虚拟仪器课程设计--虚拟数字示波器

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1、 1 虚拟仪器技术课程设计任务书虚拟仪器技术课程设计任务书 一、一、 设计目的设计目的 1 培养学生综合运用虚拟仪器技术相关知识解决实际问题的能力。 2 培养学生正确的设计思想、严谨的工作作风及处理工程技术问题的独立工作 能力。 3 让学生熟练掌握 LabVIEW 软件平台及其程序设计方法。 4 学习写技术文件的方法。 二、二、 仪器设备仪器设备 1、 信号发生器 2、 PCI6023 数据采集卡 3、 LabVIEW 7.0 Express 软件 4、 PC 机 三、三、 设计内容设计内容 利用 LabVIEW 7.0 Express 软件及相应的虚拟仪器硬件平台开发一个简易的 虚拟数字示波

2、器，要求该示波器具有数据采集、信号显示、数据存贮及回放等功 能。 四、四、 设计说明书要求设计说明书要求 1 阐明设计思想并画出硬件接口设计图。 2 编写 LabVIEW 应用程序。 3 系统总调试。 4 存在问题和改进设想。 2 设计设计 虚拟数字示波器虚拟数字示波器 一、电子示波器的工作原理一、电子示波器的工作原理 电子示波器的核心部件是阴极射线示波管(CRT)。示波管主要由电子枪、偏转系统和荧 光屏三部分组成。电子枪产生电子束，经聚焦后高速打在荧光屏上，使得相应的部位产生荧 光，偏转系统形成的电场，控制电子束打在荧光屏上的位置。涂有磷光物质的荧光屏就像画 图的纸，电子枪产生的电子束就像是

3、一支画笔，垂直偏转和水平偏转系统就像握笔的手，在 荧光屏上真实、直观地描绘出一幅幅生动的波形图。电子示波器的工作原理如图 1 所示。 图 1 电子示波器工作原理 在不加任何偏转电压的情况下，电子枪产生的电子束将打在圆形荧光屏的中央位置， 形成一个聚焦的光点。在 X 轴偏转板 X1、X2 上施加电压时，水平电场将使光点在水平方 向左、右运动；在 Y 轴偏转板 Y1、Y2 上施加电压时，垂直电场将使光点在垂直方向上、 下运动；如果 X 轴偏转板和 Y 轴偏转板上同时施加电压，则光点沿 X 方向和 Y 方向合成运 动的方向偏转，如图 1-1(b)所示，光点显示的最终位置和 X、Y 方向的电场力大小有

4、关，即 22 zxy。如，设sin ym uUt，cos xm uUt，示波管 X 方向和 Y 方向的偏转 灵敏度分别为 Sx 和 Sy，假设 Sx=Sy=1，则 22 sincos mmm zUtUtU，这说 明光点运动的轨迹是半径为 Um 的圆，以上的分析即为电子示波器的作为 X-Y 显示仪使用 个工作原理。如果只是要显示 Y 轴输入信号 Uy 的波形，则应该在 X 轴放大器输入由示波 器内部产生的随时间 t 线形变化的电压（常用锯齿波电压） ，此电压也称为“扫描电压”这 种方式也叫做“扫描”工作方式，是电子示波器最大量使用的工作方式。其原理如图 2 所 示。 在图 2 中 Y 方向施加正

5、弦波电压，X 方向施加锯齿波电压，假如二者周期相等，则根据 合成运动的分析， 荧光屏上将显示出如图 2 所示的一个完整周期的正弦波形。 并且由于锯齿 波重复出现， 所以正弦波的第 2 个周期、 第 3 个周期将重叠显示在荧光屏上相同的位置， 形成稳定的波形。 如果 Y 方向无任何电压，只在 X 方向施加锯齿波电压，则将显示出一条水平线，称之为 “扫描线”或“基时线” 。因为锯齿波的电压和时间成线形关系，而光点在水平方向的偏 转距离又和电压成线形关系， 所以水平方向的偏转距离就和时间成线形关系， 这就是说在水 平方向的单位距离将代表某一个单位时间，这就是“时间基准”的概念。有了时间基准就相 当于

6、有了一把时间尺，可以用它去测量被测波形的上升、下降时间、周期时间等参数。 3 图 2 波形显示原理 二、虚拟仪器技术概述二、虚拟仪器技术概述 1 什么是虚拟仪器 微机化仪器发展到 20 世纪 80 年代末，出现了虚拟仪器（virtual instrument, VI） ，它的 出现标志着电子测量技术发展到一个崭新的阶段。 虚拟仪器往往以通用计算机为主要的硬件 平台，利用 I/O 接口设备完成测控对象被测信号的采集和控制，而对于信号的测试功能、分 析处理功能以及输出显示功能等则由计算机软件来实现。 “软件就是仪器”的说法是对虚拟 仪器的最好注解。 虚拟仪器的“虚拟”主要包含两方面的含义： 1） 虚拟仪器的面板是虚拟的：虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的 各种 “器件” 所完成的功能是相同的。 如由各种开关、 按键等实现仪器电源的 “通” 、“断” ； 测量结果的“数值显示” 、 “波形显示”等。 2） 虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的：在以计算机为核心组成的硬件平台支 持下， 通过软件编程来实现仪器的测试功能，