基于LabVIEW的虛擬示波器的設(shè)計(jì)

楊鳳霞 韓 祎

（1.西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089；2.中航工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710089）

1 引言

示波器是常用的電子測試儀器之一，是一種分析和比較信號的綜合性儀器，能在熒光屏上將電壓或電流以時間函數(shù)的形式描繪出來，是電信號的時域測量和顯示儀器。因此，示波器的使用是學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中一個必不可少的項(xiàng)目，然而，由于學(xué)校硬件條件的限制，很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能滿足學(xué)生日常學(xué)習(xí)的需要。所以虛擬實(shí)驗(yàn)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一個必要的、有益的補(bǔ)充，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，較強(qiáng)的針對性，較大的開放性等特點(diǎn)，被越來越多的應(yīng)用在學(xué)校教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中。

LabVIEW作為一種功能強(qiáng)大的圖形化編程軟件，與傳統(tǒng)的編程軟件相比，具有開發(fā)效率更高、對硬件的支持性更好等特點(diǎn)，已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用到各種領(lǐng)域。本文以 LabVIEW為開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)了一個虛擬示波器，期望解決學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的問題，滿足教學(xué)要求，提高教學(xué)質(zhì)量。

2 虛擬示波器的功能設(shè)計(jì)

該示波器的主界面如圖 1所示，在界面的構(gòu)造和風(fēng)格上模擬了雙蹤示波器的面板，實(shí)現(xiàn)了對一些常用的示波器操作和功能的控制。該軟件具有以下操作功能：

（1）實(shí)現(xiàn)雙通道信號顯示。本次設(shè)計(jì)的目的旨在讓學(xué)生學(xué)習(xí)示波器的使用，因此只用兩組仿真信號來替代真實(shí)輸入信號。該軟件可以單獨(dú)顯示A通道（方波信號）和B通道（正弦波信號）的波形，也可以將兩通道波形同時顯示。

（2）實(shí)現(xiàn)垂直增益的調(diào)節(jié)。“垂直增益”旋鈕決定波形在垂直方向上的比例因子，單位是伏/格（V/div），該軟件設(shè)計(jì)中垂直增益設(shè)置5個檔位可調(diào)。

（3）實(shí)現(xiàn)水平時基的調(diào)節(jié)?！八綍r基”旋鈕決定波形在水平方向上的比例因子，單位是伏/格（ms/div），該軟件中水平時基設(shè)置了4個檔位可調(diào)。

（4）實(shí)現(xiàn)波形位置的調(diào)節(jié)。水平位置決定波形在水平方向上的位置，軟件中設(shè)置了一個“水平位置”旋鈕，可以同時調(diào)節(jié)兩通道波形的水平位置。垂直位置決定通道波形在垂直方向上的位置，該軟件各通道波形的位置是獨(dú)立可調(diào)的。

圖1 虛擬示波器前面板

3 軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì)

3.1 雙通道仿真信號模塊的設(shè)計(jì)

雙通道仿真信號模塊的設(shè)計(jì)框圖如圖 2所示，虛擬產(chǎn)生兩組頻率相同的正弦波和方波，其幅值分別為2V和1V，并且各自疊加了 0.1V白噪聲信號。在該軟件中通道的選擇采用Case結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成，通過改變信號的初始值來調(diào)節(jié)信號的水平位置，通過設(shè)置直流疊加量來調(diào)節(jié)信號的垂直位置。

圖2 雙通道仿真信號模塊

3.2 垂直增益功能和水平時基功能的實(shí)現(xiàn)

圖3和圖4分別為垂直增益調(diào)節(jié)和水平時基調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)框圖。兩者均采用屬性節(jié)點(diǎn)功能來設(shè)計(jì)完成。通過改變Waveform Graph的YScale.Range和XScale.Range的屬性值對圖表的坐標(biāo)進(jìn)行改變。

圖3 垂直增益調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)框圖

圖4 水平時基調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)框圖

4 結(jié)論

結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，針對現(xiàn)有方法的不足，本文提出了基于 labVIEW的虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了虛擬示波器的功能，其框圖程序的可讀性較強(qiáng)，界面友好，操作較方便。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)示波器的功能，能清楚直觀地顯示信號波形，真實(shí)地反映雙通道示波器的使用方法。能較好滿足日常教學(xué)需要。

該軟件通過學(xué)生使用情況發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）在實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的情況下，解決提高學(xué)生綜合技能和實(shí)踐技能的問題。

（2）現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容側(cè)重于理論驗(yàn)證和簡單的接插線，所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一樣，將學(xué)生的思維限定在一個很窄的范圍內(nèi)，LabVIEW讓學(xué)生在相同的任務(wù)下完成千變?nèi)f化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在相同的軟件環(huán)境下開發(fā)出千變?nèi)f化的產(chǎn)品，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

（3）良好的可擴(kuò)展性，用戶可以根據(jù)需要，增加系統(tǒng)功能，如對信號的頻譜分析等。

（4）學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)在更好的掌握專業(yè)知識的同時，學(xué)習(xí)了和自己專業(yè)密切相關(guān)的虛擬儀器技術(shù)，成為學(xué)生的一技之長，有利于提高學(xué)生的就業(yè)競爭力和工作后的影響力。

但是在本設(shè)計(jì)中功能還比較單一，應(yīng)增加更多的內(nèi)容，比如測量、頻譜分析以及波形的存儲及回放等，這些都需要在以后的應(yīng)用中不斷的去完善。

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