虚拟示波器与模拟波形发生器的仿真研究

李宗莲 青海省西宁市世纪职业技术学校

关键字：波形发生器仿真 虚拟仪器 示波器 图形化编程 Multisim Protel LabVIEW

一、本设计共有如下七部分组成:

（一）电源部分：设计为双电源，为电路提供电源；

（二）正弦波电路部分：利用振荡电路产生周期性正弦波，采用集成运算放大器；

（三）方波电路部分：采用集成运算放大器构成比较器；

（四）三角波电路部分：采用积分电路将访波转换成三角波；

（五）放大电路部分：对三角波的输出幅值进行放大；

（六）数据采集部分：采用数据采集卡将正弦波、方波、三角波的波形数据采集；

（七）虚拟示波器：采用labVIEW 软件在电脑上自制一个虚拟示波器，通过端口连接将数据采集卡采集到的数据及波形显示在屏幕上。

二、本文设计过程：

本文是利用Multisim 软件设计电路，设计了可以产生正弦波、方波、三角波三种波形的波形发生器的电路，三种波形的幅值及频率均连续可调。依据已确定的电路图利用Protel 软件制作PCB 板，使用双氧水腐蚀电路板，之后将所有元件按电路图焊接到加工好的电路板上，波形发生器制作完毕之后，进行测试。

为了更方便的对焊接好的波形发生器进行数据采集，性能测试。本文利用LabVIEW 图形化编程软件设计了一个虚拟示波器. 一套完整的虚拟仪器系统的结构一般来说分为四层： 一、测试管理层 ； 二、应用（程序）开发层 ；三、仪器驱动层；四、I/O 总线驱动层。

根据设计的要求，利用LabVIEW软件系统设计虚拟双踪示波器，分为如下九部分：

1.采集卡驱动接口模块；2.每一通道的测试模块（将测试模块放在这里是为了测试方便，这里采到的信号是没有经过任何处理的信号，直接连接测试模块就可以得到两个通道最大值、最小值等参数。但这样做也是有弊端的，如对于比较大或特别小的信号，不进行预处理直接测量有时是不能实现的，需要加预处理模块，在显示结果时再将测量数据修正。但这个过程比较复杂，不符合本文简易的要求，因此本文将测试模块直接加在采集卡后。）；3.测量结果显示模块；4.对两通道信号进行Y 轴增益的模块；5.通道选择模块；6.波形存储模块；7.存储波形显示模块；8.显示模块参数调整模块；9.波形显示模块。在程序设计面板中利用While 循环将用户界面操作核心部分以及设计中的九大部分有机的结合起来如程序框图，在循环里包括了事件的处理结构，以完成界面操作响应工作。波形显示器端的波形数据在事件结构的某一个事件Case 中被读取，通过事件结构右边框输出隧道流出，然后在适当的组合之后被绘制在Graph 中，同时波形数据被传递给下一次的循环中。而事件结构中的其他事件都仅仅把波形数据和选取框曲线数据原封不动地传送出事件结构。在主程序街面上的“运行控制”按钮的事件Case 向事件结构外的While 循环条件端子输入True 值，停止循环运行，其他事件Case 不连接任何布尔值，这样在事件结构的边框上的输出隧道弹出快捷菜单，选择Use Default If Unwired 使得这些事件都使用布尔类型的默认值False,这些事件运行完成之后自动进入下一次的循环。

释放资源和退出部分是控制程序退出代码，在推出事件结构和循环结构之后，余下的工作是使用代表整个得VISA 会话过程的VISA Resource Name 参数调用VISA Close 函数来关闭VISA 会话和仪器资源。

此虚拟示波器能完成显示任意双踪波形，可以选择通道，可以分别显示两踪的最大值、峰峰值、有效值、频率值，且具有存储功能，还可以选择存储路径的双踪示波器。利用这个虚拟示波器通过数据采集卡对焊接好的波形发生器进行数据采集，性能测试，如图（1）所示虚拟示波器波形采集实物图。切实有效的利用计算机和仪器的紧密结合，使测试更加方便、快捷、准确。利用设计的虚拟双踪示波器对自制的波形发生器进行了数据的采集。

（1）虚拟示波器波形采集实物图

三、结论

本论文在这方面作了一个新的尝试，将Multisim 、LabVIEW、Protel 三种软件成功的应用在波形发生器的设计、制作和测量系统之中，并通过采集数据的方式，获得实验验证。