虛擬示波器與模擬波形發生器的仿真研究

李宗蓮 青海省西寧市世紀職業技術學校

關鍵字：波形發生器仿真 虛擬儀器 示波器 圖形化編程 Multisim Protel LabVIEW

一、本設計共有如下七部分組成:

（一）電源部分：設計為雙電源，為電路提供電源；

（二）正弦波電路部分：利用振蕩電路產生周期性正弦波，采用集成運算放大器；

（三）方波電路部分：采用集成運算放大器構成比較器；

（四）三角波電路部分：采用積分電路將訪波轉換成三角波；

（五）放大電路部分：對三角波的輸出幅值進行放大；

（六）數據采集部分：采用數據采集卡將正弦波、方波、三角波的波形數據采集；

（七）虛擬示波器：采用labVIEW 軟件在電腦上自制一個虛擬示波器，通過端口連接將數據采集卡采集到的數據及波形顯示在屏幕上。

二、本文設計過程：

本文是利用Multisim 軟件設計電路，設計了可以產生正弦波、方波、三角波三種波形的波形發生器的電路，三種波形的幅值及頻率均連續可調。依據已確定的電路圖利用Protel 軟件制作PCB 板，使用雙氧水腐蝕電路板，之后將所有元件按電路圖焊接到加工好的電路板上，波形發生器制作完畢之后，進行測試。

為了更方便的對焊接好的波形發生器進行數據采集，性能測試。本文利用LabVIEW 圖形化編程軟件設計了一個虛擬示波器. 一套完整的虛擬儀器系統的結構一般來說分為四層： 一、測試管理層 ； 二、應用（程序）開發層 ；三、儀器驅動層；四、I/O 總線驅動層。

根據設計的要求，利用LabVIEW軟件系統設計虛擬雙蹤示波器，分為如下九部分：

1.采集卡驅動接口模塊；2.每一通道的測試模塊（將測試模塊放在這里是為了測試方便，這里采到的信號是沒有經過任何處理的信號，直接連接測試模塊就可以得到兩個通道最大值、最小值等參數。但這樣做也是有弊端的，如對于比較大或特別小的信號，不進行預處理直接測量有時是不能實現的，需要加預處理模塊，在顯示結果時再將測量數據修正。但這個過程比較復雜，不符合本文簡易的要求，因此本文將測試模塊直接加在采集卡后。）；3.測量結果顯示模塊；4.對兩通道信號進行Y 軸增益的模塊；5.通道選擇模塊；6.波形存儲模塊；7.存儲波形顯示模塊；8.顯示模塊參數調整模塊；9.波形顯示模塊。在程序設計面板中利用While 循環將用戶界面操作核心部分以及設計中的九大部分有機的結合起來如程序框圖，在循環里包括了事件的處理結構，以完成界面操作響應工作。波形顯示器端的波形數據在事件結構的某一個事件Case 中被讀取，通過事件結構右邊框輸出隧道流出，然后在適當的組合之后被繪制在Graph 中，同時波形數據被傳遞給下一次的循環中。而事件結構中的其他事件都僅僅把波形數據和選取框曲線數據原封不動地傳送出事件結構。在主程序街面上的“運行控制”按鈕的事件Case 向事件結構外的While 循環條件端子輸入True 值，停止循環運行，其他事件Case 不連接任何布爾值，這樣在事件結構的邊框上的輸出隧道彈出快捷菜單，選擇Use Default If Unwired 使得這些事件都使用布爾類型的默認值False,這些事件運行完成之后自動進入下一次的循環。

釋放資源和退出部分是控制程序退出代碼，在推出事件結構和循環結構之后，余下的工作是使用代表整個得VISA 會話過程的VISA Resource Name 參數調用VISA Close 函數來關閉VISA 會話和儀器資源。

此虛擬示波器能完成顯示任意雙蹤波形，可以選擇通道，可以分別顯示兩蹤的最大值、峰峰值、有效值、頻率值，且具有存儲功能，還可以選擇存儲路徑的雙蹤示波器。利用這個虛擬示波器通過數據采集卡對焊接好的波形發生器進行數據采集，性能測試，如圖（1）所示虛擬示波器波形采集實物圖。切實有效的利用計算機和儀器的緊密結合，使測試更加方便、快捷、準確。利用設計的虛擬雙蹤示波器對自制的波形發生器進行了數據的采集。

（1）虛擬示波器波形采集實物圖

三、結論

本論文在這方面作了一個新的嘗試，將Multisim 、LabVIEW、Protel 三種軟件成功的應用在波形發生器的設計、制作和測量系統之中，并通過采集數據的方式，獲得實驗驗證。