
第 5 页 共 49 页
LabVIEW是利用数据流框图接受指令,使程序简单明了,充分发挥了图形化编程环
境的优点。这就大大简短了虚拟仪器的开发周期、消除了虚拟仪器编程的复杂过程。
而通用的编程软件需利用组件技术实现软面板的设计,这是程序设计变得非常麻烦
[2]
。
LabVIEW虽然是为计算机测控领域开发的,但它的函数包含了一般高级计算机
语言中的绝大多数程序控制功能。LabVIEW作为开发环境所具有的优点总结如下所
述
[3]
:
(1)图形化编程,降低了对使用者编程经验的要求,易于工程师使用;
(2)采用面向对象的方法和概念,有利于软件的开发和再利用;
(3)对象、框图及其构成的虚拟仪器在 Windows,Windows NT、UNIX等多平台
之间和各种 PC机及工作站间兼容,便于软件移植;
(4)支持 550 多种标准总线设备及数据采集卡,如串行接口、GPIB、VXI等;
(5)具有丰富的库函数和例子,对于大多数应用程序,用户可以从例子中取
得程序框架,便于提高开发速度;
(6)具有比较完备的代码接口,可调用 Windows中的动态链接库(DLL)中的
函数以及 C 语言程序,以弥补自身的某些不足;
(7)直接支持动态数据交换(DDE)、对象联接与嵌入(OLE)、结构化查询语
言(SQL),便于与其它 Windows应用程序和数据库应用程序接口;
(8)支持 TCP,UDP等网络协议,网络功能强大,可遥控分布在其他微机上的
虚拟仪器设备;
(9)为加强 LabVIEW的功能,适应各种工业应用的需要,NI 公司又开发了一
系列与 LabVIEW配合使用的软件包,如自动测试工具、可连结 25 种数据库的 SQL
工具、SPC分析函数工具、信号处理套件、PID 控制工具、图形控制工具等。
在许多应用程序中,运行速度是至关重要的。LabVIEW是当今唯一带有可以生
产最佳编码的编译器的图形化开发环境,运行速度等同于编好的 C或 C++程序。因
此 LabVIEW是虚拟示波器设计的最佳选择。
1.4 本设计所做的工作
首先先学习虚拟仪器以及示波器等相关知识,在了解其工作原理的基础上,通
过 LABVIEW平台,完成虚拟示波器设计,其功能具有双通道输入显示,且垂直、水
剩余48页未读,继续阅读
资源评论
Rocky006
- 粉丝: 5755
- 资源: 1332
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功