基于LabVIEW的虚拟模电实验系统.rar

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    基于 LabVIEW 虚拟 实验 系统
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    科技学院 2011 届本科毕业论文基于 LabVIEW 的虚拟模电实验系统——虚拟示波器设计专 业: 电子信息工程 指导教师: 屠葵葵 学生姓名: 卢巨龙 学生学号: 072004110491 中国﹒贵州﹒贵阳贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页2011 年 5 月贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 I 页目录摘要 ...............................................................IVAbstract ...........................................................V第一章 绪论 ........................................................11.1 问题的提出 .................................................11.2 示波器的概述与发展 .........................................21.2.1 示波器概述 ............................................21.2.2 示波器的发展 ..........................................21.3 虚拟仪器概述与发展 .........................................31.3.1 虚拟仪器概述 ..........................................31.3.2 虚拟仪器的发展 ........................................51.4 本课题研究内容 .............................................61.5 本课题的研究意义 ...........................................7第二章 虚拟示波器的总体设计方案 ....................................82.1 硬件设计 ...................................................82.1.1 数据采集卡的选择 ......................................82.2 软件设计 ..................................................112.2.1 编程语言选择 .........................................112.2.2 NI 驱动软件的选择 ....................................122.2.3 虚拟示波器功能设计 ...................................13第三章 LabVIEW 软件介绍 ...........................................153.1 LabVIEW 程序组成 ...........................................153.2 LabVIEW 编程模板 ...........................................163.2.1 工具选板 .............................................163.2.2 控件选板 .............................................163.2.3 函数选板 .............................................17第四章 程序设计 ...................................................184.1 数据采集模块 ..............................................18贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页4.1.1 虚拟采集模块 .........................................194.1.2 通道选择 .............................................194.2 波形显示模块 ..............................................204.2.1 波形图 ...............................................204.2.2 时基控制和幅值控制旋钮 ...............................214.3 滤波模块 ..................................................224.3.1 滤波器 ...............................................224.4 参数测量模块 ..............................................234.4.1 幅值和电平测量 .......................................234.4.2 时间与瞬态特性测量 ...................................244.4.3 频谱测量 .............................................254.5 数据存储模块 ..............................................274.5.1 写入测量文件 .........................................274.6 数据回放模块 ..............................................284.6.1 读取测量文件 .........................................284.7 虚拟示波器前面板 ..........................................304.8 虚拟示波器程序框图 ........................................31第五章 系统测试 ...................................................325.1 虚拟示波器的主要功能 ......................................325.2 虚拟示波器的性能指标 ......................................325.3 数据采集和波形显示模块测试 ................................325.4 时基控制旋钮测试 ..........................................345.5 幅值控制旋钮测试 ..........................................345.6 参数测量模块测试 ..........................................355.7 数据存储模块测试 ..........................................365.8 数据回放模块测试 ..........................................385.9 系统测试结果 ..............................................39第六章 结论与展望 .................................................40参考文献 ...........................................................41贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页致谢 ...............................................................42贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页基于 LabVIEW 的虚拟模电实验系统——虚拟示波器设计摘要虚拟仪器技术是最近二十年发展的一项新技术,其核心思想是“软件就是仪器” 。虚拟仪器利用 PC 强大的数据处理能力,由用户根据软件定义的界面来操作计算机,完成对被测信号的采集、分析、处理、判断及显示等一系列功能,从而实现仪器的功能。示波器是在科学研究和高等院校中应用广泛的一种通用仪器。目前研制一种能够满足高等院校科研和教学要求的示波器是非常必要的。虚拟示波器是虚拟仪器技术的一种具体应用。