基于LabVIEW的虚拟示波器的设计和实现

1、 收稿日期:2010-05-25作者简介:周瑛(1977-,女,湖南新邵人,讲师。基金项目:本文为福建省教育厅B 类课题基于LebVIEWr 的网络虚拟实验室的研究成果。摘要:本文设计和实现一种基于LabVIEW 的虚拟示波器设计,主要利用基于USB 接口的MSP-010501数据采集卡,通过LabVIEW 软件的编程完成系统软件与数据采集卡之间的通信。软件总体包括通道选择、触发控制、时基幅值控制、波形显示、电压测量、相位测量、功率测量等模块,最终实现开发一个能够对多种控制参数进行设置、实时采集、处理、显示的虚拟示波器。关键词:LabVIEW ;示波器;虚拟仪器;采集卡中图分类号:TP335文

2、献标志码:B 文章编号:1008-3421(201005-0056-04福建师范大学福清分校学报JOURNAL OF FUQING BRANCH OF FUJIAN NORMAL UNIVERSITY 2010年第5期引言示波器是电子实验室中经常使用的一种仪器设备,用于各类信号波形的测量和分析。目前这类仪器价格相对昂贵。用虚拟仪器技术只需配置必要的通用数据采集硬件,应用图形化编程语言LabVIEW 的虚拟编程环境,采用模块化设计方法,可以实现虚拟示波器。虚拟示波器与传统的示波器相比,其优点主要体现在:1价格便宜,节省实验经费。2采用图形化编程语言LabVlEW ,软件开发效率高,可操作性和可维

3、护性好。可以通过软件编程形成增加或修改仪器功能。3虚拟示波器具有开放性,能够通过升级采集卡来提高其性能。1虚拟示波器的系统设计数据采集卡是连接计算机与测试对象的桥梁,本虚拟示波器采用MSP-010501数据采集卡,它是基于计算机USB 总线的高性能数据采集,其性能参数如下,输入电压范围:-2.5V2.5V ;通道:最多可支持4路差分或8路单端;ADC 分辨率:12位;ADC 采样率:最大100KHz 。加载自带的DAQ 驱动,通过LabVIEW 软件控制来实现信号的采集、处理和显示,系统软件总体上包括数据采集、波形显示、信号测量及波形存储和回放等四大功能,其结构图如图1所示。基于LabVIEW

4、 的虚拟示波器的设计和实现周瑛(福建师大福清分校电子与信息工程系,福建福清350300图1虚拟示波器结构图第5期周瑛:基于LabVIEW 的虚拟示波器的设计和实现2虚拟示波器的实现本虚拟示波器软件部分采用在LabVlEW8.5环境中编程实现。LabVIEW(实验室虚拟仪器集成环境是NI 公司(美国国家仪器公司的创新软件产品,是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境,使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面,使用图标表示功能模块,使用图标之间的连线表示各模块之间的数据传递。LabVIEW 拥有一整套工具用于采集、分析、显示和存储数据,以及解决用户编写代码过程中可能出现的问题。

5、其提供多种输入控件和显示控件用于创建用户界面,即前面板。输入控件指旋钮、按钮、转盘等输入装置。显示控件指图形、指示灯等输出显示装置。创建用户界面后,可添加各种VI 和结构作为代码,从而控制前面板对象。虚拟示波器前面板如图2所示。这个前面板中包含了波形显示窗口,可以显示实时采样波形;通道控制、触发控制、时基、幅值控制面板可以对数据采集参数进行控制;信号测量面板可以对信号的电压、相位、功率等进行测量;数据处理面板可以对信号进行存储和回放等。完整的虚拟示波器程序框图如图3所示 。图2虚拟示波器前面板图3虚拟示波器完整的程序框图57福建师范大学福清分校学报2010年9月2.1通道选择:通道选择的功能输

6、入通道的选择有三种方式,即A 通道、B 通道和A&B 通道。在此模块中,还可对采样点数进行设置,以达到理想的信号采集效果。2.2触发控制:触发功能代表着对信号的捕捉能力。2.3时基、幅值控制:时基控制、幅值控制是指根据需要调整显示波形的时基、幅值范围,以便更清晰的观看波形。2.4数据处理:在Labview 工作平台下通过自定义的指定路径以文本文件的格式进行保存和读取,该功能主要由函数选板中的位置为编程|文件I/O |写入电子表格文件和读取电子表格文件完成。2.5信号测量:信号测量设计包括电压测量、相位测量和功率测量三部分,此部分设计为辟免要求程序不断监控前面板控件的状态而浪费CPU 的

7、时间,采用用户事件结构来承载用户定义的数据与其他部分的联络,使用事件可以满足用户在前面板的操作与程序框图同时执行的效果,在程序运行过程中点击功率测量、电压测量或相位测量中的一个模块,都会弹出一个新的窗口显示出对应的测量信息。其前面板分别如图4、图5、图6所示。 图4功率测量前面板图5相位测量前面板图图6电压测量前面板3虚拟示波器与传示波器的精度分析本虚拟示波器可测量的频率范围为50KHZ ,电压范围:-2.5V2.5V 。通过信号发生器产生正弦信号分别送入虚拟示波器和传统示波器进行比较。通过测试结果可以看出虚拟示波器和传统示波器在一定的频率和幅值下所测的结果误差相差很小,而且虚拟示波器的误差小

8、于传统示波器。频率与电压精度的比较见表1和表2信号发生器频率(HZ 传统示波器频率(HZ 虚拟示波器频率(HZ 20表1频率比较58第5期从以上数据可以看出,在所选的范围内虚拟示波器完全可以替代传统示波器。4结束语本系统所实现的虚拟示波器功能完善,实用性强,可扩充性好,界面设计简单易懂,维护简单方便,不仅实现了一般通用示波器的功能,而且充分发挥了计算机的强大功能和LabVIEW 在仪器开发方面的灵活性,用户可以根据需要增加仪器的功能以及自己的喜好设计示波器界面。从经济方面考虑,与传统示波器相比,价格便宜,升级和维护费用小,为实验室的建设开辟了一条新的途径,具有很好的参考价值。参考文献:1张桐,

9、陈国顺,王正林.精通LabVIEW 程序设计M.北京:电子工业出版社,2008,277-299.2陈锡辉,张银鸿.LabVIEW8.2程序设计从入门到精通M.北京:清华大学出版社,2007,16-339.3岂光明,周建兴,矫津毅.LabVIEW8.2中文版入门与典型实例M.北京:人民邮电出版社,2008,19-398.4张熙,王晓峰.基于LabVIEW 的虚拟示波器的设计和实现J.电子测试,2007(6:22.5郭艳清,路向阳.基于LabVIEW 的虚拟示波器的设计J.电子工程师,2008(4:06.6刘恩华.基于LabVIEW 的虚拟示波器的设计和实现J.科技创新导报,2008(20:18.

10、Design and Implementation of the Virtual OscilloscopeBased on LabVIEWZHOU Ying(Fuqing Branch of Fujian Normal University,Fuqing,Fujian 350300Abstract:The design and implementation of a virtual oscilloscope based on LabVIEW is introduced in this paper.By using the data acquisition card MSP -010501bas

11、ed on USB interface and the programming through LabVIEW software,the correspondence between the system software and the data acquisition card is implemented.For the implementation of the virtual oscilloscope which is capable of the setting-up,real-time acquisition,processing and displaying of several controlling parameters,the software is designed to be composed of the modules of channel choice and triggering control,time sweep velocity and amplitudes control,waveform display,volta