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摘要
随着现代科学技术和现代工业生产的发展,对电子测量和仪器技术的要求越
来越高,测试内容和测试对象日趋复杂,测试工作量与日俱增,对测试速度和测
试精度的要求不断提高,这使得传统的人工测试己经不适应甚至不满足实际测试
的需求。作为仪器技术和计算机技术完美结合的虚拟仪器技术为测试工程师带来
了绝好的解决方案。利用虚拟仪器技术,工程师只需将需要测量的信号通过 I/O
接口设备采集后送入计算机,再利用虚拟仪器开发工具和计算机强大的数据分析、
处理和保存功能以及显示器的显示能力,就能很容易地设计出一个满足专门测试
需求的虚拟仪器系统。
本文所采用的虚拟仪器技术是以透明的方式把计算机的资源和仪器硬件的测
控能力结合起来,其产生是计算机辅助测试技术发展的必然趋势,近年来国内外
对虚拟仪器的研究开发以及虚拟仪器在各行各业的广泛应用表明了虚拟仪器的广
阔前景。
本文利用 LabVIEW 的强大功能制作虚拟示波仪,与传统的示波器相比较它
不但能实现一般模拟或数字示波器的全部功能,而且能充分利用现有的计算机资
源对采集到的信号进行时域、频域分析和处理等在普通示波器上很难实现的特殊
功能。对于虚拟示波器的理论研究与样机的开发,可以在很大程度上弥补传统示
波器的不足。
本文所选用的软件 LabVIEW 是美国国家仪器公司创新软件产品,也是目前
应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化虚拟仪器开发软件。它具有开发周期
短、运行速度快、可重用性好、使用方便灵活等优点。因此利用 LabVIEW 对虚
拟仪器进行设计是一种最理想的方法。
关键字:虚拟仪器;示波器;LabVIEW;数据采集;动态链接库。
Abstract
With the development of modern science and technology and development of
modern industrial production, higher requests are put forward to electrical testing and
instrumental technology. The testing task and object becomes more and more
complicated, and with the increasing testing quantity and the requests for higher
testing speed and accuracy, the traditional testing style operated by human is no longer
right for modern testing tasks. The virtual instrument technology as a perfect
combination of the instrumental technology and computer technology makes a
wonderful scheme for testing engineers. With the virtual instrument technology,
Engineers only have to send the signals to be tested into computers via I/O interface
devices, and then with special VI developing tools and the abilities of data analyzing,
data processing and data storing of computers, they can easily design a VI system
which meets special testing requests. This paper puts emphases on a VI system
designed for automotive ignition coil testing.
Virtual Instruments technology combines the resource of computer with the
ability of testing and controlling of Instrument hardware in a transparent way. The
development of the Computer Aided Test technology gives the emerging of the VI an
inevitability, on the other hand, the research and development on the VI and its widely
applications in variety fields have been shown its vast perspectives.
Utilize the strong function of LabVIEW to make a digital oscillograph that thesis
develops this besides showing the function in basic wave form, compare with
traditional oscillograph with wave form memory and playback and to gather signal
land, land analyses and function that punish, etc. frequently when going on that get
also.
LabVIEW is the innovate software of national instruments corps of America. It is
also the most widely used the most quickly developing and the strongest function
graph software. It has short empolder and fast moms-rate. So LabVIEW is the best
way of design virtual digital-storage oscillograph.
Keywords : Virtual Instruments; Oscillograph; Data Acquisition; LabVIEW;
Dynamic Link Libraries.
目录
第一章 绪论 .............................................................................................................- 1 -
1.1 仪器的发展过程.........................................................................................- 1 -
1.2 虚拟仪器概述............................................................................................- 1 -
1.3 虚拟仪器的种类与特点............................................................................- 1 -
1.3.1 虚拟仪器的发展概况与种类 ........................................................- 1 -
1.3.2 虚拟仪器的特点............................................................................- 2 -
1.3.3 虚拟仪器与传统仪器的比较 ........................................................- 3 -
1.4 虚拟仪器的构成........................................................................................- 4 -
1.5 国内外虚拟仪器的现状与展望................................................................- 5 -
1.6 本文设计的内容及意义.............................................................................- 5 -
第二章 虚拟示波器设计方案..................................................................................- 6 -
2.1 硬件及软件的选择......................................................................................- 6 -
2.1.1 软件的选择.......................................................................................- 6 -
2. 1. 2 硬件的选择.....................................................................................- 7 -
2 .2 软件设计方案.............................................................................................- 7 -
2.2.1 虚拟示波器的软件结构...................................................................- 7 -
2. 2. 2 仪器功能.........................................................................................- 7 -
第三章虚拟仪器集成开发环境................................................................................- 9 -
3.1 软件操作平台..............................................................................................- 9 -
3.2 软件开发工具..............................................................................................- 9 -
