南京郵電大學自動化學院
實驗報告
實驗名稱： 虛擬示波器
課程名稱： 測控技術與儀器專業綜合實驗
所在專業： 測控技術與儀器
學生姓名： 董鴻祥
班級學號： b12050523
任課教師： 戎舟
2014 /2015 學年第二學期
實驗地點： 教5-214實驗學時：4
題目：基於elvis實驗平台的虛擬示波器系統
摘要：實現了一種基於虛擬儀器開發的虛擬示波器系統。該系統利用elvis實驗平台實現電壓訊號的模擬輸出通過elvis實驗平台進行模擬訊號的採集,並採用圖形化的程式語言labview對訊號進行採集處理,測量和顯示。
實驗除錯結果表明該系統能對模擬電壓訊號可進行示波器顯示和測量，通過充分利用虛擬儀器的運算、儲存和顯示功能,在降低儀器成本的同時,使儀器的靈活性和資料處理能力大大提高。
1、實驗目的
1.理解示波器的工作原理，掌握虛擬示波器的設計方法。
2.理解資料採集的原理，掌握資料採集卡的連線，測試和程式設計。
3.掌握較複雜的虛擬儀器的設計思想和方法，用labview實現虛擬示波器。
二、實驗內容
1.資料採集
用elvis實驗平台，採用daqmx程式設計，通過資料採集卡對資料進行採集，並進行引數的設定。
2.示波器介面設計
（1）設定執行及停止按鈕：按執行時，示波器工作；按停止時，示波器停止工作。
（2）設定圖形顯示區：可顯示兩路通道，並可進行圖形的上下左右平移，圖形的縱向放大與縮小，圖形的橫向擴充套件與壓縮。
（3）設定示波器的顯示模式：分為單通道模式，多通道模式，運算模式。
（4）設定測量功能：可自動測量訊號的頻率，週期，幅值，上公升時間，占空比登引數。
（5）整體結構和介面自行設計。
三、實驗裝置
（1）計算機1臺
（2）elvis資料採集平台1臺
四、實驗硬體原理
系統功能介紹
1.系統結構
圖1 系統結構圖
2.模組介紹
（1）、資料採集模組
1.elvis實驗平台和資料採集卡
ni elvis把硬體和軟體組成一套完整的實驗室裝置，圖1.1為ni elvis實物圖。原型實驗板提供易於操作的旋鈕給可變功率代能源**系統和函式發生器，並提供方便的連線和功能的bnc接頭形式和香蕉式聯結器連線到函式發生器，示波器和數字萬用表儀器。
在模型板上提供了正負15v和正負5v的電源。可以利用這些電壓連線需多常見電路。當模型板電源開啟後，若有任何功率指示燈沒有亮，檢查連線裝置的短路現象。關閉模型板的電源。
圖2 ni elvis資料採集平台
模擬訊號輸入
對於不同的模擬訊號，接入到資料採集卡進行模數轉換，需要採用不同的接線方式。對於接地訊號和浮地訊號，不同的接線方式將帶來不同的測量效果。為了得到正確的測量結果，需要使用正確的連線方式。
確定正確連線方式的步驟分為兩步：
第一步：要確定訊號源種類
第二步：選擇測量系統提供的合適的終端模式
ni資料採集卡提供了三種不同的終端模式：
（1）差分模式：在乙個差分測量系統中，儀器放大的任何乙個輸入都不是以系統的作為參考的，aignd引腳以及放大器本身是以系統的作為參考的，但兩個輸入端均不以地作為參考。當我們使用查分方式時，對於乙個輸入訊號需要使用兩個模擬輸入通道，於是整個可用通道數就減半了，對於乙個i6通道的資料採集裝置，處於差分模式下的時候，能採集八路輸入訊號了。
差分模式可以使得放大器有效地抑制共模電壓，以及任何與訊號混雜在一起的共模形式雜訊，有效提高測量質量。
（2）參考單端模式（rse）:
乙個參考單端測量系統以系統地作為參考，訊號源的負端是被連線到aignd上的，也就是說他是被連線到系統上的。這種連線的方式使得我們在測量時，對於每個訊號只需要使用乙個模擬輸入通道，所以，乙個16通道的資料採集裝置在使用rse模式時，可以測量16路訊號。如果我們想要在模擬輸入通道10上測量乙個訊號，那麼只要將訊號的正端連線到ach10上。
此外，卡上提供了許多aignd引腳來防止由於輸入連線搭接所造成的訊號間串擾。儘管rse的連線模式能夠保證通道數的使用效率，但是他無法抑制共模電壓。在某些應用當中，過大的共模電壓會造成測量誤差甚至毀壞裝置。
（3）非參考單端模式（nrse）:
ni的資料採集板卡上提供了一種不同於rse參考單端的模式，我們稱它為nrse,非參考單端模式，在nrse模式下，所有的測量同rse相類似都參考同乙個參考點，但與rse模式不同的是該參考點的電壓值可以調整和變化。訊號的負端被連線到aisense引腳上，而aisense並不是以地作為參考的。於是aisense的電壓時浮地的。
與rse模式相類的是，nrse模式最大程度的保留了可用的模擬通道數，但同樣無法抑制共模電壓。
2.資料採集程式設計
資料採集程式設計使用daqmx底層vi進行資料採集，下面依次介紹各個底層daqmx vi的詳細介紹。
（1）建立虛擬通道函式
