基于Labview2013的多通道虛擬示波器的設(shè)計與實現(xiàn)

劉軼倫　蔡文炎　葉良苗

摘 要：介紹基于LABVIEW的多通道虛擬示波器的設(shè)計，通過LABVIEW的程序?qū)崿F(xiàn)示波器的數(shù)據(jù)采集、任意波形及其疊加的顯示、參數(shù)（幅值、頻率等）的測量、數(shù)據(jù)儲存和讀取等功能。與傳統(tǒng)示波器相比使用便捷，使用Labview只需要PC及相應(yīng)程序即可完成對波形的測量。經(jīng)實驗證明該示波器運行可靠，運行結(jié)果基本正確。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；Labview；示波器

引言

虛擬儀器（Virtual Instrument，簡稱VI）[1-2]是現(xiàn)代儀器技術(shù)和計算機技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是當今計算機輔助測試重要技術(shù)；虛擬儀器的概念，是美國國家儀器公司（National Instruments Corp，簡稱NI）于1986年提出的，現(xiàn)在NI公司的LabVIEW是最具有影響的開發(fā)軟件之一；世界各國的虛擬儀器公司在近年來已經(jīng)開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，以便使用者利用這些儀器公司提供的開發(fā)平臺軟件來組建自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并對軟件進行編制或者測試，很多國家已經(jīng)把虛擬實驗室廣泛的應(yīng)用到各種實驗和教學(xué)活動中，在美國，虛擬儀器圖形化編程語言已作為各大理工院校學(xué)生的一門必修課程。

虛擬儀器硬件只是把信號輸入到計算機，而儀器的全部功能都是通過軟件實現(xiàn)的，這一點使得虛擬儀器功能的實現(xiàn)相比于傳統(tǒng)儀器要簡單得多，用戶要想增加一項功能，只需要為軟件添加一個功能模塊便可以實現(xiàn)，而不需要改變硬件結(jié)構(gòu)和整個大的程序架構(gòu)。因此，虛擬儀器的創(chuàng)新也比較容易實現(xiàn)。

示波器[3-5]是電子信號測量行業(yè)最常用儀器之一，要用來測量并顯示被測信號的參數(shù)和波形，在科學(xué)研究、科學(xué)實驗及現(xiàn)場檢測等許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)示波器一般只有一到二個通道，基于labVIEW多通道示波器，可以設(shè)置多個通道，可實現(xiàn)對多組信號的同時采集和分析；儀器功能、界面和參數(shù)設(shè)置可以根據(jù)用戶的需求進行改善。

1 多通道虛擬示波器的結(jié)構(gòu)

本虛擬示波器由軟件發(fā)生自定義的虛擬波形，用四個通道對其分別進行采集并分別顯示，能夠測量每個波形的峰峰值，頻率，相位，不同通道的相位差，還可以對其進行任意的疊加，以及將其同時顯示在一個面板上，并可以儲存并讀取部分波形數(shù)據(jù)。

1.1 信號來源

本虛擬示波器有兩種信號來源，能夠選擇軟件產(chǎn)生的信號或者硬件讀取的信號軟件產(chǎn)生信號，軟件信號由波形發(fā)生控件接收來自數(shù)據(jù)輸入控件的偏移量，頻率，幅值，用一個整型數(shù)據(jù)輸入控件控制CASE結(jié)構(gòu)中信號的種類，有正弦波，方波，鋸齒波，信號來源末端連接一個選擇結(jié)構(gòu)控制該通道是否開啟，若關(guān)閉，輸出直流信號。

1.2 數(shù)據(jù)測量及分析

將產(chǎn)生的波形連入幅值和電平測量控件和提取單頻信息控件，來測量波形的峰峰值，頻率，相位并將相位用兩個case結(jié)構(gòu)進行選擇以達成自由測算任意兩組波形數(shù)據(jù)相位差的功能。

1.3 波形顯示部分

波形顯示部分主要分為四個部分：四個單獨示波器，用于顯示每個通道發(fā)生的波形；疊加波形示波器，用于顯示四個通道波形產(chǎn)生的疊加波形可任意選擇通道的波形或者相應(yīng)的反向波形；多個波形示波器用于將四個波形同時顯示于一個面板上，波形讀取示波器。前面板如圖1所示。

