基于LabVIEW的数字存储示波器设计

文章编号：1006-1576（2008）01-0077-03

基于LabVIEW的数字存储示波器设计

何小河，欧剑

（绵阳职业技术学院 信息工程系，四川 绵阳 621000）

摘要：应用LabVIEW图形化编程软件，配备数据采集卡LabJackU12组建一台基于计算机的数字存储示波虚拟仪器。该虚拟仪器由电信号、数据采集模块及计算机编程软件组成，其画板图包括控件和指示器，而框图则由控件端子、节点、连线和指示器端子组成。虚拟仪器通过离散傅里叶变换、周期信号有效值计算、两种同频率信号的相位差计算、频率的测定完成运行。

关键词：虚拟仪器；数字示波器；数据采集模块 中图分类号：TP333 文献标识码：A

Design of Digital Storage Oscillograph Based on LabVIEW

HE Xiao-he, OU Jian

(Dept. of Information Engineering, Mianyang Vocational Technology College, Mianyang 621000, China)

Abstract: Use LabVIEW image programming software and data collection card LabJackU12 to construct a virtual oscillograph, which is based on digital storage and comprised a computer. The virtual instrument consists of electronic signal, data collection module and computer programming software. Its palette includes control component and indicator, its frame image consists of control end, node, linkage and indicator end. The virtual instrument realizes running through dispersed Fourier conversion, cycle signal virtual value calculation, two same frequency signal phasic difference calculation and frequency measuration.

Keywords: Virtual instruments; Digital storage oscillograph; Data acquisition module

0 引言

目前虚拟仪器是以通用计算机（含LabVIEW软件）为操作平台，以模块化功能硬件为桥梁的测控系统。在虚拟仪器系统中，软件用于实现硬件的管理和仪器功能的实现，是整个仪器的核心。故应用LabVIEW图形化编程软件，配备数据采集卡LabJackU12组建一台基于计算机的数字存储示波虚拟仪器，实现测试测量功能。

2 数字存储示波虚拟仪器结构

(1) 电信号。依数据采集模块的功能要求，对电压信号进行采样，当电信号频率低于4kHz时，才能复现待测信号。对单端输入，电信号的幅值范围在-10V～+10V。对差分输入，可利用数据采集卡的可编程放大器功能，扩大待测信号的电压范围。

1 数据采集模块功能

LabJackU12是基于USB的多功能数据采集和控制设备。提供8路单端或4路差分模拟输入端，分辨率为12位。差分输入利用可编程放大器的低噪音精度，提供增益G=1、2、4、5、8、10、16、20。2路模拟输出端，分辨率为10位。20路数字I/O口和4kBRAM缓存。能实现单路或多路硬件实时数据采集。当用硬件实时数据采集时，可选择：① 触发方式，从1～4路模拟输入端采集数据，采样速率高达8kS/s；② 数据流方式，采样速率高达1.2kS/s。当用软件采集数据时，以命令/应答方式，从4路或8路模拟通道同时采集数据，平均每通道采样频率高达50kS/或25kS/s。

图1 数字示波器结构

(2) 数据采集模块。该模块LabJackU12包括硬件和驱动软件。硬件由模拟输入和输出端、数字I/O端、计数器、八路模拟开关、程控放大器、采样/保持器、A/D转换器、缓存器、定时和逻辑控制器等组成。驱动软件由图形化编程软件和20多个VI程序组成，其功能包括模拟触发和数据流采集。

(3) 计算机编程软件。构建虚拟仪器重在计算机内编程，开发虚拟仪器的编程语言有：① 基于文本编程语言。目前普遍流行Visual Basic和Visual C++；② 图形化编程语言。例如LabVIEW和LabWindows/CVI、HP公司的VEE。通过比较筛选，LabVIEW是开发虚拟仪器最高效的软件。因此，

