基于LabVIEW的信号示波分析仪的开发

　　引言

　　示波器不仅能直观地看到电信号随时间变化的图形, 而且还能直接观察测量信号的幅度、频率、周期等基本参量, 信号分析仪能完成信号的时域和频域分析, 在医学、生物学、机械工程、地质学和大学实验室中得到了广泛的应用。示波器成为了时域分析最典型的仪器, 也是当前测量领域中, 品种最多、数量最大、最常用的一种仪器, 但示波器和分析仪价格较贵, 其功能固定不能根据需求变化。

　　随着虚拟仪器技术的发展, 人们纷纷提出利用虚拟仪器软件开发建立在通用硬件和计算机技术上的、用于实验室和工程实际的虚拟仪器。为了充分利用虚拟仪器的特点和计算机软件的功能, 我们设计开发了一个虚拟的信号示波分析仪, 该仪器不仅具备一般数字示波器的基本功能, 同时还实现了信号分析仪的一些功能, 以满足一般高等院校的实验和科研要求。

　　1 虚拟仪器与LabVIEW

　　1.1 LabVIEW 的特点

　　LabVIEW 是美国NI(National Instruments)公司推出的一个通用的图形化软件开发环境, 它采用图形化编程代替一般高级语言采用的文本编程来创建应用程序, 是一种基于数据流控制的、适合任何编程任务和具有扩展数据库的通用编程语言。LabVIEW 是一个开放性的环境, 它与测量硬件之间的连接简单, 能很快地完成数据的采集工作, 并能方便地与各种仪器相连; 内置了600 多个分析函数, 能轻松地提取有用信息、进行测量数据分析和信号处理; 而且还具有较强的数据显示、界面设计和数据管理等功能。极大地方便了测试与测量、故障诊断、过程控制和工业自动化等方面的研究工作, 因此在航空航天、通讯、汽车、机械、半导体和生物医学等世界范围的众多领域内得到了广泛的应用。

　　1.2虚拟仪器的简介

　　虚拟仪器(virtual instrument)是基于计算机的仪器, 是利用现有的计算机, 加上通用的硬件和专用的软件组合成的一个测试平台。虚拟仪器的最大特点就是充分发挥计算机的能力,具有强大的数据处理能力, 而且用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器, 各种仪器的差异主要是软件。虚拟仪器是当前测控领域的一个重要发展方向, 而 Lab-VIEW 被认为是标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 编写的程序被称为虚拟仪器VI(Virtual Instruments), 其程序面板是采用图形化的框图形式编程, 简单快捷; 其前面板是交互式用户接口, 相当于真实物理测试仪器的仪器面板, 用户操作方便。目前LabVIEW 成为了开发虚拟仪器的主要软件之一, 在此开发中我们选择LabVIEW 8.0作为信号示波分析仪的开发平台。

　　2 总体设计

　　我们开发的虚拟信号示波分析仪主要是用于对电信号进行数据采集、显示、波形存储和回放、时域和频域分析, 不但具有一般数字示波器的功能, 还具有信号分析仪的基本功能, 以便应用于实验室教学和科研中。该仪器主要由以下几个功能模块组成(图1):