---虛擬數(shù)字示波器由一塊PXI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡和相應(yīng)的軟件組成。將它們安裝在一臺運行Windows的PC上，即構(gòu)成一個功能強大的可存儲數(shù)字示波器。數(shù)字示波器的前面板如圖1所示。

● 數(shù)據(jù)采集卡

---設(shè)計中所采用的是NI公司生產(chǎn)的多功能數(shù)據(jù)采集卡PXI-6670E，其主要功能如下：

---64路單端/32路差分模擬輸入；12位精度；1.25MSPS采樣速度；1.25MSPS磁盤寫入速度；±0.05～±10V輸入范圍；兩路12位模擬輸出；8條數(shù)字I/O線；兩路24位計數(shù)器/定時器。

● 儀器功能。

---本例虛擬數(shù)字示波器具有實時數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、加窗處理和濾波等功能。在虛擬數(shù)字示波器主面板上有數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、加窗處理、濾波功能等功能鍵，按相應(yīng)的功能鍵就可進入相應(yīng)的子面板。

軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

● 軟件開發(fā)環(huán)境。

---虛擬數(shù)字示波器軟件設(shè)計采用了基于C語言的編程環(huán)境LabWindows/CVI。LabWindows/CVI支持數(shù)值型、布爾型、文本型和串等數(shù)據(jù)類型，而且大優(yōu)點是能夠通過對話框形式的交互式操作生成標(biāo)準C程序代碼。另外LabWindows/CVI提供了非常豐富的調(diào)試工具,包括單步執(zhí)行、斷點、變量查看、監(jiān)視窗口等，這些功能使程序的調(diào)試變 得更為容易。

● 主要功能模塊。

---虛擬數(shù)字示波器主要由軟件控制完成信號的采集和顯示處理，功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

---在數(shù)據(jù)采集面板中主要完成以下功能：設(shè)置通道、設(shè)置采樣頻率、設(shè)置產(chǎn)生方式、顯示波形等，其軟面板如圖3所示。

---在數(shù)據(jù)采集面板中主要完成以下功能：對實時采集的信號和自行產(chǎn)生的信號進行頻譜分析，查看譜線等功能，其軟面板如圖4所示。

---加窗處理面板對實時采集的信號和自行產(chǎn)生的信號加窗處理(包括海明窗、漢明窗、平滑窗和布拉克曼窗等)，其軟面板如圖5所示。

---在濾波處理面板中包括以下功能：對實時采集的信號和自行產(chǎn)生的信號進行濾波處理(包括單步濾波法、多步濾波法和傳統(tǒng)方法等)，其軟面板如圖6所示。

● 源程序文件的生成。

---當(dāng)完成面板各個控件的設(shè)置后，就可以產(chǎn)生程序的代碼函數(shù)了。具體方法為：把已完成的面板定為當(dāng)前響應(yīng)狀態(tài)，在[Code]菜單中，選中[Generate]中的[All Code]，在彈出的對話框中選定函數(shù)主面板和退出函數(shù)，就能產(chǎn)生與用戶接口文件相對應(yīng)的框架代碼函數(shù)。

● 添加程序代碼。

---上一步自動生成的是控件對應(yīng)的函數(shù)的框架，要使控件完成一定的功能，必須添加程序代碼來控制控件。其中main()函數(shù)是程序的入口，它的功能是初始化程序，裝載用戶面板并顯示，如要完成其他功能須添加代碼。以下這段代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，程序通過調(diào)用數(shù)據(jù)采集按鈕的回調(diào)函數(shù)SHOU進行外部采集。

int CVICALLBACK SHOW(int panel,int control,int event,void *callbackData,int eventData1,int eventData2)

{

int NumChan;/*定義所用通道*/

double ActScanRate;/*定義采樣速率*/

switch (event)

