虚拟示波器的设计

林清馨

[摘要]数据采集是信息科学的一个重要分支，广泛的应用在虚拟仪器、智能仪器、信号处理等领域。计算机的技术发展和在测试仪器领域中的应用带来了虚拟器件的概念，设计基于RS232通信的数据采集器是虚拟仪器的基础硬件设备。充分的发挥RS232总线的优势，必能形成性价比更好的数据采集器，使之成为虚拟测试仪器的坚实硬件基础。

[关键词]虚拟仪器 RS232总线 ADC0804 LabVIEW

中图分类号：TN98文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510030－01

一、虚拟仪器的概念

由于传统仪器这些功能单元基本上是由硬件或固化的软件形式存在，因此只能由生产厂家来定义、设计和制造。从理论上而言，在通用计算机平台上增加必要的信号采集与控制硬件，就已经具备了构成测试仪器的基本条件，关键是根据仪器的功能要求设计开发包括数据采集、控制、分析、处理、显示，并且支持灵活的人机交互操作的系统软件。

二、虚拟仪器的特点

1.富和增加了传统仪器的功能。2.出“软件即仪器”的新概念。3.器由用户定义。4.放的工业标准。5.于构成复杂的测试系统，经济性好。

三、拟示波器的三个方向发展

1.DAQ转向外挂式，PC-DAQ式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统。2.数据传输总线系统。3.现网络化。

四、设计过程

（一）硬件部分

1．体方案设计。本系统由输入信号接口及调理模块、主控制器、高速A/D转换、触发信号产生、RS232接口和PC机组成。输入信号接口及调理模块就是对前级的信号通过调理电路进行滤波、放大或衰减等操作，将信号幅度控制在合适的范围内，以便后级的数据采样；接下来把信号送到高速A/D转换器中，对其进行模数转换，再将采集来的信息传到主控器中，最后通过主控器的编程命令将其通过RS232总线送到PC机上显示。

2．号调理电路。信号调理电路就是要把被测量的信号线性调整到模数转换器的可输入范围。信号调理电路的电路如图1.3所示。

3．S232输入输出模块。RS232是双向传输，可将波形编缉后经计算机向系统中输入波形，也可将系统产生的波形传送给具有RS232接口的外设输入波形数据，供单片机使用，也可连接打印机等外设，对系统所产生的波形进行打印。

（二）下位机软件设计

1.PC机部分。PC机采用LABVIEW编程。

2.下位机部分。在通信过程中，单片机一直处于接收状态，随时准备接收PC机发来的命令包。当单片机接收完一命令包后，按照通信协议规定去执行相应操作。当操作成功，返回表示“命令已成功执行”的回应；否则，返回“命令执行时失败”的回应信息。当单片机在接收到一帧错误的命令包后，会返回“接收出错”的回应信息。

（三）波形的显示及处理

首先使用硬件设备采集板（DAQ）将数据采集到，接着使用RS232与PC机进行通信，通过它们之间通信协议的约束，数据流就传到了LABVIEW的RS232通道中，再使用LABVIEW中的模入模块对数据流进行采集，这样数据流就被采集到PC机上。接下来应用LABVIEW其它功能程序就可以对数据进行显示和处理了。

（四）产品的制作、安装与调试

1．电路图的绘制。过程主要是：先完成PCB图的布线绘制，认真检查正确无误以后就开始制作电路板．其过程包括打印、转印、腐蚀和钻孔四个主要制作工序。

2．系统调试及分析。首先，对电源部分进行调试；其次，测调理电路的输出电压；再次，进行了WR/引脚信号的测量；最后，中央控制单元电路及程序的调试。在程序的调试过程中，我多次更改程序，以达到不断的完善功能，在每个管脚都成功的输出正确信号后，剩下的就是整机功能的测试。

五、结语

本课题是基于PC机的虚拟示波器器设计，采用RS232接口技术实现数据传输，它包含硬件和软件两部分设计，不仅具有了价格低廉、界面美观等特点，而且具有传统示波器中比较高端的存储、回显以及数字滤波等功能，更可以根据需要随时灵活修改程序，增加功能以满足更个性化的要求。

参考文献：

[1]康华光、陈大钦，电子技术基础模拟部分[M].第四版，高等教育出版社，1998:75-79.

[2]沈兰荪，高速数据采集系统的原理与应用[M].人们邮电出版社，1995:23-24.

[3]林占江、林放等，电子测量仪器原理与使用[M].电子工业出版社，2006.4.