西安交通大学城市学院本本科科毕毕业业设设计计（论论文文）开开题题报报告告题题 目目 基于 LabView 虚拟示波器的设计 所所在在系系 电 信 系 学生姓名学生姓名 张 春 伟 专专 业业 测控技术与仪器 班班 级级 测控 701 学学 号号 07010297 指导教师指导教师 谢 檬 教教学学服服务务中中心心制制表表2011 年年 3 月月 对对 题题 目目 的的 陈陈 述述1.结合毕业设计（论文）课题的情况，根据查阅的文献资料，撰写 1000 字左右的文献综述：（说明选题意义、国内外研究现状、主要研究内容及技术方法） 1）课题背景： 虚拟仪器是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。虚拟仪器的突出优点在于能够与计算机技术结合，将计算机资源与仪器硬件，数字信号处理技术与不同功能的软件模块结合，组成不同的仪器功能【4】。用户可根据测试的需要，自己设计所需要的仪器系统，即利用数据采集卡及计算机外围硬件进行信号的采集与检测，然后用计算机所编的软件来实现对信号的处理、计算和分析以及对测试结果进行显示。形编程方式，把复杂繁琐、费时的文本编程简化成“画流程图”的方法，与通用的文本编程语言相比，可以节省大约 70一 80的程序开发时间。编程工作是由开发平台本身完成的，省去用户大量的编程工作【6】。图形化软件开发平台只需用鼠标将屏幕上的各个功能图标按一定的顺序连接起来，就能方便迅速地完成程序的编写。该类软件开发平台同时支持与多种总线接口系统的通信连接，提供数据采集、仪器控制、数据分析和数据显示等与虚拟仪器系统相关的多种功能。是面向测试领域的优秀软件开发平台，受到了从事虚拟仪器系统的软件开发的广大工程技术人员的欢迎【2】。因此，这次开发，我们将采用 LABVIEW 开发平台,来进行这次的虚拟示波器的开发。2）选题的意义： 传统示波器是由仪器厂家设定并定义好功能的一个封闭结构，它有特定的输入输出和仪器操作面板，具有波形显示、参数测量等功能。当要实现更多的测量功能时，就要配置更多的仪器，这给用户的使用带来很多不便，并且传统示波器的测量精度比较低，无法满足高精度的测量要求【1】。而且传统的示波器缺乏相应的计算机接口，配合数据采集及数据处理比较困难。此外传统示波器比较庞大，制造成本比较高，这就增加了次测量系统的开发成本【5】。虚拟示波器主要由软件来完成信号的采集、处理和输出。系统软件包括前面板生成、仪器主要功能包括：通道选择、时基幅值控制、滤波器、信号发生器、数据存储与回放等。虚拟示波器系统集成了示波器，信号发生器和频谱分析模块，具有很大的应用价值，主要为：可以加强实验室技术基础建设实验室仪器仪表的现代化水平反映了实验室技术基础，而基于计算机基础的虚拟示波器系统大大地降低了以其成本。3）国内外研究现状：示波器作为电子测量行业最常用的测量仪器之一，在科学研究，科学实验以及现场检测等许多领域都被广泛应用。随着科学研究的不断深入和各种高新技术的不断发展，尤其是虚拟仪器这一新概念测量仪器的诞生，使示波器突破了传统，在功能和作用等方面发生了根本性的变化。目前国内虚拟示波器的品种很多，其与主机的通讯接口一般基于PCI总线，打印机并口，或者是RS232串行总线，他们多具有实际使用上的不便与缺陷。PCI总线虽具有高的传输速度，支持即插即用的功能，但其缺点是插拔麻烦，且扩展槽有限。在许多场合需要外挂式采集系统。相比之下，目前比较流行的USB通用串行总线是解决这一问题的较好途径【3】。4）主要研究内容： （1）通过分析总结，组建基于虚拟仪器的液位控制系统并画出总体结构框图；（2）复习“LabView”软件的使用，深入了解掌握设计虚拟仪器的基本步骤和方法，并寻找建立虚拟示波器系统的最优方案；（3）查阅相关资料，完成虚拟电压表的系统构成和程序设计流程图；（4）根据操作功能要求，设计出兼具灵活性人性化的虚拟操作面板；（5）采用 LabView 图形化框图编写应用程序并调试通过；（6）对系统进行测试和结果分析；2.课题研究的方案设计（方法、手段、功能设计、模块设计） 1）方法、手段：虚拟仪器由通用仪器的硬件平台包括信号调理器、数据采集卡和应用软件两大部分构成。硬件平台完成被测信号调理与信号采集，即获取被测信号。软件平台完成信号的前期处理以及参数测量、频谱分析等功能。被测信号送到信号调理电路，进行隔离、放大、滤波整流后送数据采集卡进行A/D转换，最后由控制软件对测试信号进行数据处理，完成波形显示，参数测量，频谱分析等功能。