{

case EVENT_COMMIT:

nidaqAICreateTask(“daq::1!(0)”, kNidaqWaveformCapture, &NumChan,&AiTask);/*創(chuàng)建采樣任務(wù)*/

nidaqAIConfigScanClockRate(AiTask,400000,&ActScanRate); /*設(shè)置采樣速率*/

nidaqAIConfigBuffer(AiTask,1000,kNidaqFinite);/*設(shè)置采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)*/

nidaqAIStart(AiTask);/*啟動采樣*/

nidaqAIRead(AiTask,“daq::1!(0)”,1000,-1.0,wave);/*讀取采樣數(shù)據(jù)*/

nidaqAIStop(AiTask);/*結(jié)束采樣*/

DeleteGraphPlot(EEpanel,EEPANEL_WAVEGRAPH, -1,VAL_IMMEDIATE_DRA);/*刪除顯示的波形*/

PlotY(EEpanel, EEPANEL_WAVEGRAPH, wave, 1000, VAL_DOUBLE, VAL_THIN_LINE, VAL_EMPTY_SQUARE, VAL_SOLID, 1, VAL_YELLOW); /*顯示波形*/

break;

}

return 0;

}

---限于篇幅，其他功能模塊的實現(xiàn)這里就不一一介紹了。

● 保存項目文件，然后編譯運行。

結(jié)論

---本文設(shè)計的虛擬數(shù)字示波器不僅具有一般臺式數(shù)字存儲器的功能，而且充分發(fā)揮了微機強大的功能和軟件設(shè)計的靈活性，而且此虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計包含了基于多功能DAQ卡的虛擬儀器設(shè)計的基本思路和方法，用戶可以參照這種方法來設(shè)計其他虛擬儀器。

數(shù)字示波器觸發(fā)電平選擇方法

觸發(fā)是數(shù)字示波器區(qū)別于模擬示波器的最大特征之一。數(shù)字示波器的觸發(fā)功能非常地豐富，通過觸發(fā)設(shè)置使用戶可以看到觸發(fā)前的信號也可以看到觸發(fā)后的信號。對于高速信號的分析，其實很少去談觸發(fā)，因為通常是捕獲很長時間的波形然后做眼圖和抖動分析。觸發(fā)可能對于低速信號的測量應(yīng)用得頻繁些，因為低速信號通常會遇到很怪異的信號需要通過觸發(fā)來隔離。

示波器上的觸發(fā)電平：

直觀講，觸發(fā)電平是使示波器進行掃描的信號，一般示波器打開都處于自動觸發(fā)，像測連續(xù)的重復(fù)信號時，比較方便。但測一些特定位置的數(shù)據(jù)，就需要精確觸發(fā)了。觸發(fā)電平格式又分為上升沿、下降沿、還有一些其它信號，比如I2C串口數(shù)據(jù)，進行精確觸發(fā)，這是利用數(shù)據(jù)特征觸發(fā)的。還有就是使用外觸發(fā)，可以選擇一個其它通道當(dāng)外觸發(fā)通道。比如你調(diào)試MCU，可編程使某IO在特定動作之前輸出個電平，動作之后恢復(fù)，把這個脈沖輸入某通道當(dāng)觸發(fā)信號（設(shè)置觸發(fā)為NORM方式），此時采集的那個通道只有在這個觸發(fā)位置前后有數(shù)據(jù)穩(wěn)定顯示，不會跑掉，且觸發(fā)的脈沖對應(yīng)的采集通道信號部分就是需要觀察的精確范圍，便于分析。

觸發(fā)電平選擇方法：

觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié)，它使得掃描與被測信號同步。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時，掃描即被觸發(fā)。順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平上升；逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平下降。當(dāng)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時，觸發(fā)電平自動保持在觸發(fā)信號的幅度之內(nèi)，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個穩(wěn)定的觸發(fā)。當(dāng)信號波形復(fù)雜，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時，用釋抑（HoldOff）旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時間（掃描暫停時間），能使掃描與波形穩(wěn)定同步。

極性開關(guān)用來選擇觸發(fā)信號的極性。撥在“+”位置上時，在信號增加的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-”位置上時，在信號減少的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點。

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審核編輯：湯梓紅