该虚拟仪器基于计算机平台,将虚拟仪器硬件和软件紧密结合,实现比传统仪器更强大的功能。本文介绍了示波器和虚拟仪器的原理与发展。在此基础上,提出了基于LabVIEW 的虚拟示波器设计方案。本虚拟仪器系统由数据采集、数据分析和结果输出显示三个主要功能部分组成。本文介绍了虚拟示波器各模块功能,并给出了具体的设计方法和测试结果。关键词:LabVIEW;虚拟示波器 贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 V 页LabVIEW virtual model based on experimental system power——Design of Virtual OscilloscopeAbstractThe virtual instrument technology is a new technology which developed in recent twenty years .The core idea of virtual instruments is “The software is the instrument“. The virtual instrument utilizes the PC's strong data processing ability, operates the computer according to the interface that the software defined, completes a series of function of the signal collecting, analyzing, processing, judging and display, and realizes the function of the instrument.Oscilloscope is a kind of general instrument extensively used in science research and Universities. It is very necessary to develop a kind of oscilloscope to meet the requirement of scientific research and teaching in universities. The virtual oscilloscope is a kind of application of VI technology. This VI is based on computer. It combines the virtual instrument's hardware with software close to realize the stronger function than traditional instrument. This thesis introduced the principle and the development of the oscilloscope and virtual instrument. On this basis, this thesis puts forward the design of the virtual oscilloscope scheme based on LabVIEW. The virtual oscilloscope system includes three main function parts. They are data acquisition, data analysis and output display. This thesis presents a virtual oscilloscope for the function of the module, and gives a specific design methods and text results.Key words:LabVIEW,virtual oscilloscope贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页第一章 绪论1.1 问题的提出传统的电子测量仪器和测试系统由信号采集、数据处理与分析、信号输出与显示三部分组成,这三部分都用硬件来实现。传统仪器经历了从模拟仪器到数字化仪器的变革,随着科学技术的不断发展,测试项目日益增多,测量范围日渐扩大,使得用户对测试系统在精度、测试速度等方面有了更高的要求,相应仪器的加工和制造难度也随之增加。虚拟仪器技术突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式,将日益普及的计算机技术与传统的仪器仪表技术结合起来,使用户利用计算机、软件和极少的必需硬件,就可在屏幕上虚拟出与传统仪器相似的显示面板,使用者通过鼠标和键盘操纵面板上的虚拟按钮、开关、旋钮来实现传统仪器的各种功能操作,通过面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯来了解仪器的状态读取或打印测量结果,方便灵活地完成对被测试测量的采集、分析、判断、显示及数据存储等任务 [1] 。示波器作为一种基础的测试仪器,被广泛应用在高等院校的物理实验中心、电工电子实验中心和信息类专业实验室等实验室中。目前,各高校所使用的示波器的状况不尽相同,但总体来看,目前高校实验室在示波器的使用中存在如下问题:(1)没有标准的校准仪。示波器作为一台定量观测的仪器,实验室很难判断示波器的准确指标,仅凭借普通函数做一些简单的测试,示波器的校准工作不能正常展开。高校示波器校准工作的严重缺失,造成了示波器不能准确测量数据,从而影响教学和科研。(2)很多高校在基础实验室购买了大量低档的数字存储示波器,但实验过程并不需要数据的存储,而此类示波器在观测波形方面又不如模拟示波器,因此造成了很多不必要的麻烦。(3)很多购买高档数字存储示波器的实验室由于各种原因,仪器的许多高级功能没有充分发挥作用,仅仅被当作低档的数字存储示波器甚至模拟示波器来使用,造成了资金的严重浪费。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页1.2 示波器的概述与发展1.2.1 示波器概述示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的光点。在被测信号的作用下,电子束就好像一支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器所做的任何测量,都是归结为对电压的测量。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等。普通示波器由五个基本组成部分:显示电路、垂直(Y 轴)放大电路、水平(X 轴)放大电路、扫描与同步电路、电源供给电路。普通示波器的原理功能方框图下图 1.1 所示:图 1.1 示波器的原理功能方框图1.2.2 示波器的发展示波器的发展经历了从第一代模拟实时示波器 ART(Analog Real Time)、第二代数字存储示波器 DSO(Digital Storage Oscilloscopes)和第三代数字荧光示波器 DPO(Digital Phosphor Oscilloscopes)等阶段 [2] 。根据三代示波器的优缺点的比较分析我们可以得出如下结论:(1)模拟实时示波器 ART(Analog Real Time)贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页优点:对实时信号变化有直接的视觉效果;亮度等级明显(信号出现的频率);没有量化误差和信号混迭;非常快的波形获取率;单一的用户界面;价格低廉。缺点:存在着纯粹的视觉信息;闪烁和漏失;带宽性有限;只有边沿触发;无法观察触发事件之前的信息;对低重复信号写速有限。(2)数字存储示波器 DSO(Digital Storage Oscilloscopes)优点:捕获罕见的异常事件;先进的触发功能;显示触发事件之前的信息;去除噪声;具有更准确的时基;信号处理/自动测量;传输 /拷贝/储存波形。缺点:波形捕获率有限;采集数据不足,信号在显示时易混迭;二维显示时不能标明事件发生的频率;没有亮度等级(信息出现的分布);价格较模拟示波器高。(3)数字荧光示波器 DPO(Digital Phosphor Oscilloscopes)优点:轴上全带宽;波形捕获率快;先进的触发功能;预触发显示;信号处理;传输/ 拷贝/储存波形;比模拟示波器有更准确的时基;有信息相对于时间的分布;波形有亮度等级的实时显示;实时显示三维信息。由于 DPO 的数据采集和显示体系分别独立运行,使得示波器能够在处理显示所需数据的同时,保持最高波形捕获速率,这意味着示波器能不间断地捕捉波形的所有细节。缺点:价格昂贵 [2]1.3 虚拟仪器概述与发展1.3.1 虚拟仪器概述从概念上讲,虚拟仪器是将计算机作为硬件平台的核心,由用户设计和自定义仪器的功能,具有虚拟的操作面板,由软件实现测试功能的一种计算机仪器系统。虚拟仪器利用计算机显示器来模拟传统仪器的控制面板,以多种形式表达输出结果,利用计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理,利用 1/O 接口设备完成信号的各种输入输出操作等。
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