基于LabVIEW的虚拟示波器的设计

1、基于LabVIEW的虚拟示波器的设计陈文1陈武2朱勇1【摘要】本文以LABVIEW为开发平台,构建一个与计算机硬件资源紧密结合的虚拟仪器系统。由虚拟信号源激励的虚拟示波器,可以满足一般测量的要求,并且波形显示效果都很好。在研究中发现LabVIEW程序可以很方便地控制声卡,因此考虑到可以以声卡为信号源,进行另外一款虚拟示波器的开发,于是设计实现出了一款利用声卡进行数据采集的虚拟示波器,整体效果良好。【关键词】LabVIEW;虚拟示波器;虚拟信号源;声卡;数据采集Design of V irtual O scilloscope B ased on LABVIEW【Abstract】In this

2、paper,to build a virtual instrument system connection closely with the computer hardware by LABVIEW.Virtual instrument to the traditional instruments of specialized features and software of the control panel so that the computer constitutes a combination of function the same as with traditional hard

3、ware equipment,while at the same time take full advantage of the new computer hardware and software resources of the virtual instrument system,which perfect solution to the shortcomings of traditional instruments,so the use of NI laboratory LabVIEW virtual instrument development platform for the dev

4、elopment of a virtual oscilloscope.【Key words】LabVIEW;Virtual Oscilloscope;Virtual Signal Source;Sound Card;Data Acquisition0引言图形化软件开发平台LabVIEW为用户提供了简单、直观、易学的图形编程方式,把复杂繁琐、费时的文本编程简化成“画流程图“的方法2。与通用的文本编程语言相比,可以节省大约70%80%的程序开发时间3。编程工作是由开发平台本身完成的,省去用户大量的编程工作。图形化软件开发平台只需用鼠标将屏幕上的各个功能图标按一定的顺序连接起来,即采用,就能方便迅速

5、地完成程序的编写4。该类软件开发平台同时支持与多种总线接口系统的通信连接,提供数据采集、仪器控制、数据分析和数据显示等与虚拟仪器系统相关的多种功能,是面向测试领域的优秀软件开发平台,受到了从事虚拟仪器系统的软件开发的广大工程技术人员的欢迎5。因此,这次开发,我们采用LabVIEW开发平台,来进行这次的虚拟示波器的开发。1设计原理这款基于LabVIEW和USB的虚拟示波器的设计,是在一款学生自行设计的数据采集卡的支持下设计完成的。同样,这款基于LabVIEW和USB的虚拟示波器的整体框图如下:图1-1基于LabVIEW和USB的虚拟示波器整体框图从图中我们可以看到信号由数据采集卡采集到了之后,可

6、以进行频谱分析、数据写入、数据读取、波形显示和打印波形等操作,是一款功能齐全的虚拟示波器。2功能实现2.1前面板设计LABVIEW给出良好的面板设计模块,视觉效果优秀2.2程序框图设计现在来探究一下这款基于LabVIEW和USB的虚拟示波器的程序框图。首先来看一下数据采集卡和虚拟示波器的接口部分。数据采集卡和虚拟示波器的接口在LabVIEW的函数库中提供了代码库节点(CLN,它提供了与Windows的动态链接库接口,使得开发者很容易的编写自己的代码并生成DLL,加载到LabVIEW中,扩展了LabVIEW的功能6。在CLN中,开发者可以不关心程序的内部执行机构,只需要知道函数接口,参数的传递,

7、然后在CLN节点中设置好参数类型、个数,与DLL中的函数匹配即可,开发十分方便7。具体实现代码如下: _declspec(dllexportvoid gao(uint16_t array;_declspec(dllexportvoid gao(uint16_t array.相关定义.HANDLE hDev=OpenByInterface(&MyGUID,0,&dwErr;if(hDev!=INVALID_HANDLE_VALUEBYTE bLen;bLen=LOBYTE(len;bRet=DeviceIoControl(hDev,READ_DATA,NULL,0,pbuf,len,&dwRet

8、urned,NULL;.相关操作函数.波形打印部分相对简单,在主面板上有波形打印按钮,单击就可实现波形的打印,不过前提是该主机上装有打印设备,像虚拟打印机或者真实的打印机。频谱分析与显示部分主要是对输入信号进行频谱分析然后显示出来,我们在进行频谱分析时会进行一个加窗的处理,然后有一个线性化相关的选择,这些设置主要还是基于我们进行频谱分析的需要。数据写入部分的功能主要是将采集到的数据存盘记录下来,数据记录的格式是保留到了小数点后面6位的浮点型数据。如:0.881678。保留数据的空间容量为1000。当PC机和数据采集卡连接之后,运行整个程序,会显示出各种波形,整个采集系统运行正常。3性能分析及总

9、结这次设计是采用了LabVIEW进行G语言图形化编程,极大的提高了编程效率,使一些设计思想很方便很快捷地就可以得以实现,比如在需要进行滤波的时候,直接使用LabVIEW程序自带的滤波器节点就可以实现,需要加窗直接使用窗函数就可以了,需要进行频谱分析也有各种各样的频谱分析节点,需要进行波形显示直接调用波形图节点就行,等等的很多地方,都可以直接使用LabVIEW虚拟仪器工程平台为我配置好的各种功能节点,编程时不需要去关心各个部分的底层代码是如何实现的,需要去做的就是理清楚程序的流程和结构,然后按照这些流程和结构来实现各个部分的程序的编写,在运行、调试、修改,直到最终方案的确定。在前面板部分,我们可

