第一次实验报告

南京邮电大学自动化学院实验报告实验名称：虚拟示波器课程名称：测控技术与仪器专业综合实验所在专业：测控技术与仪器学生姓名：董鸿祥班级学号：B12050523任课教师：戎舟2014/2015学年第二学期实验地点：教5-214实验学时：4题目：基于ELVIS实验平台的虚拟示波器系统摘要：实现了一种基于虚拟仪器开发的虚拟示波器系统。该系统利用ELVIS实验平台实现电压信号的模拟输出通过ELVIS实验平台进行模拟信号的采集,并采用图形化的编程语言LabVIEW对信号进行采集处理,测量和显示。实验调试结果表明该系统能对模拟电压信号可进行示波器显示和测量，通过充分利用虚拟仪器的运算、存储和显示功能,在降低仪器成本的同时,使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高。实验目的理解示波器的工作原理，掌握虚拟示波器的设计方法。理解数据采集的原理，掌握数据采集卡的连接，测试和编程。掌握较复杂的虚拟仪器的设计思想和方法，用LabVIEW实现虚拟示波器。二、实验内容1.数据采集用ELVIS实验平台，采用DAQmx编程，通过数据采集卡对数据进行采集，并进行参数的设置。示波器界面设计设置运行及停止按钮：按运行时，示波器工作；按停止时，示波器停止工作。设置图形显示区：可显示两路通道，并可进行图形的上下左右平移，图形的纵向放大与缩小，图形的横向扩展与压缩。设置示波器的显示模式：分为单通道模式，多通道模式，运算模式。设置测量功能：可自动测量信号的频率，周期，幅值，上升时间，占空比登参数。整体结构和界面自行设计。三、实验设备（1）计算机1台（2）elvis数据采集平台1台四、实验硬件原理系统功能介绍系统结构ELVIS数据采集平台计算机（Labview）模拟信号输出模拟信号采集图1系统结构图模块介绍（1）、数据采集模块1.ELVIS实验平台和数据采集卡NIELVIS把硬件和软件组成一套完整的实验室设备，图1.1为NIELVIS实物图。原型实验板提供易于操作的旋钮给可变功率代能源供应系统和函数发生器，并提供方便的连接和功能的BNC接头形式和香蕉式连接器连接到函数发生器，示波器和数字万用表仪器。在模型板上提供了正负15V和正负5V的电源。可以利用这些电压连接需多常见电路。当模型板电源打开后，若有任何功率指示灯没有亮，检查连接设备的短路现象。关闭模型板的电源。图2NIELVIS数据采集平台模拟信号输入对于不同的模拟信号，接入到数据采集卡进行模数转换，需要采用不同的接线方式。对于接地信号和浮地信号，不同的接线方式将带来不同的测量效果。为了得到正确的测量结果，需要使用正确的连线方式。确定正确连线方式的步骤分为两步：第一步：要确定信号源种类第二步：选择测量系统提供的合适的终端模式NI数据采集卡提供了三种不同的终端模式：差分模式：在一个差分测量系统中，仪器放大的任何一个输入都不是以系统的作为参考的，AIGND引脚以及放大器本身是以系统的作为参考的，但两个输入端均不以地作为参考。当我们使用查分方式时，对于一个输入信号需要使用两个模拟输入通道，于是整个可用通道数就减半了，对于一个I6通道的数据采集设备，处于差分模式下的时候，能采集八路输入信号了。差分模式可以使得放大器有效地抑制共模电压，以及任何与信号混杂在一起的共模形式噪声，有效提高测量质量。参考单端模式（RSE）:一个参考单端测量系统以系统地作为参考，信号源的负端是被连接到AIGND上的，也就是说他是被连接到系统上的。这种连接的方式使得我们在测量时，对于每个信号只需要使用一个模拟输入通道，所以，一个16通道的数据采集设备在使用RSE模式时，可以测量16路信号。如果我们想要在模拟输入通道10上测量一个信号，那么只要将信号的正端连接到ACH10上。此外，卡上提供了许多AIGND引脚来防止由于输入连线搭接所造成的信号间串扰。尽管RSE的连接模式能够保证通道数的使用效率，但是他无法抑制共模电压。在某些应用当中，过大的共模电压会造成测量误差甚至毁坏设备。