收稿日期：2007-10-10；修回日期：2007-12-13 作者简介：何小河（1970-），男，绵阳职业技术学院讲师，从事电子与通信专业的教研研究。

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利用LabVIEW设计数字存储示波虚拟仪器。

3 测试原理

(1) 离散傅里叶变换（DFT）。设模拟信号xi (t) （i=0, 1, 2,…, 7）经A/D转换为有限长序列xi (nT)＝xi(n)。N为采样值，T为采样周期。离散傅里叶

nk

,k=0,",N 1，变换对如下：Xi(k)=∑xi(n)WN

n=0N 1

WN=e jNxi(n)=

2π

1

N

N 1k=0

∑X

i

(k)W

nKN。

(2) 周期信号有效值计算。设周期信号x(t)＝Asin( t+φ)，经数据采集模块采样后得到数字信号x(n)＝Asin(ωn+φ)。其中，φ为初相位。自相关函数

∧1N 1Φ(m)=∑x(n)x(n+m)。当m＝0时，估计：

Nn=0

2、4）。巴特沃思滤波器的参数设置：滤波器阶数和最低截至频率控件。原信号时频控件与滤波后时频控件用于开启4路信号的选择按钮。电压/格与时间基旋转按钮能调节时域波形图的Y和X坐标范围。周期信号参数值由该值按钮控制其实时显示。保存数据路径控件能选择用于存储波形数据路径。保存按钮可保存各通路的时域和频域波形数据。布尔控件用来停止数字存储示波器虚拟仪器的运行。

(2) 指示器。波形图分别显示信号时域特性和频域特性。周期信号的有效值、频率及两种周期信号的相位差均以字符串指示器得以显示。布尔指示器（过电压指示）用于指示采样信号电压是否越限。

1N 12A2

Φ(0)=∑x(n)=[sin2( )+"+sin2(ω(N 1)+ )]

Nn=0NA2N1A2

[ (cos2 +"+cos2(ω(N 1)+ )]≈=周N222

∧

期信号有效值A0=

2

A=2

Φ(0)。

图2 数字存储示波器前面板

∧

4.2 框图程序设计

源程序是可执行代码，由控件端子、节点、连线和指示器端子组成。依模块化设计思想，把数字存储示波虚拟仪器分成6个功能子模块，如图3。

(3) 两种同频率信号的相位差计算。设两周期信号是：x(t)＝A1sin( t+φ1)、y(t)＝A2sin( t+φ2)，相应的数字信号为：x(n)＝A1sin(ωn+φ1)、y(n)＝A2sin(ωn+φ2)。φ1、φ2为初相位。互相关函数估计：

Φxy(m)=

∧

∧1N 1AA

两信∑x(n)y(n+m)、Φxy(0)≈12cos( 2 1)。

Nn=02

∧∧

Φx(0)Φy(0) 。

∧

Φxy(0) =()arccos号相位差：21

N 1n=0

nk

(4) 频率测定。X(k)=∑x(n)WN,k=0,",N 1；

图3 数字存储示波器功能模块

X(k0)=max{X(0), X(1),…,X(N-1)}。待测频率：fx=(f/N) k0=(k0/N) f，N为采样数，f为采样频率。

5 数字存储示波器与传统仪器的比较

表1 数字示波虚拟仪器与HP54603B功能比较

4 数字示波器软件设计

4.1 面板图设计

(1) 控件。采集模块参数初始化控件，采集模块ID号，有选择地使用多个数据采集模块。采集方式选择为菜单控件，有触发和数据流采集方式。扫描速率根据采集的通道数在0～8kS/s范围内选择，扫描数值菜单控件共有6个值：128、256、512、1024、2048、4096。模拟输入通道选择簇控件包括通道号（单极性和双极性12种）选择，差分增益（G=1、2、4、5、8、10、16、20）和通道数目（1、

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由表1可见，数据采样频率低于HP54603B，测量参数没有HP54603B多。但数字存储示波器的性价比，可 …… 此处隐藏：3281字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……