虛擬數字示波器的實現與設計
2013-02-19
虛擬儀器是９０年代提出的新概念。虛擬儀器技術的提出與發展，標志著二十一世紀自動測試與電子測量儀器領域技術發展的一個重要方向。所謂虛擬儀器，就是在通用的計算機平臺上定義和設計儀器的測試功能，使用者操作這臺計算機，就象是在使用一臺專門設計的電子儀器。
虛擬儀器技術目前在國外發展很快，以美國國家儀器公司（NI公司）為代表的一批廠商已經在市場上推出了基于虛擬儀器技術而設計的商品化儀器產品。數字示波器是在科學研究和工程設計中廣泛應用的一種通用儀器。下面結合一個虛擬數字示波器的設計開發具體介紹虛擬儀器的基本組成和基于圖形化編程語言LabVIEW的虛擬儀器編程方法與實現技術。
１ 虛擬示波器的結構與組成
本虛擬數字示波器主要由一塊PCI總線的多功能數據采集卡和相應的軟件組成。將它們安裝在一臺運行Windows95/98/NT的PC機上（建議配置在PENTIUMⅡ／233以上），即構成一個功能強大的可存儲數字示波器。該數字示波器操作與顯示主面板如圖1所示。
1.1 數據采集卡
PCI總線傳輸速率高?數據吞吐量大?是今后數據采集板卡設計的主流。本設計采用的PCI－1200數據采集卡是一塊性價比較好的產品，支持DMA方式和雙緩沖區模式，保證了實時信號不間斷采集與存儲。它支持單極和雙極性模擬信號輸入，信號輸入范圍分別為－5～＋5V和0～10V。提供16路單端／8路差動模擬輸入通道、2路獨立的DA輸出通道、24線的TTL型數字I／O、3個16位的定時計數器等多種功能。這些功能使得我們不僅可以用該卡設計虛擬示波器，也可以設計虛擬函數發生器或虛擬計數器，做到一卡多用。當然，限于經費條件，我們選擇的PCI－1200卡的采樣速率只能達到100kS／s，對實際示波器而言，這遠不能滿足信號帶寬的要求。目前市場上采樣速率達200MS／s的PCI數據采集卡已有成熟產品，技術上實現高帶寬的虛擬示波器不存在問題。實際測量時輸入信號通過BNC接頭從輸入端子進入數據采集卡進行采集。
1.2 儀器功能
本虛擬數字示波器設計參考了HP公司的雙通道臺式數字存儲示波器HP54603B的功能，并在儀器分析和處理功能上有所擴展。儀器主要功能包括：雙通道信號輸入、觸發控制、通道控制、時基控制、波形顯示、參數自動測量、頻譜分析、波形存儲和回放等。本虛擬數字示波器還提供網絡接口，允許通過TCP／IP協議實現網絡儀器共享或遠程控制。表1是本虛擬數字示波器與HP54603B的功能對照表。
由表1可以看出，除了由于經費原因使得所選數據采集卡采樣速率低于HP54603B外，本虛擬示波器在顯示、測量、分析、存儲和外部連接等方面的功能都不低于甚至高于HP54603Bhttp://www.kafenchem.com/
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