非参考单端模式（NRSE）:NI的数据采集板卡上提供了一种不同于RSE参考单端的模式，我们称它为NRSE,非参考单端模式，在NRSE模式下，所有的测量同RSE相类似都参考同一个参考点，但与RSE模式不同的是该参考点的电压值可以调整和变化。信号的负端被连接到AISENSE引脚上，而AISENSE并不是以地作为参考的。于是AISENSE的电压时浮地的。与RSE模式相类的是，NRSE模式最大程度的保留了可用的模拟通道数，但同样无法抑制共模电压。数据采集编程数据采集编程使用DAQmx底层VI进行数据采集，下面依次介绍各个底层DAQmxVI的详细介绍。创建虚拟通道函数通过给出所需的目标通道名称以及物理通道连接，用来在程序中创建一个通道。在MAX当中创建通道时运行的相同的设置在这个函数中均会得到设置。当程序要经常更换物理通道连接设置而非其他诸如中端配置或自定义缩放设置的时候，这个创建虚拟通道VI就非常有用了。物理通道下拉菜单被用来制定DAQ板卡的设备号以及实际连接信号的物理通道。通道属性节点是创建通道函数的功能扩展，允许在程序当中动态改变虚拟通道的设置。定时设定VIDAQ定时VI配置了任务，通道的采样定时以及采样模式，并在必要时自动创建相应的缓冲。DAQmx触发设定VIDAQmx触发设定VI配置了任务，通道的触发设置。这个多态VI的实例包括了触发类型的设置，同样的我们会使用触发属性节点来配置更多高级的触发设置。DAQmx读取VIDAQ读取VI从特定的任务或者通道当中读取数据，这个VI的多态实例会指出VI所返回的数据类型，包括一次读取一个单点采样还是读取多点采样，以及从单通道读取还是次那个多通道中读取器相应的属性节点可以设置偏置波形属性以及获取当前可用采样数等数据。图3模拟信号的连续采集连续采集的流程图如图1.2所示，首先创建虚拟通道，设置缓冲大小，设置定时，开始任务，开始读取。由于我们是连续采集信号，于是我们需要连续的读取采集到的信号。因此将DAQmx读取VI放在循环当中，一旦有错误发生或者用户在前面板上手动停止采集时，程序会跳出while循环。之后使用DAQmx停止任务来释放相应的资源并进行简单错误处理。程序中数据采集模块采用参考单端模式。一个参考单端测量系统是一系统地作为参考，信号源的负端是被连接到AIGND上的，这种连接的方式每个信号只需要使用一个模拟输入通道，所以，一个16通道的数据采集设备在使用RSE模式时，可以测量16路信号。本系统设计是双通道同步采集，两个信号端分别接ACH00和ACH0，编程控制数据采集设备进行采集。（2）、信号测量模块程序中采用单频测量函数可以测量输入信号的频率、幅值和相位，采用信号的时间与瞬态特性测量函数可以测量输入信号的周期、占空比。单频测量函数和信号的时间与瞬态特性测量函数均在右键-信号处理-波形测量中。（3）、波形显示模块程序中采用Graph显示采集到的波形，并通过属性节点对Graph的横纵坐标进行修改设定，以达到对显示的波形进行横纵坐标的平移以及放大的要求。具体步骤为（以横坐标为例），将横坐标的最大值和最小值同时加上一个数值，即可实现显示的信号在横坐标上的左右平移，将横坐标的最大值和最小值之间的差值（即在Graph图表上显示的横坐标的长度）乘以一个数值，即可实现显示的信号在横坐标上的放大和缩小。五、软件程序（1）程序流程图。AI数据采集AI数据采集坐标调整（放大缩小）信号测量（幅值频率周期占空比）波形显示清屏图4系统程序流程图Labview程序框图（1）、前面板设计图5系统前面板（2）、数据采集模块编程图6数据采集模块（3）、信号测量模块图7信号测量模块（4）、波形调理模块图8波形左右平移模块实验数据及结果分析（1）、正弦波单通道显示图9单通道显示（2）、正弦波和三角波双通道显示图10双通道测量（3）、信号的测量频率和幅值等信息的显示图11信号测量（4）信号的左右平移、上下平移以及横纵坐标的放大和缩小。图12信号左右平移个上下平移（5）虚拟示波器信号运算模式，选择加法运算图13运算模式中加法运算（6）虚拟示波器信号运算模式，选择减法运算。