基于LABVIEW的虚拟示波器设计—虚拟示波器

1、1 LabVIEW软件及其基本设计原理简介11. 1 LabVIEW 简介11.2 LabVIEW软件设计基本原理22关于虚拟示波器的设计思路及方案的实现32. 1设计思路32.2方案的实现42.2.1前面板的设计42.2.2设计的基本原理和设计步骤43设计心得94参考文献：105程序调试过程中发现的问题和解决办法10基于LAB VIEW的虚拟示波器设计1 LabVIEW软件及其基本设计原理简介1. 1 LabVIEW 简介LabVIEW (Laboratory Virtual instrument Engineering)是一种图形化的 编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，

2、视为一个标准的数 据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协 议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还置了便于应用TCP/IP. ActiveX等 软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自 己的虛拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。传统文本编程语言根据指令的先后顺序决定程序执行顺序，但LabVIEW则采 用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺 序。LabVIEW提供很多外观与传统仪器(如示波器、万用表)类似的控件，可用 来方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW

3、中被称为前面板。使用图标和连线, 可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。 LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图。LabVIEW尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概 念。因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学 和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进 行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。利用 LabVIEW,可产生独立运行的可执行文件。1. 2 Lab VIEW软件设计基本原理我们把用LabVIEW实现的一个完整的L

4、abVIEW应用程序成为一个虛拟仪器, 称为VI。所有的VI,它包括前面板、程序框图图以及图标/连结器三部分。1）前面板。前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，前面板直接面向用户，是用户使用虚拟仪器的基本操作面板。这一界面上有用户输入和显 示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制和显示对象。一个典型实现正弦波显示和幅值调节的前面板如图lo正弦波空6.05.4.3.2.1.迺n悭0.-1,_2.-3._4.5._6.0. OE+06.0E-28.0E-21.0E-1000000000002 0E-24.0E-260.OE+0 2.OE-2 4.0E-26.0E-28.0E

5、-21.0E-1时间吋间0 10停止12-幅值调节4图1正弦波显示及幅值调节VI前面板2）程序框图提供VI的图形化源程序。它的功能是对前面板上的控件进行定 义、操作和连线以实现虛拟仪器的功能，是LabVIEW程序设计的核心。在程序框 图中存在着对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出。它包括前面 板上的控件和控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西， 例如函数、结构和连线等。如果将VI与标准仪器相比较，那么前面板上的东西就 是仪器面板上的东西，而流程图上的东西相当于仪器箱的东西。在许多情况下， 使用VI可以仿真标准仪器，不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而

6、且其功能也与标准仪器相差无几。上述正弦波的程序框图如图2。图2正弦波显示及幅值调节VI程序框图3）图标/连接器。VI具有层次化和结构化的特征，一个VI可以作为子程序, 这里称为子VI,被其他VI调用。图标与连接器在这里相当于图形化的参数。 LabVIEW的强大功能归因于它的层次化结构，用户可以把创建的VI程序当作子程 序调用，以创建更复杂的程序，而这种调用的层次是没有限制的。在VI设计过程中，可以利用工具选板、前面板中的控件选板、程序框图中的 函数选板进行设计。这些选板的详细功能及用法通过不断的学习设计VI的过程逐 渐地掌握。2关于虚拟示波器的设计思路及方案的实现2. 1设计思路本设计的想法是

7、尽量与现实中的面板相一致，实现示波器最基本的显示和调 节功能。所以本设计我设计了包含CH1和CH2的双通道示波器，即双踪示波器。 设计时考虑的是分几个部分：1）CH1和CH2通道设计及选择。设置两个开关控制CH1和CH2选通状况，开 即显示波形，关不显示，同时选择了开就在波形图上同时显示两个波形。2）波形产生。由于没有外界信号输入设备，所以不能用外部数据采集的方法 输入信号波形，那么自己设计一个建议信号发生器，使两个通道都能实现基本模 拟信号正弦波、三角波、方波、锯齿波的输入。3）波形显示。采用波形图控件。4）波形控制部分。包括CH1信号幅度调节和幅度偏移、CH2信号幅度调节和 幅度偏移、时间

8、扫描速率、同时开的时候两个信号叠加开关。5）停止示波器。通过while循环的停止按钮设置示波器停止工作。 2.2方案的实现2.2.1前面板的设计根据设计思路，设计成的前面板如图3所示。图3虚拟双踪示波器前面板2.2.2设计的基本原理和设计步骤1）通道CH1和CH2选择即波形产生。在程序框图上创建两个条件结构。把 CH1和CH2的开关控制（布尔开关）分别接到这两个条件结构的条件输入端，然 后在每个“真”条件下，并且通过再添加条件结构，在这个子条件结构里面，利 用基本函数发生器创建波形产生模块，用文本下拉列表控制条件输入端，将正弦 波、三角波、方波、锯齿波的固定值0、1、2、3设为四个分支，并在分