通過給出所需的目標通道名稱以及物理通道連線，用來在程式中建立乙個通道。在max當中建立通道時執行的相同的設定在這個函式中均會得到設定。當程式要經常更換物理通道連線設定而非其他諸如中端配置或自定義縮放設定的時候，這個建立虛擬通道vi就非常有用了。
物理通道下拉列表被用來制定daq板卡的裝置號以及實際連線訊號的物理通道。通道屬性節點是建立通道函式的功能擴充套件，允許在程式當中動態改變虛擬通道的設定。
（2）定時設定vi
daq定時vi配置了任務，通道的取樣定時以及取樣模式，並在必要時自動建立相應的緩衝。
（3）daqmx觸發設定vi
daqmx觸發設定vi配置了任務，通道的觸發設定。這個多型vi的例項包括了觸發型別的設定，同樣的我們會使用觸發屬性節點來配置更多高階的觸發設定。
（4）daqmx讀取vi
daq讀取vi從特定的任務或者通道當中讀取資料，這個vi的多型例項會指出vi所返回的資料型別，包括一次讀取乙個單點取樣還是讀取多點取樣，。
圖3 模擬訊號的連續採集
連續採集的流程圖如圖1.2所示，首先建立虛擬通道，設定緩衝大小，設定定時，開始任務，開始讀取。由於我們是連續採集訊號，於是我們需要連續的讀取採集到的訊號。
因此將daqmx讀取vi放在迴圈當中，一旦有錯誤發生或者使用者在前面板上手動停止採集時，程式會跳出while迴圈。之後使用daqmx停止任務來釋放相應的資源並進行簡單錯誤處理。
程式中資料採集模組採用參考單端模式。乙個參考單端測量系統是一系統地作為參考，訊號源的負端是被連線到aignd上的，這種連線的方式每個訊號只需要使用乙個模擬輸入通道，所以，乙個16通道的資料採集裝置在使用rse模式時，可以測量16路訊號。本系統設計是雙通道同步採集，兩個訊號端分別接ach00和ach0，程式設計控制資料採集裝置進行採集。
（2）、訊號測量模組
程式中採用單頻測量函式可以測量輸入訊號的頻率、幅值和相位，採用訊號的時間與瞬態特性測量函式可以測量輸入訊號的週期、占空比。單頻測量函式和訊號的時間與瞬態特性測量函式均在右鍵-訊號處理-波形測量中。
（3）、波形顯示模組
程式中採用graph顯示採集到的波形，並通過屬性節點對graph的橫縱座標進行修改設定，以達到對顯示的波形進行橫縱座標的平移以及放大的要求。具體步驟為（以橫座標為例），將橫座標的最大值和最小值同時加上乙個數值，即可實現顯示的訊號在橫座標上的左右平移，將橫座標的最大值和最小值之間的差值（即在graph圖表上顯示的橫座標的長度）乘以乙個數值，即可實現顯示的訊號在橫座標上的放大和縮小。
五、軟體程式
（1）程式流程圖。
圖4 系統程式流程圖
2、labview程式框圖
（1）、前面板設計
圖5 系統前面板
（2）、資料採集模組程式設計
圖6 資料採集模組
（3）、訊號測量模組
圖7 訊號測量模組
（4）、波形調理模組
圖8 波形左右平移模組
5、實驗資料及結果分析
（1）、正弦波單通道顯示
圖9 單通道顯示
（2）、正弦波和三角波雙通道顯示
圖10 雙通道測量
（3）、訊號的測量頻率和幅值等資訊的顯示
圖11 訊號測量
（4）訊號的左右平移、上下平移以及橫縱座標的放大和縮小。
圖12 訊號左右平移個上下平移
（5）虛擬示波器訊號運算模式，選擇加法運算
圖13 運算模式中加法運算
（6）虛擬示波器訊號運算模式，選擇減法運算。
圖14 訊號的減法運算
六、總結及心得體會
在設計的過程中，由於沒有進行充分的預習，許多預習工作並未完成，導致在實驗初期浪費了許多時間，其間諸多曲折，但在老師的指導下， 本虛擬示波器系統已經基本滿足設計要求。但在程式設計的過程中，本人也意識到了在labview程式設計的不足，比如對錯誤訊號的處理等細節問題上以及在對資料採集程式設計的一些函式尚屬於一知半解，這些都是今後需要改進的地方。
再次感謝老師的指導和同學們的幫助。
第一次自控實驗報告
自動控制原理實驗報告 自動化12 仲秋晨 2110308024 實驗一線性系統時域特性分析 一 實驗目的 1 掌握測試系統響應曲線的模擬實驗方法。2 研究二階系統的特徵參量阻尼比和自然頻率對階躍響應瞬態指標的影響。二 實驗內容 圖1 2二階系統閉環模擬電路圖 1 已知系統的模擬電路如圖1 2所示，在...
數邏實驗報告第一次實驗報告
實驗名稱 ttl訊號引數測量電路安裝除錯與故障排除 院系 專業 姓名學號 實驗室 實驗時間 評定成績 審閱老師 ttl訊號引數及測量方法 1 實驗目的和要求 學會使用示波器測量ttl訊號的各引數 了解脈衝訊號特性 2 實驗儀器 模擬示波器函式訊號發生器 3 實驗內容 從函式發生器輸出口接出ttl脈衝...
電路分析實驗報告 第一次
實驗報告 二 三 1 實驗名稱實驗二 kcl與kvl的驗證 2 實驗目的 1.熟悉multisim軟體的使用 2.學習實驗multisim軟體測量電路中電流電壓 3.驗證基爾霍夫定理的正確性。三 實驗原理 kcl為任一時刻，流出某個節點的電流的代數和恆等於零，流入任一封閉面的電流代數和總等於零。且規...