本系统由输入信号接口及调理模块、控制器、高速A/D转换、触发信号产生、Rs232接口和Pc机组成。输入信号接口及调理模块就是对前级的信号通过调理电路进行滤波、放大或衰减等操作，将信号幅度控制在合适的范围内，以便后级的数据采样。然后把信号送到高速A/D转换器中，对其进行模数转换。再将采集来的信息传到主控器中，最后通过主控器的编程命令将其通过Rs232总线送到Pc机上显示。其中Rs232是双向传输，可将波形编缉后经计算机向系统中输入波形，也可将系统产生的波形传送给具有Rs232接口的外设输入波形数据，供单片机使用，也可连接打印机等外设，对系统所产生的波形进行打印。2）数据采集模块的设计数据采集模块式虚拟示波器软件的核心也是最为关键的一个程序模块，主要完成数据采集的控制，数据的读取及数据的转换。这个模块中应用程序会通过采集卡的驱动程序和硬件进行通信，要发出各种控制字、参量字到仪器中去，同时又要对硬件的工作状态进行判断和处理【7】，其中数据采集卡通过多路开关、A/D转换新片和数据缓存的几个部件将多通道的模拟信号转换成数字信号，然后读取采样值。图1为数据采集模块的程序设计框图。开始幅度调整位移调整速率调整读取数据送入缓存区数据转换显示波形是否停止采样停止采样 并释放资源参数测量结束否图 1 数据采集模块的程序设计3）虚拟示波器功能设计虚拟示波器软件设计采用的NI公司的虚拟仪器开发工具LabVIEW。使用LabVIEW开发平台编制的虚拟仪器程序VI包括3个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，生成模仿传统仪器的控制面板。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，类似传统程序的源代码。连接器是子程序SubVI被其它VI调用的接口。LabVIEW采用的是自上向下的模块化编程方法，所生成的各个子程序有利于主程序的设计与实现。这种设计方法可大大减小虚拟仪器开发的难度，利于仪器开发人员之间的分工协作。本次虚拟示波器的设计将参考传统示波器的功能【4】，并结合虚拟仪器的特点与计算机强大的信息处理能力，在功能上进行扩展，实现波形显示、存储和时域、频域参数自动测量、显示、查询等功能。图2为虚拟示波器的功能框图。信号采集通道选择通道通道B通道A波形显示滤波器数据保存参数测量波形显示数据回放波形显示图2 虚拟示波器功能框图 3.主要进度安排： 起止时间工作内容3 月 1 日至 3 月 15 日查阅相关资料，学习并研究示波器的种类及其应用场合；复习“LabView”软件的使用，掌握设计虚拟仪器的基本步骤和方法；组建系统的结构图，写出开题报告。3 月 16 日至 3 月 25 日根据设计要求，完成虚拟示波器的构成和程序设计流程图。3 月 26 日至 4 月 6 日根据操作功能要求，设计操作虚拟面板。4 月 7 日至 4 月 27 日采用 LabView 图形化框图编写应用程序并调试通过。4 月 28 日至 5 月 10 日测试系统功能，调整产生的信号达到技术指标要求；写出总结。4 月 23 号至 5 月 1 号写出论文。6 月 1 号至 6 月 10 号论文答辩。6 月 15 号 提交毕业设计成绩。4.主要参考文献：1党安荣，王晓栋，等.ERDAS IMAGINE遥感图像处理方法.清华大学出版社，2003.2杨晓明，游晓斌.IKONOS图像纠正的实验研究.北京林业大学学报，2003，25（特刊）.3熊轶群.IKONOS-2卫星影像纠正及精度分析.北京测绘，2004(1).4戎舟.基于 Labview 的虚拟示波器及远程测控,微计算机信息 2004 年第 20卷第 5 期.66-67.5杨乐平,李海涛,杨磊.Labview 程序设计与应用（第 2 版）.北京：电子工业出版社,2006.6蔡建安,陈洁华.基于 Labview 的工程软件应用.重庆大学出版社,2006. 7马双宝.基于 Labview7.0 虚拟信号发生器的实现,微计算机信息.2005 年 01 期.89-90.学生（签名）： 年 月 日 对开题报告的审查意见对开题报告的审查意见指导教师意见（1.对“文献综述”的评语；2.对研究方案的评价和对研究结果的预测）：指导教师（签名）： 年 月 日 专业审查意见：（主要对题目难度、工作量、准备工作、方案设计给出评价）负责人（签名）： 年 月 日 系审批意见：负责人（签名）： 年 月 日