9、置里面选 择产生相应的波形，这样就产生了大条件结构的“真”操作，也即在CH1或CH2 通道开的情况下，通过文本下拉列表控制波形产生。然后将外部条件结构的输出 隧道在“假”的条件下，设为“未连接时使用默认”并且处理“假”分支，这样, 当通道选择开关“关”时就不输出波形。程序框图如图4、图5所示，前面板显 示效果如图6、图7、图8所示。图4通道打开时波形产生图5通道关闭时无输出波形显示CK2 II国时间6)CH2岁1 产1 CH1输入波形选择3 Ld 7正弦波CH2输入波形选择y三角波0.0.图6 CH1开、CH2关0.CHL输入波形选择C吃输入波形选择0.勺正弦波时间（S）fa三角波cmi IB

10、M波形显示ch2 mCH1 关.CH2 开图8 CH1开.CH2开2）波形显示控制部分。这部分是控制波形在波形图上更好的显示出来。控制 CHI、CH2通道幅值，调节波形图上每单位表示多少电压值；控制时间扫描速率， 调节时间轴上每单位表示多少时间。这些都是为了让波形以最直观、最清楚的方 式显示在波形图上。通过公式子VI的功能改变输出电平和幅度偏移；通过获取波 形成分、除法和创建波形改变输出的频率；通过创建一个子条件结构实现波形叠 加。这些控制部分如图9所示，程序框图如图10所示。图9波形显示控制部分前面板CH1幅度单位调节刃CH1幅度偏移幅值和电平测量口 口口口 口 口口口 口 口口口Y1羽Vd

11、F?B波形叠加3r_-!卩000|口口 Kill 口扫描速率界曲7T F图10波形显示控制部分程序框图3）输入信号测量值的显示部分。通过“获取单频信息”子VI获取波形频率;通过“幅值和电平测量”子VI获取波形幅值电压。设计的前面板如图11所示，程序框图如图12所示。M2频率M2频率戸三CH2幅值电压图12测量参数模块程序框图4）停止测量部分。通过while循环的STOP按钮停止测量。程序框图如图 13所示。图13 while循环以及STOP按钮5）整个程序框图的设计图图14所示。至此为止设计全部完成。图14虚拟双踪示波器的整个程序框图3设计心得此次能力拓展训练设计规定时间在开学前完成，责任老师

12、提供了整个暑假的时间给我们做。我个人的情况是暑假实习到8月中旬，回来之后又忙着准备一些 考研复习，所以就耽搁了不少时间，直到8月底才开始做。首先我看了几本介绍 虛拟仪器和LabVIEW方面的书籍，随即对这个软件强大的仿真功能产生了极大的 兴趣，并且自己动手做了一些简单的仿真程序，比如利用调用for循环和移位寄 存器计算数学递归公式、产生数字波形、建立数学计算的子VI等。做的程序渐渐 从简单到难，学的东西也越来越多。直到这个设计完毕，除了这个设计里面的知 识外，我还了解了公式节点的用法；滤波器的用法；图形编辑器的用法和子VI 的建立过程及调用；掌握了 wh订e循环、for循环、条件结构循环的用法

13、；初步 了解了顺序结构的用法；了解了数据采集的基本知识；熟悉了写入测量文件及保 存数据的基本操作、程序调试过程中的单步执行、断点设置以及探针工具的使用 方法、延时程序的调用方法等等。刚开始我还觉得做能力拓展耽误了自己考研复 习的时间，后来感觉到学了 LabVIEW之后也很充实。也为自己能做出这个“不简 单”的虛拟示波器而感到骄傲。在此过程中，板上的同学给了我不少帮助，比如 他们把借的的资料给我看，还有一起动脑动手实现了某个困难的操作，这让我深 深体会到团队协作的重要性和同学之间友谊的可贵。4参考文献1 乐平，海涛，磊编著.LabVIEW程序设计与应用（第二版）.：电子工业, 20072 君华主

14、编.基于LabVIEW的虛拟仪器设计.：电子工业，20033 黄松林，吴静编著.虛拟仪器设计教程.：清华大学，20084 陆绮荣编著.基于虛拟仪器技术个人实验室的构建.：电子工业5程序调试过程中发现的问题和解决办法1）完成了一部分并查看波形的时候，发现波形向左移动的非常快，这样很不 利于观察波形信号。通过查资料发现可以通过在前面板上添加时间延迟Express VI,设置程序循环延时时间可以解决这一问题。但是要在程序框图上添加并设置, 这很不方便，后来发现模板上的VI波形图都可以均匀的慢速的向左移，经过对比 发现，只要修改配置仿真信号的属性即可，具体操作时将定时区域的“以可达到 的最快速度运行”取消，并勾选中“仿真采集时钟”。2）在选择CH1条件结构的“假”分支时，因为不用输出波形，所以我没有连 接输出隧道，这是幸运星出现错误，这个错误是因为条件结构中多个分支的输出 隧道公