單獨示波器可自動調(diào)節(jié)Y軸，通過調(diào)節(jié)旋鈕自由調(diào)節(jié)X軸或者開啟開關(guān)使波形呈現(xiàn)為完整一個周期，多個波形示波器可調(diào)節(jié)XY軸與任意一個單獨示波器相同，疊加波形示波器可自動調(diào)節(jié)Y軸以及自由調(diào)節(jié)X軸。單獨示波器XY軸調(diào)節(jié)將頻率的倒數(shù)輸入X軸以實現(xiàn)顯示一個波形完整周期，關(guān)閉自動調(diào)節(jié)開關(guān)，將倒數(shù)乘以旋鈕產(chǎn)生的浮點型數(shù)值以自由拉伸X軸，為了防止頻率為0使程序出錯，設(shè)置一個IF結(jié)構(gòu)判斷頻率是否為0，為零則輸出1以避免X倒數(shù)計算出錯。多個波形顯示XY軸調(diào)節(jié)框圖，將四個單獨示波器的XY數(shù)值放在一個CASE結(jié)構(gòu)中用旋鈕輸出兩個整型數(shù)據(jù)以控制CASE結(jié)構(gòu)使其選擇對應(yīng)XY軸。

1.4 波形疊加示波器

疊加波形示波器，運用八個選擇結(jié)構(gòu)控制波形的選擇性疊加及其反向，開關(guān)關(guān)閉用直流電模擬關(guān)閉，用X的相反數(shù)計算來達成波形反向，疊加后的波形可對其進行峰峰值及均方根的測量均方根可用于測定正弦波的疊加有效值。

1.5 波形的存儲及讀取

本示波器可將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為靜態(tài)二維數(shù)組選擇或者創(chuàng)建路徑存儲在電腦硬盤中，由一個開關(guān)控制儲存的發(fā)生儲存成功將顯示儲存成功對話框；由一個開關(guān)控制讀取的發(fā)生，將文件轉(zhuǎn)化為靜態(tài)數(shù)組，由于是以靜態(tài)數(shù)組方式存儲，因此無法還原波的頻率，默認存儲1s內(nèi)的波形并讀取。

2 結(jié)束語

基于LABVIEW多通道示波器主要是軟件部分，后期還可適當添加硬件，軟件通過LABVIEW編制數(shù)據(jù)采集程序。通過數(shù)據(jù)采集卡將外界信號采集到計算機中，或者由程序產(chǎn)生內(nèi)部信號，通過LABVIEW程序?qū)λ杉盘柣蛘邇?nèi)部信號進行分析處理，程序前面板上設(shè)有各個功能模塊按鈕，當按下相應(yīng)按鈕時，即可調(diào)用該子程序，通過鍵盤和鼠標實現(xiàn)對虛擬示波器的控制，基本可以完成傳統(tǒng)示波器的功能，也能夠完成傳統(tǒng)示波器無法做到的功能。通過LABVIEW的程序?qū)崿F(xiàn)示波器的數(shù)據(jù)采集、任意波形及其疊加的顯示、參數(shù)（幅值、頻率等）的測量、數(shù)據(jù)儲存和讀取等功能。與傳統(tǒng)示波器相比使用便捷，只需要PC及相應(yīng)程序即可完成對波形的測量。

LABVIEW的使用相較別的開發(fā)程序也更為便捷，功能較為完善，程序更加智能大大減少了開發(fā)的時間。

參考文獻

[1]楊忠仁，饒程，鄒建，等.基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2004，27（2）：32-35.

[2]吳敏，張成遷，唐曉平，等.基于DP105高速數(shù)據(jù)采集卡的虛擬示波器設(shè)計[J].科技信息，2008，22：71-72.

[3]張立學(xué).基于LabVIEW的虛擬數(shù)字示波器設(shè)計[J].長沙大學(xué)學(xué)報， 2008（5）：66-69.

[4]姚錫林.一種基于虛擬儀器概念的數(shù)字示波器的實現(xiàn)方法[J].南京郵電學(xué)院學(xué)報，2004（6）：6-10.

[5]王莉，楊鵬.基于LabVIEW的虛擬示波器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].實驗室研究與探索，2010，29（1）：62-64.