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虚拟示波器的设计与实现

邱文涛  
【摘要】:随着各种高新集成技术的快速发展,传统仪器的功能局限、价格昂贵、更新周期长等不足变得愈发明显,虚拟仪器由于其扩展性强、开发周期短、性能高等优势,已经逐渐被人们所接受。虚拟仪器主要是由硬件和软件两部分组成,本文以面向对象的Visual Basic6.0为软件平台,高速数据采集卡及计算机为硬件平台,开发设计了一种多功能的虚拟示波器。该示波器实现了传统示波器的基本功能,增加了对信号的直接数据存储读取功能,同时具有界面友好、操作简单、可扩展性强、成本低等优点。文章首先阐述了课题的研究背景、意义、虚拟仪器的概念以及国内外的研究进展。通过对比传统示波器与虚拟示波器的原理,对虚拟示波器的技术指标与采集技术进行了研究。其次,详细叙述了虚拟示波器的总体设计方案:硬件设计部分主要是通过对比五种虚拟仪器的构成方式,选择了数据传输速度较快且成本相对较低的PC-DAQ插卡式模式,同时选择了PCIe9801数据采集卡作为采集硬件;软件系统由操作系统、驱动程序和应用软件组成。操作系统选用Windows XP,驱动程序由采集卡生产厂商提供,应用软件则是在Visual Basic提供的良好开发环境中编写完成;功能框架部分是整个虚拟示波器的“骨骼”,介绍了示波器的软件模块构成。接着,重点叙述了虚拟示波器各个模块的软件算法,软件由六个模块所组成:数据采集模块、快速傅里叶变化(FFT)模块、数据存储读取模块、频域波形显示模块、时域波形显示模块以及参数处理显示模块。最后,设计了三组对比实验,选取了正弦波、三角波和方波三种信号分别对传统示波器Tektronix TDS1002和虚拟示波器进行性能测试。实验表明,虚拟示波器与Tektronix TDS1002传统示波器的时域与频域波形变化基本一致,因此本文所设计的虚拟示波器软件系统可以应用于后续的测控测试仪器的研究当中。


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