基于Labview2013的多通道虚拟示波器的设计与实现

刘轶伦　蔡文炎　叶良苗

摘 要：介绍基于LABVIEW的多通道虚拟示波器的设计，通过LABVIEW的程序实现示波器的数据采集、任意波形及其叠加的显示、参数（幅值、频率等）的测量、数据储存和读取等功能。与传统示波器相比使用便捷，使用Labview只需要PC及相应程序即可完成对波形的测量。经实验证明该示波器运行可靠，运行结果基本正确。

关键词：虚拟仪器；Labview；示波器

引言

虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）[1-2]是现代仪器技术和计算机技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试重要技术；虚拟仪器的概念，是美国国家仪器公司（National Instruments Corp，简称NI）于1986年提出的，现在NI公司的LabVIEW是最具有影响的开发软件之一；世界各国的虚拟仪器公司在近年来已经开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些仪器公司提供的开发平台软件来组建自己的虚拟仪器或测试系统，并对软件进行编制或者测试，很多国家已经把虚拟实验室广泛的应用到各种实验和教学活动中，在美国，虚拟仪器图形化编程语言已作为各大理工院校学生的一门必修课程。

虚拟仪器硬件只是把信号输入到计算机，而仪器的全部功能都是通过软件实现的，这一点使得虚拟仪器功能的实现相比于传统仪器要简单得多，用户要想增加一项功能，只需要为软件添加一个功能模块便可以实现，而不需要改变硬件结构和整个大的程序架构。因此，虚拟仪器的创新也比较容易实现。

示波器[3-5]是电子信号测量行业最常用仪器之一，要用来测量并显示被测信号的参数和波形，在科学研究、科学实验及现场检测等许多领域被广泛应用。传统示波器一般只有一到二个通道，基于labVIEW多通道示波器，可以设置多个通道，可实现对多组信号的同时采集和分析；仪器功能、界面和参数设置可以根据用户的需求进行改善。

1 多通道虚拟示波器的结构

本虚拟示波器由软件发生自定义的虚拟波形，用四个通道对其分别进行采集并分别显示，能够测量每个波形的峰峰值，频率，相位，不同通道的相位差，还可以对其进行任意的叠加，以及将其同时显示在一个面板上，并可以储存并读取部分波形数据。

1.1 信号来源

本虚拟示波器有两种信号来源，能够选择软件产生的信号或者硬件读取的信号软件产生信号，软件信号由波形发生控件接收来自数据输入控件的偏移量，频率，幅值，用一个整型数据输入控件控制CASE结构中信号的种类，有正弦波，方波，锯齿波，信号来源末端连接一个选择结构控制该通道是否开启，若关闭，输出直流信号。

1.2 数据测量及分析

将产生的波形连入幅值和电平测量控件和提取单频信息控件，来测量波形的峰峰值，频率，相位并将相位用两个case结构进行选择以达成自由测算任意两组波形数据相位差的功能。

1.3 波形显示部分

波形显示部分主要分为四个部分：四个单独示波器，用于显示每个通道发生的波形；叠加波形示波器，用于显示四个通道波形产生的叠加波形可任意选择通道的波形或者相应的反向波形；多个波形示波器用于将四个波形同时显示于一个面板上，波形读取示波器。前面板如图1所示。

单独示波器可自动调节Y轴，通过调节旋钮自由调节X轴或者开启开关使波形呈现为完整一个周期，多个波形示波器可调节XY轴与任意一个单独示波器相同，叠加波形示波器可自动调节Y轴以及自由调节X轴。单独示波器XY轴调节将频率的倒数输入X轴以实现显示一个波形完整周期，关闭自动调节开关，将倒数乘以旋钮产生的浮点型数值以自由拉伸X轴，为了防止频率为0使程序出错，设置一个IF结构判断频率是否为0，为零则输出1以避免X倒数计算出错。多个波形显示XY轴调节框图，将四个单独示波器的XY数值放在一个CASE结构中用旋钮输出两个整型数据以控制CASE结构使其选择对应XY轴。

1.4 波形叠加示波器

叠加波形示波器，运用八个选择结构控制波形的选择性叠加及其反向，开关关闭用直流电模拟关闭，用X的相反数计算来达成波形反向，叠加后的波形可对其进行峰峰值及均方根的测量均方根可用于测定正弦波的叠加有效值。

1.5 波形的存储及读取

本示波器可将波形数据转化为静态二维数组选择或者创建路径存储在电脑硬盘中，由一个开关控制储存的发生储存成功将显示储存成功对话框；由一个开关控制读取的发生，将文件转化为静态数组，由于是以静态数组方式存储，因此无法还原波的频率，默认存储1s内的波形并读取。

2 结束语

基于LABVIEW多通道示波器主要是软件部分，后期还可适当添加硬件，软件通过LABVIEW编制数据采集程序。通过数据采集卡将外界信号采集到计算机中，或者由程序产生内部信号，通过LABVIEW程序对所采集信号或者内部信号进行分析处理，程序前面板上设有各个功能模块按钮，当按下相应按钮时，即可调用该子程序，通过键盘和鼠标实现对虚拟示波器的控制，基本可以完成传统示波器的功能，也能够完成传统示波器无法做到的功能。通过LABVIEW的程序实现示波器的数据采集、任意波形及其叠加的显示、参数（幅值、频率等）的测量、数据储存和读取等功能。与传统示波器相比使用便捷，只需要PC及相应程序即可完成对波形的测量。

LABVIEW的使用相较别的开发程序也更为便捷，功能较为完善，程序更加智能大大减少了开发的时间。

参考文献

[1]杨忠仁，饶程，邹建，等.基于LabVIEW数据采集系统[J].重庆大学学报，2004，27（2）：32-35.

[2]吴敏，张成迁，唐晓平，等.基于DP105高速数据采集卡的虚拟示波器设计[J].科技信息，2008，22：71-72.

[3]张立学.基于LabVIEW的虚拟数字示波器设计[J].长沙大学学报， 2008（5）：66-69.

[4]姚锡林.一种基于虚拟仪器概念的数字示波器的实现方法[J].南京邮电学院学报，2004（6）：6-10.

[5]王莉，杨鹏.基于LabVIEW的虚拟示波器的设计与实现[J].实验室研究与探索，2010，29（1）：62-64.