3.3LabVIEW 前台显示面板 .............................................................................- 9 -
3.4 LabVIEW 后台控制面板 ..........................................................................- 10 -
3.5 LabVIEW 程序执行流程 ..........................................................................- 10 -
第四章仪器驱动 .....................................................................................................- 11 -
4. 1 仪器驱动的概念.......................................................................................- 11 -
4.2 LabVIEW 平台上仪器驱动的方法 ..........................................................- 11 -
4.2.1 LabVIEW 支持的 DAQ 产品的驱动.............................................- 11 -
4.2.2 LabVI EW 支持的 GPIB, VXI、标准串口 I/O 仪器的驱动 ........- 12 -
4.2.3 LabVI EW 不支持的数据采集卡的驱动.......................................- 12 -
4.3 本章小结 ...................................................................................................- 13 -
第五章数据采集 .....................................................................................................- 14 -
5.1 概述 ...........................................................................................................- 14 -
5.1.1 DAQ 基本概念 ............................................................................- 14 -
5.1.2 数据采集卡的基本性能指标 .........................................................- 14 -
5.2 本文采用的采集卡....................................................................................- 16 -
5.2.1 多功能数据采集卡 ART PCI-2300 ..............................................- 16 -
5.2.2 系统测试流程...............................................................................- 16 -
5.2.3.多功能数据采集卡 ART PCI-2300 编程 ....................................- 16 -
5.3 本章小结 ..................................................................................................- 16 -
第六章 虚拟示波器软面板及程序设计................................................................- 17 -
6.1 数据采集模块...........................................................................................- 17 -
6.2 波形显示模块...........................................................................................- 17 -
6.2.1 波形显示模块的功能及控件 .......................................................- 17 -
6.2.2 波形显示模块的一前面板及框图 ...............................................- 19 -
6.3 参数测量及时间序例生成模块 ...............................................................- 19 -
6.3.1 时间序例生成功能及功能节点 ...................................................- 19 -
6.3.2 测量模块前面板及框图 ...............................................................- 20 -
6.4 频谱分析模块...........................................................................................- 20 -
6.4.1 分析模块功能及节点...................................................................- 20 -
6.4.2 分析模块前面板及框图 ...............................................................- 21 -
6.5 虚拟信号产生模块的设计.......................................................................- 21 -
6.6 小结 ..........................................................................................................- 21 -
第七章 调试及实验结果........................................................................................- 22 -
7.1 虚拟示波仪的调试...................................................................................- 22 -
7.2 实验结果 ..................................................................................................- 22 -
第八章 结论与展望 ...............................................................................................- 25 -
致谢 .........................................................................................................................- 26 -
参考文献 .................................................................................................................- 27 -
第一章 绪论
1.1 仪器的发展过程
测量仪器发展至今,大体经历了四代发展历程,即模拟仪器、分立元件式仪
器、数字化仪器和智能仪器。
第一代——模拟仪器。是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器。
第二代——分立元件式仪器。当 20 世纪 50、 60 年代产生了以电子管或晶体
管电子电路为基础的第二代仪器。
第三代——数字化仪器。20 世纪 70 年代,诞生了以集成电路芯片为基础的
第三代仪器。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量,并以数字方式
输出最终结果,适用于快速响应和较高准确度的测量。
第四代——智能仪器。这类仪器内置微处理器,既能进行自动测试,又具有
一定的数据处理功能,可取代部分脑力劳动,习惯上称其为智能仪器。其缺点是
它的功能块全部都以硬件(或固化的软件)的形式存在,缺乏灵活性。
由于电子技术、计算机技术和网络技术的高速发展及在测量技术与仪器领域
中的应用,新理论、新方法、新领域及新仪器结构不断出现。电子测量仪器的功
能和作用已发生质的变化,其中计算机处于核心地位,计算机软件技术和测试系
统更紧密地结合成一个有机整体,导致仪器的结构、概念和设计观点等也发生突
破性的变化。在上述背景下,出现了新的仪器概念—虚拟仪器。
1.2 虚拟仪器概述
所谓虚拟仪器(Virtual Instrument,简称 VI),即是将现有的计算机主流技术与
革新的灵活易用的软件和高性能模块化硬件结合在一起,建立起功能强大又灵活
易变的基于计算机的测试测量与控制系统。虚拟仪器是计算机技术和仪器技术深
层次结合的产物,是计算机辅助测试(CAT)领域的一项重要技术,是计算机硬件
资源、仪器与测控系统硬件资源和虚拟仪器软件资源三者有效的结合。
它强调在通用计算机平台的基础上,通过软件和软面板,把由厂家定义的传
统仪器转变为由用户定义的、由计算机软件和几种模块组成的专用仪器。虚拟仪
器的出现,彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式。
1.3 虚拟仪器的种类与特点
1.3.1 虚拟仪器的发展概况与种类
虚拟仪器的发展过程有两条线:
(I)适合大型高精度集成系统的 GPIB--VXI-PXI 总线方式。GPIB 于 1978 年问
世,VXL 于 1987 年问世,PXI 于 1997 年问世。
(2)适合于普及型的廉价系统,有广阔应用发展前景的 PC 插卡~并口式~串口
USB 方式。PC 插卡式于 80 年代初问世,并行口方式于 1995 年问世,串口 USB
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oligaga
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