10、以利用LabVIEW自带的各种修饰控件来讲前面板做的很美观,很人性化,这样的话就很方便用户的使用了。本系统由于时间关系、各种条件限制以及个人水平原因,仍有一些需要加以改进的地方,现说明如下:(下转第20页 (上接第46页虚拟示波器应用软件设计比较粗糙,应该增加一些像小波分析这样强大的数据分析和处理的算法.使得这款虚拟示波器更具有实用性和推广性8。还有就是,如果可以将Matlab引进LabVIEW中,做更深入的数据分析和处理,整个系统就更完美了。【参考文献】1江建军,刘继光.LabVIEW程序设计教程M.北京:电子工业出版社,2008.2刘刚,王立香,张连俊.LabVIEW8.20中文版编程及应

11、用M.北京:电子工业出版社,2008.3张毅刚.虚拟仪器技术介绍J.国外电子测量技术,2006,6(6:1-6.4胡仁喜,王恒海,齐东明,等.LabVIEW8.2.1虚拟仪器实例指导教程M.北京:机械工业出版社,2008.5雷振山.LabVIEW8.2基础教程M.北京:中国铁道出版社,2008.6齐芳,林晓玲,余渊,等.基于LabVIEW实时数据采集系统的设计J.中国市政工程,2009,4(2:1-3.7陈敏,汤晓安.LabVIEW的虚拟仪器数据接口设计与实现J.中国测试技术, 2004,9(5:1-3.8林占江.电子测量技术M.北京:电子工业出版社,2007.作者简介:陈文(1986,男,武

12、汉纺织大学,硕士研究生,主要研究方向为嵌入式底层开发。陈武(1986,男,电子科技大学,硕士研究生,主要研究方向为自动控制。朱勇(1964,男,武汉纺织大学,教授,博士,主要研究方向为嵌入式系统与SoC、红外图像处理系统、信息存储。责任编辑:翟成梁科0引言随着企业信息化程度的不断加深,信息资源共享在企事业单位之间变得越来越重要。但由于各单位在不同时期所进行的信息化建设的程度存在很大差别,导致了信息系统运行在不同的平台上(例如,不同的操作系统、不同的后台数据库等因素所导致的异构环境,产生了一个个“信息孤岛”,使得在信息系统之间进行数据交换面临很多困难,现有的数据交换方案在一定程度上解决了资源共享

13、问题,但是,至今没有很好地解决数据交换过程中的可靠性、松耦合、可扩展和通用性问题1。尤其是针对数据量较大的数据交换业务,可靠性要求更显重要。本文设计了一种基于缓存机制的的数据交换模型,该数据交换模型由数据层、适配层和传输层组成,在数据层引入缓存机制,实现数据量业务较大的可靠交换。1基于缓存机制的VTS数据交换模型数据交换是一个企业在信息化建设过程中必须要解决的关键性问题。因为能否实现有效数据交换直接影响到信息管理系统的可移植性以及二次开发能力,同时数据交换还能够很好的解决信息技术的发展和应用系统升级所带来的问题,能够最大限度的利用现有资源避免重复开发造成的浪费。要实现分布式环境下异构数据源之间

14、的数据交换,必须解决两个关键性问题:一是数据格式的统一表示;二是数据信息的正确传输。VTS系统,一般也叫船舶交通管理信息系统,从狭义上讲,VTS是指由岸基雷达、VHF通信系统和数据处理器等设备组成的系统,即VTS是一种设备系统2。系统分为内外两个站点,对外的站点面向船代等其他外部用户,内部站点面向海事局内部工作人员,协同完成船舶的申报、审批等工作。JMS:对于消息中间件技术3,SUNONE提出了JMS技术作为java 平台的消息服务接口规范,定义了一整套在Java企业系统中传递消息的规则,提供了一个通用的消息模型,包括点对点(Point to Point和发布/订阅(Publish/Subsc

15、ribe两种模式4,完成可靠的消息传输、事务和消息过滤等机制。缓存机制:缓存机制通过数据层完成,数据层由待交换的异构数据源组成,其数据类型涵盖关系数据库管理系统,这些数据源在数据格式、存储模式上存在着差异。对于数据量较大、交换较频繁的业务环境,在数据交换模型的数据层中引入缓存机制,通过设置缓冲/备份数据库来保证数据交换过程的高效性和可靠性。适配层:该层由数据存取/解析模块和消息服务模块组成。其中,数据存取/解析模块主要完成数据封装和代理的功能,抽象出对数据源访问的具体实现。消息服务模块主要完成消息的封装和传递功能,主要包括:建立与JMS服务器的连接;将XML文档封装成XML消息(本文中称封装了

16、XML文档内容的消息为XML消息,并发送到JMS 服务器相应的主题或队列中;从JMS服务器的主题或队列上接收XML消息并解析成XML文档5。传输层:传输层由JMS服务器来实现对封装消息的传输功能,是各个应用系统交换数据的媒介,它保存了系统间为数据交换所需的消息,确保消息通信的异步性、持久性和可靠性6。2结束语整个模型的设计过程中在数据层中引入缓存机制保证数据交换的高可靠性,尤其是针对数据量较大、交换较频繁的业务来说,缓存机制更重要。另外,采用了组件化思想和基于消息主题的数据传输方式,较好地实现了数据交换的松耦合性和可扩展性。以XML作为异构数据源交换载体,使该模型具有较好的通用性。该模型可以有效的完成应用系统异构数据源间的数据交换,为海事局各应用系统之间进行数据交换提供了一种良好的解决方案。【参考文献】1展翔.基于XML的异构数据库交换技术的研究D.武汉:武汉理工大学,2007.2唐强荣.VTS系统结构模型.广州:广州航海高等专科学校,2001.5万军.基于XML的数据交换模型的设计与实现D.苏州:苏州大学,2005.6李永.基于分层机制的VTS数据交换模型研究.中国新技术新产品,2009,23: 24-24.作者简介:田哲(1990,男,吉林大学软件学院,研究方向为软件工程。李永(19