基于LabVIEW的虚拟示波器

基于LabVIEW的多通道虚拟示波器

一、虚拟示波器概况

虚拟示波器是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器技术（VI）就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。

二、虚拟示波器功能设计

本示波器设计了两个通道，可以直接显示输入信号单频测量和统计；还带有13种滤波器对每个通道进行单独滤波，每种滤波器均可由用户配置，可以进行单频测量和统计；滤波后的信号显示有波形图显示和频谱显示，波形可叠加、卷积；可保存原始波形文件，读取保存的文件并进行滤波测量等功能。
1.示波器流程图

2.信号输入

两通道信号输入，通过基本函数发生器加高斯白噪声或均匀白噪声生成模拟信号输入。

该信号输入可以根据需要，改成数据采集、串口通信等方式获取输入信号。

通过使用写入测量文件Express VI ，将输入的信号以lvm文件格式保存下来。保存路径和保存哪段信号均由用户操作控制。

通过使用读取测量文件Express VI ，将保存的lvm文件读出，并可进行后续滤波等操作。当读取文件结束时，EOF信号将为1，将其取反为0，写入条件结构分支选择器的“值”属性节点，将条件结构的执行分支改为假，即为上述仿真信号输入。需要再次读取文件时，则需先将重置信号按下，再按读取文件按钮。
3.滤波器

本示波器共有13种滤波器可供选择，每种滤波器的参数均可由用户进行配置。


这里由于篇幅有限，就不一一列举滤波器程序框图了。


LabVIEW提供各种滤波器vi，很方便调用。

4.原始信号显示

图：原始信号前面板

两通道的信号通过合并信号接在同一个波形图中，使波形图可同时显示两种波形信号。

对输入信号进行失真测量。

计算信号的算术平均值、标准差、最大值、最小值等，测量幅值、相位、频率等。
5.滤波后信号显示

通过FFT快速傅氏变换，将信号转化为幅度响应和相位响应。
6.波形叠加和卷积


波形叠加直接用加法即可实现两信号相加。

卷积需要同时输入两种信号，所以在条件结构分支选择器加了“and”逻辑运算符，只有当两通道的按钮都按下，并且开启了卷积开关才能进行卷积。
三、虚拟示波器前面板设计

图3.1 前面板整体视图

本示波器界面长宽为1200*708，接近16:9的界面。通过使用选项卡将界面整合分区，使界面更整洁、美观。

图3.2 两信号输入界面对比

通过给选项卡添加不同的背景，用来明显区分通道1与通道2的不同，方便用户辨识。

图3.3 滤波器前面板设计

通过枚举控件与选项卡控件的连接，实现了当用户选择了滤波类型后，自动跳转到对应选项卡去配置参数。将众多配置输入控件区分、整理到一个选项卡中，大大缩小了前面板使用面积，也方便用户操作。

图3.4 枚举控件与选项卡程序框图

图3.5 波形图X、Y轴范围调整

使用波形图的属性节点，通过输入控件，调节波形图的X、Y轴范围。其中Y轴的范围使用了一个输入控件，通过“取负数”同时控制了Y轴的最大值和最小值，这样可使波形图的X轴始终在图形中央，Y轴两端一起变化。实现了图形的放大和缩小。

四、虚拟示波器运用
本示波器可以实现多通道输入、滤波、测量；波形存储、波形读取；频谱分析、波形叠加等功能。可找出每种波形较适合的滤波器。

五、不足与思考
本示波器的测量值是一直跳动的，不好读数，只能读停下来的那一刻的值。之后考虑加一个异常值提醒，当检测到值超出允许范围就自动提取保存下来，方便分析。
重新读取文件需要先按重置按钮再按打开文件按钮，这样并不方便用户使用，需要考虑一个更便捷的方式。
整体界面设计还需要更多美化，白色的地方太多。