网络化虚拟数字示波器设计

分类：论文报告    更新时间：09-02    来源：网络

 一、课题综述及研究意义

    示波器是任何设计、制造或维修电子设备中的必备之物。传统示波器可以分为模拟示波器和数字示波器两大类。模拟示波器有垂直偏转通道、水平偏转通道、增辉和 Z 轴调制、校正器及电源组成。其将电信号转变为光信号并在荧光屏上显示出来。在随着技术的发展，在 1972 年美国Nicolet(尼高力)仪器公司研制出首个数字存储示波器（DSO）数字示波器将电信号经 A/D 转换器转换成数字信号。它捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，但存储的数量足够描述出波形为止。随后数字示波器重构波形。其顺序处理结果体系结构数字示波器顺序处理体系传统示波器在当今仍然是电子工业、实验、科学研究中必不可少的仪器设备。由于现代科技发展，系统的高度集成和复杂化对测控系统提出更高要求，具体表现如下：

    (1)在现代设备中，特别是大型需要测试的数据种类越来越多。这要求测试设备的功能的多样性。

    (2)在现场要求测试设备之间能够实现信息的共享，对设备状态做出更加准确的评估。在一些危险场合，要求测试设备的网络化、自动化和智能化以及远程监控。

    传统的示波器显然无法满足以上几点。随着计算机技术和电子技术的发展，其对当今社会的各个行业影响极其深刻，测试技术行业也在经历前所未有的技术革新，测试领域不断的出现新的技术和理论，在多方面已经突破传统仪器的概念。尤其以计算机为核心的仪器系统与计算机软件技术的紧密结合出现一种全新的仪器概念---虚拟仪器。

    任何测试仪器由数据采集与控制、数据分析与处理、结果的输出与显示构成。传统仪器的功能在生产时就已经被确定，用户无法对产品进行自定义功能。虚拟仪器技术结合计算系统强大功能给用户一个充分发挥自己的才能和想象力的空间。用户可以根据自己的需求设计自己的仪器仪表系统，满足多样的需求。“软件即仪器”是对虚拟仪器的本质说明，它比传统仪器更能适应现代仪器仪表技术的发展，推动传统仪器仪表朝着数字化、模块、虚拟化、网络化的方向的发展。

    目前，我国的科技正在快速发展，对各种仪器设备的需求量激增，对设备的要求更高。在国内高校或企的使用的高端仪器主要依赖进口。这些设备工艺复杂、制造水平高、高成本，而虚拟仪器关键部分是软件，系统功能可以通过软件修改、增删程序来实现，其扩展性很好，所需的成本较传统仪器低很多，其维护也比传统仪器方便。虚拟仪器概念提出以来，虚拟仪器产品得到迅速的发展，在市场上占据相当大的份额。虚拟仪器现在是各国大力发展的方向，其有极大的市场和应用前景。

二、课题拟采取的研究方法和技术路线

    示波器是以短暂扫描踪迹的形式，去显示一个被测信号瞬时值的仪器。逻辑上讲，它具备测量，观察，记录三个要素。本设计的设计思路基于传统模拟示波器和数字示波器的技术来展示一个或多个变量构成的信号之间的关系。并且要综合考虑到示波器的主要参数指标，包括频带宽度，垂直灵敏度，输入阻抗扫描速度和同步电压。 

    软件和硬件两大部分构成本设计的虚拟示波器。硬件的部分其实是一块数据采集卡 ，这个数据采集卡可以由自行设计，也可以通过选取市面上已经成型的多功能数据采集卡（DAQ）,虚拟示波器的软件部分由硬件部分的驱动程序，以及软件设计的程序组成。综合大学期间所学习的知识，本设计采用LabVIEW作为软件设计的上位机部分。通过软件和硬件的相互结合，构成一个能够实现示波器功能，并且能实现数据共享以及数据通信的网络化虚拟示波器

三、主要参考文献

[1] 王磊，陶梅.精通LabVEWB. X.北京:电子工业出版社，2008:  4-7.

[2] 陆绮荣.基于虚拟仪器技术:个人实验室的构建.北京:电子工业出版社2006:11~16.

[3] 周永宏.基于ARM和CPLD的便携式数字存储示波器硬件平台设计.成都:西

南石油学院，2005.

[4] 李新兵.嵌入式USB总线器件端处理器的FPGA实现研究.上海:华东师范大

学电子科学技术系，2005.

[5] 牟法海.基于USB接口的状态监测与故障诊断系统.保定:华北电力大学机械

工程系，2004.

[6] 包可佳.基于FPGA的高速实时数字存储示波器设计.南京:南京航空航天大

学信息科学与技术学院，2007.

[7] 郑亚民，董晓舟.可编程逻辑器件开放软件QuartusII.北京:国防工业出版社，2006: 31一50.

[8] 林茂六，尹宝智，刘治宇.高速采样信号数字内插理论与正弦内插算法研电子学报，2000.

[9] 邓颖，陈光禹.高速数字存储示波器的数字滤波器设计与实现.仪表技术，2004.

[10] 贾春霞，张洪艳.数字存储示波器现状初探.仪器仪表用户，2005.

[11] 王成，吕校春.高性能数字存储示波器.现代科技译丛，2004.

[12] 谢从珍，王建国，黄玲.数字存储示波器噪声特性的分析.高电压技术，2004.

 

二、毕业设计（论文）工作实施计划www.EEElw.com

（一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果

理论分析：

  通过虚拟仪器相关知识包括虚拟仪器的硬件结构、软件结构、虚拟仪器开发环境以及 TCP/IP 协议栈中各协议的结构。进行对数据采集系统的 USB 设备驱动程序的选型、虚拟示波器探头的选型，结合驱动程序完成了基于虚拟仪器 LabVIEW 的主机应用程序(包括虚拟示波及频谱分析仪、虚拟信号发生器、虚拟巴特沃斯滤波器、虚拟调幅波解调器、虚拟微分器和积分器、虚拟相关分析仪等)的设计。使得虚拟示波器不但具有传统示波器的波形显示控制功能，而且还对传统示波器的功能进行了扩展，实现了网络数据共享、参数自动测量显示、波形存储、打印和频谱分析等功能.