基于LabVIEW 8.6的多功能分析儀

李旭東，薛 玲

(四川大學電氣信息學院，四川成都610065)

虛擬儀器是以通用計算機作為系統控制器、由軟件來實現人機交互和大部分儀器功能的計算機儀器系統。虛擬儀器的操作和測量結果的顯示是以虛擬面板的形式借助于計算機顯示來顯示的，而且數據的傳送、分析、處理等都是由計算機軟件來完成［1］。由于傳統儀器不利于標準化，而且系統穩定性及主要實現的功能遠不如虛擬儀器，因此虛擬儀器已逐步取代傳統儀器。USB接口通信，即插即用，其便利性與通用性是任何總線接口無法實現的，本儀器就采用基于LabVIEW 8.6的多功能人析儀這種接口［2］。

1 系統的程序流程圖

該多功能測試儀配合PC，實現雙通道200 MHz實時采樣，外加0～30 MHz的信號源。包括前面板、后面板。其中后面板：DCIN——12 V 直流輸入，POWER——電源開關和LED指示，USB——USB2.0接口。前面板：CH1，CH2——雙通道同步數字示波器的輸入，Vin——調幅信號輸入，Vout——DDS信號源輸出，其外形如圖1所示。

圖1 多功能分析儀外形

該系統主要包括數字示波器、頻譜分析儀、信號源和掃頻儀4個設備以及調用歷史記錄和保存當前記錄以及精度校正等功能組成。數據采集器與PC機相連接后主要遵循如圖2所示的流程開始測量。

圖2 多功能分析儀系統流程圖

2 系統的主要結構和組成

該多功能分析儀主要由信號采集結構、數據處理分析顯示結構和數據儲存結構所組成。

2.1 信號采集結構

信號采集結構是后續的信號處理模塊的必要結構。該模塊主要由傳感器、探頭和采集設備組成，由數據采集硬件進行信號采集，信號采集分為3部分：初始化采集卡配置、信號采集、釋放采集卡。數據采集模塊實現雙通道200 MHz實時采樣，外加0～30 MHz的信號源，兩個同步模擬測量通道，支持多種多重觸發方式，垂直分辨力為8位，是基于計算機USB總線的高速數據采集儀器，能實現連續、高速數據的采集。可接受多種信號的采集分析，如視頻信號、音頻信號、傳感器信號等［3］。

數據采集器的初始化程序是正確調試的基礎條件。該采集模塊的初始化程序是應用在動態鏈接庫(dll)調用函數來完成的，其程序如圖3所示。

圖3 數據初始化程序方框圖

2.2 數據處理分析顯示結構

該結構將把采集到的信號進行判斷、運算、放大、轉換為電壓信號，最后將信號轉換為波形信號，以直觀的圖形模式輸出到面板上，本模塊功能主要實現數字示波器、頻譜分析儀、信號源以及掃頻儀的功能。

1)數字示波器：主要實現的功能是用于各種簡單、復雜、單次和周期信號的測量、記錄、存儲、分析。主要程序如圖4所示。

2)頻譜分析儀：主要用于了解所分析信號的多種詳細信息，本功能主要通過函數變換來實現的，當被測信號滿足一定的函數關系或滿足某種積分的線性組合時可以把時域和頻域信號有效地聯系起來，根據此特性可以分析出被測信號所描述的詳細信息，頻譜分析采用按時間抽取FFT算法［4］，然后將幅值頻譜分析結果在用戶界面上以坐標曲線形式顯示，完成頻域信號分析。可實現的頻譜分析控制包括：(1)Windows選擇，提供了9種頻譜分析窗口;(2)Log/Linear選擇，提供了2種坐標顯示模式;(3)Display Unit選擇，提供了8種單位，其主要程序如圖5所示。

圖4 數字示波器程序方框圖

圖5 頻譜分析儀程序方框圖

3)信號源：主要用于給特定的信號源進行模擬仿真，該模塊可以產生三角波、矩形波、鋸齒波以及調用以前存儲的波形［5］，每種波形的頻率、幅度、相位均可連續調節。

4)掃頻儀：掃描儀程序如圖6所示。

圖6 掃描儀程序方框圖

2.3 數據存儲結構

該結構具有信號波的存儲功能，可以把采集到的信號方便地存儲在自定義文件中，又可方便地讀取信號波。

3 系統說明

該系統主要包括數字示波器、頻譜分析儀、信號源和掃頻儀4個設備以及調用歷史記錄和保存當前記錄以及精度校正等功能組成。數據采集器與PC機相連接后主要遵循如下流程開始測量：啟動軟件，用戶登錄，選擇軟件測量功能，選擇通道，開始測量，調整測量參數，是否保存波形，結束測量。主操作面板如圖7所示。

圖7 主操作面板(截圖)

4 結語

該虛擬多功能測試儀適用于各類模擬信號的測量、器件通信協議分析、單片機/嵌入式系統開發、教育以及職業培訓等領域［6］。可以觀測以下信號類型：1)模擬類如RF高頻信號、視頻信號、音頻信號、工業傳感器信號、可見光信號、低壓電源開發;2)數字類，如單片機I/O時序、總線時序。

該多功能測試儀比普通模擬示波器功能更加強大多樣［7］，結構更加簡潔小巧，方便攜帶，適用于各種電子產品設備的研發、維修、測試等領域，同時也非常適合應用于教育以及職業培訓中，比如信號與處理實驗室、EDA實驗室、單片機實驗室等;多功能、易升級、可有效方便地使用，并有助于控制總體成本，支持用戶進行二次開發(MATLAB，LabVIEW，VC，VB)［8］。該儀器是利用最先進的SMD技術制造，以減少內部布線的數量和縮短印刷電路板銅箔路線，大大提升了高頻率的性能及產品信賴度［9］。

［1］包敬民，齊新社，馬剛.基于LabVIEW 8.2的虛擬頻譜分析儀的設計［J］.現代電子技術，2007(22)：200-202.

［2］周永強，姚振和.虛擬儀器數據采集系統的研制［J］.長江科學院院報，1999(2)：43-46.

［3］劉陽.虛擬儀器的現狀及發展趨勢［J］.電子技術應用，1996(4)：4-5.

［4］路林吉，饒家明.虛擬儀器講座第三講面向儀器與測控過程的圖形化開發平臺——LabVIEW［J］.電子技術，2000，27(3)：46-48.

［5］Cypress Semiconductor Corporation.EZ-USB FX2 manual technical reference version 2.1［EB/OL］.［2012-01-13］.http：//www.docin.com/p-172689089.html.

［6］Cypress Semiconductor Corporation.CY7C68013 EZ-USB FX2TM USB microcontroller high-speed USB peripheral controller［EB/OL］.［2012-01-13］.http：//www.digchip.com/datasheets/parts/datasheet/115/CY7C68013.php.

［7］張毅.虛擬儀器技術分析與應用［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［8］楊樂平，李海濤.Labview程序設計與應用［M］.北京：電子工業出版社，2001.

［9］侯國屏，葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設計［M］.北京：清華大學出版社，2004.