虚拟数字示波器介绍

---虚拟数字示波器由一块PXI总线的多功能数据采集卡和相应的软件组成。将它们安装在一台运行Windows的PC上，即构成一个功能强大的可存储数字示波器。数字示波器的前面板如图1所示。

● 数据采集卡

---设计中所采用的是NI公司生产的多功能数据采集卡PXI-6670E，其主要功能如下：

---64路单端/32路差分模拟输入；12位精度；1.25MSPS采样速度；1.25MSPS磁盘写入速度；±0.05～±10V输入范围；两路12位模拟输出；8条数字I/O线；两路24位计数器/定时器。

什么是虚拟数字示波器

● 仪器功能。

---本例虚拟数字示波器具有实时数据采集、频谱分析、加窗处理和滤波等功能。在虚拟数字示波器主面板上有数据采集、频谱分析、加窗处理、滤波功能等功能键，按相应的功能键就可进入相应的子面板。

软件的设计与实现

● 软件开发环境。

---虚拟数字示波器软件设计采用了基于C语言的编程环境LabWindows/CVI。LabWindows/CVI支持数值型、布尔型、文本型和串等数据类型，而且大优点是能够通过对话框形式的交互式操作生成标准C程序代码。另外LabWindows/CVI提供了非常丰富的调试工具,包括单步执行、断点、变量查看、监视窗口等，这些功能使程序的调试变 得更为容易。

● 主要功能模块。

---虚拟数字示波器主要由软件控制完成信号的采集和显示处理，功能结构框图如图2所示。

---在数据采集面板中主要完成以下功能：设置通道、设置采样频率、设置产生方式、显示波形等，其软面板如图3所示。

---在数据采集面板中主要完成以下功能：对实时采集的信号和自行产生的信号进行频谱分析，查看谱线等功能，其软面板如图4所示。

---加窗处理面板对实时采集的信号和自行产生的信号加窗处理(包括海明窗、汉明窗、平滑窗和布拉克曼窗等)，其软面板如图5所示。

---在滤波处理面板中包括以下功能：对实时采集的信号和自行产生的信号进行滤波处理(包括单步滤波法、多步滤波法和传统方法等)，其软面板如图6所示。

● 源程序文件的生成。

---当完成面板各个控件的设置后，就可以产生程序的代码函数了。具体方法为：把已完成的面板定为当前响应状态，在[Code]菜单中，选中[Generate]中的[All Code]，在弹出的对话框中选定函数主面板和退出函数，就能产生与用户接口文件相对应的框架代码函数。

● 添加程序代码。

---上一步自动生成的是控件对应的函数的框架，要使控件完成一定的功能，必须添加程序代码来控制控件。其中main()函数是程序的入口，它的功能是初始化程序，装载用户面板并显示，如要完成其他功能须添加代码。以下这段代码实现数据采集功能，程序通过调用数据采集按钮的回调函数SHOU进行外部采集。

int CVICALLBACK SHOW(int panel,int control,int event,void *callbackData,int eventData1,int eventData2)

int NumChan;/*定义所用通道*/

double ActScanRate;/*定义采样速率*/

switch (event)

case EVENT_COMMIT:

nidaqAICreateTask(“daq::1!(0)”, kNidaqWaveformCapture, &NumChan,&AiTask);/*创建采样任务*/

nidaqAIConfigScanClockRate(AiTask,400000,&ActScanRate); /*设置采样速率*/

nidaqAIConfigBuffer(AiTask,1000,kNidaqFinite);/*设置采样数据缓冲区*/

nidaqAIStart(AiTask);/*启动采样*/

nidaqAIRead(AiTask,“daq::1!(0)”,1000,-1.0,wave);/*读取采样数据*/

nidaqAIStop(AiTask);/*结束采样*/

DeleteGraphPlot(EEpanel,EEPANEL_WAVEGRAPH, -1,VAL_IMMEDIATE_DRA);/*删除显示的波形*/

PlotY(EEpanel, EEPANEL_WAVEGRAPH, wave, 1000, VAL_DOUBLE, VAL_THIN_LINE, VAL_EMPTY_SQUARE, VAL_SOLID, 1, VAL_YELLOW); /*显示波形*/

break;

return 0;

---限于篇幅，其他功能模块的实现这里就不一一介绍了。

● 保存项目文件，然后编译运行。

结论

---本文设计的虚拟数字示波器不仅具有一般台式数字存储器的功能，而且充分发挥了微机强大的功能和软件设计的灵活性，而且此虚拟数字示波器的设计包含了基于多功能DAQ卡的虚拟仪器设计的基本思路和方法，用户可以参照这种方法来设计其他虚拟仪器。

数字示波器触发电平选择方法

触发是数字示波器区别于模拟示波器的最大特征之一。数字示波器的触发功能非常地丰富，通过触发设置使用户可以看到触发前的信号也可以看到触发后的信号。对于高速信号的分析，其实很少去谈触发，因为通常是捕获很长时间的波形然后做眼图和抖动分析。触发可能对于低速信号的测量应用得频繁些，因为低速信号通常会遇到很怪异的信号需要通过触发来隔离。

示波器上的触发电平：

直观讲，触发电平是使示波器进行扫描的信号，一般示波器打开都处于自动触发，像测连续的重复信号时，比较方便。但测一些特定位置的数据，就需要精确触发了。触发电平格式又分为上升沿、下降沿、还有一些其它信号，比如I2C串口数据，进行精确触发，这是利用数据特征触发的。还有就是使用外触发，可以选择一个其它通道当外触发通道。比如你调试MCU，可编程使某IO在特定动作之前输出个电平，动作之后恢复，把这个脉冲输入某通道当触发信号（设置触发为NORM方式），此时采集的那个通道只有在这个触发位置前后有数据稳定显示，不会跑掉，且触发的脉冲对应的采集通道信号部分就是需要观察的精确范围，便于分析。

触发电平选择方法：

触发电平调节又叫同步调节，它使得扫描与被测信号同步。电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发。顺时针旋转旋钮，触发电平上升；逆时针旋转旋钮，触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时，触发电平自动保持在触发信号的幅度之内，不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。当信号波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，用释抑（HoldOff）旋钮调节波形的释抑时间（扫描暂停时间），能使扫描与波形稳定同步。

极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“+”位置上时，在信号增加的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。拨在“-”位置上时，在信号减少的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。

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