---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(tái)運(yùn)行Windows的PC上，即構(gòu)成一個(gè)功能強(qiáng)大的可存儲(chǔ)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(jì)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(pán)寫(xiě)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(jì)數(shù)器/定時(shí)器。

● 儀器功能。

---本例虛擬數(shù)字示波器具有實(shí)時(shí)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(jìn)入相應(yīng)的子面板。

軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

● 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。

---虛擬數(shù)字示波器軟件設(shè)計(jì)采用了基于C語(yǔ)言的編程環(huán)境LabWindows/CVI。LabWindows/CVI支持?jǐn)?shù)值型、布爾型、文本型和串等數(shù)據(jù)類(lèi)型，而且大優(yōu)點(diǎn)是能夠通過(guò)對(duì)話框形式的交互式操作生成標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)、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(hào)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(duì)實(shí)時(shí)采集的信號(hào)和自行產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)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(duì)實(shí)時(shí)采集的信號(hào)和自行產(chǎn)生的信號(hào)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(duì)實(shí)時(shí)采集的信號(hào)和自行產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)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(gè)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(duì)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(duì)應(yīng)的框架代碼函數(shù)。

● 添加程序代碼。

---上一步自動(dòng)生成的是控件對(duì)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(lái)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，程序通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)采集按鈕的回調(diào)函數(shù)SHOU進(jìn)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(dòng)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(shí)現(xiàn)這里就不一一介紹了。

● 保存項(xiàng)目文件，然后編譯運(yùn)行。

結(jié)論

---本文設(shè)計(jì)的虛擬數(shù)字示波器不僅具有一般臺(tái)式數(shù)字存儲(chǔ)器的功能，而且充分發(fā)揮了微機(jī)強(qiáng)大的功能和軟件設(shè)計(jì)的靈活性，而且此虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)包含了基于多功能DAQ卡的虛擬儀器設(shè)計(jì)的基本思路和方法，用戶可以參照這種方法來(lái)設(shè)計(jì)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(guò)觸發(fā)設(shè)置使用戶可以看到觸發(fā)前的信號(hào)也可以看到觸發(fā)后的信號(hào)。對(duì)于高速信號(hào)的分析，其實(shí)很少去談?dòng)|發(fā)，因?yàn)橥ǔＪ遣东@很長(zhǎng)時(shí)間的波形然后做眼圖和抖動(dòng)分析。觸發(fā)可能對(duì)于低速信號(hào)的測(cè)量應(yīng)用得頻繁些，因?yàn)榈退傩盘?hào)通常會(huì)遇到很怪異的信號(hào)需要通過(guò)觸發(fā)來(lái)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(jìn)行掃描的信號(hào)，一般示波器打開(kāi)都處于自動(dòng)觸發(fā)，像測(cè)連續(xù)的重復(fù)信號(hào)時(shí)，比較方便。但測(cè)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(hào)，比如I2C串口數(shù)據(jù)，進(jìn)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(gè)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(dòng)作之前輸出個(gè)電平，動(dòng)作之后恢復(fù)，把這個(gè)脈沖輸入某通道當(dāng)觸發(fā)信號(hào)（設(shè)置觸發(fā)為NORM方式），此時(shí)采集的那個(gè)通道只有在這個(gè)觸發(fā)位置前后有數(shù)據(jù)穩(wěn)定顯示，不會(huì)跑掉，且觸發(fā)的脈沖對(duì)應(yīng)的采集通道信號(hào)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(cè)信號(hào)同步。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號(hào)超過(guò)由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時(shí)，掃描即被觸發(fā)。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平上升；逆時(shí)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(shí)，觸發(fā)電平自動(dòng)保持在觸發(fā)信號(hào)的幅度之內(nèi)，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的觸發(fā)。當(dāng)信號(hào)波形復(fù)雜，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時(shí)，用釋抑（HoldOff）旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時(shí)間（掃描暫停時(shí)間），能使掃描與波形穩(wěn)定同步。

極性開(kāi)關(guān)用來(lái)選擇觸發(fā)信號(hào)的極性。撥在“+”位置上時(shí)，在信號(hào)增加的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)超過(guò)觸發(fā)電平時(shí)就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-”位置上時(shí)，在信號(hào)減少的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)超過(guò)觸發(fā)電平時(shí)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(hào)的觸發(fā)點(diǎn)。

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審核編輯：湯梓紅