基于 LabWindows/CVI 的虛擬示波器研究與設(shè)計(jì)

　　隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，采用“虛擬儀器”來取代傳統(tǒng)儀器的新的測量方法正在逐步取代傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)，結(jié)合高效的各類軟件平臺(tái)來完成各種測量的技術(shù)。與傳統(tǒng)的儀器相比虛擬儀器具有開發(fā)成本低、開發(fā)周期短、升級、維護(hù)容易和增加了系統(tǒng)的靈活性等特點(diǎn)。

　　虛擬儀器利用各種通信端口完成對信號的采集和調(diào)理，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大處理能力對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和分析，利用監(jiān)控軟件模擬各種儀器的操作界面。

　　虛擬儀器主要包括3 個(gè)組成部分：高效的應(yīng)用軟件、模塊化的I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)。

　　本文虛擬示波器界面采用LabWindows/CVI平臺(tái)開發(fā)。LabWindows/CVI是NI公司推出的交互式C語言開發(fā)平臺(tái)。LabWindows/CVI將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言平臺(tái)與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機(jī)的結(jié)合起來，利用它的集成開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫函數(shù)大大增強(qiáng)了C 語言的功能，為設(shè)計(jì)人員編寫檢測系統(tǒng)、自動(dòng)測試環(huán)境等應(yīng)用軟件提供了一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境。

　　1 系統(tǒng)整體框架

　　1.1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

　　1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集卡是虛擬示波器的硬件基礎(chǔ)，本文采用綠揚(yáng)電子的數(shù)字示波器YB54500的內(nèi)部數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)。其基本的工作原理為：被測量信號經(jīng)過通道送入數(shù)據(jù)采集電路，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集板上的交直流選擇電路、濾波電路、衰減電路、放大電路再通過AD 采樣量化后送入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡中。

　　LabWindows/CVI通過LAN口獲取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡中的的數(shù)據(jù)，再通過虛擬界面顯示波形和數(shù)據(jù)，從而獲得近似真實(shí)儀器的測試結(jié)果。

　　1.3 LAN接口設(shè)計(jì)

　　使用網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器，可方便人們在異地交換數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)儀器相比，在網(wǎng)絡(luò)化儀器環(huán)境條件下，被測對象可以通過測試現(xiàn)場的普通儀器設(shè)備將測得數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給異地的高檔次的儀器去分析、處理；能實(shí)現(xiàn)測量信息的共享；可掌握網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處信息的實(shí)時(shí)變化的趨勢。

　　本文上位機(jī)通過LAN與YB54500的內(nèi)部數(shù)據(jù)采集模塊相連，LAN 的傳輸速率高（10 Mb/s），且易于擴(kuò)展，方便在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上控制多個(gè)設(shè)備。

　　數(shù)據(jù)采集端的網(wǎng)口硬件電路圖如圖2所示。

　　2 軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 虛擬儀器的軟件開發(fā)工具

　　虛擬儀器必須要具有良好的操作環(huán)境和強(qiáng)大的處理能力。本系統(tǒng)選擇LabWindows/CVI 軟件平臺(tái)。

　　LabWindows/CVI的用戶界面編程器可以創(chuàng)建并編譯圖形用戶界面（GUI），用戶界面庫函數(shù)可以在程序中創(chuàng)建并控制GUI.LabWindows/CVI 中儀器庫包含GPIB、VXI和RS 232等儀器的驅(qū)動(dòng)程序。LabWindows/CVI的功能強(qiáng)大還在于它提供了豐富的庫函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集和儀器控制系統(tǒng)的開發(fā)。