第一次實驗報告

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(yè)綜合實驗所在專業(yè)：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：基于ELVIS實驗平臺的虛擬示波器系統(tǒng)摘要：實現了一種基于虛擬儀器開發(fā)的虛擬示波器系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用ELVIS實驗平臺實現電壓信號的模擬輸出通過ELVIS實驗平臺進行模擬信號的采集,并采用圖形化的編程語言LabVIEW對信號進行采集處理,測量和顯示。實驗調試結果表明該系統(tǒng)能對模擬電壓信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、存儲和顯示功能,在降低儀器成本的同時,使儀器的靈活性和數據處理能力大大提高。實驗目的理解示波器的工作原理，掌握虛擬示波器的設計方法。理解數據采集的原理，掌握數據采集卡的連接，測試和編程。掌握較復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.數據采集用ELVIS實驗平臺，采用DAQmx編程，通過數據采集卡對數據進行采集，并進行參數的設置。示波器界面設計設置運行及停止按鈕：按運行時，示波器工作；按停止時，示波器停止工作。設置圖形顯示區(qū)：可顯示兩路通道，并可進行圖形的上下左右平移，圖形的縱向放大與縮小，圖形的橫向擴展與壓縮。設置示波器的顯示模式：分為單通道模式，多通道模式，運算模式。設置測量功能：可自動測量信號的頻率，周期，幅值，上升時間，占空比登參數。整體結構和界面自行設計。三、實驗設備（1）計算機1臺（2）elvis數據采集平臺1臺四、實驗硬件原理系統(tǒng)功能介紹系統(tǒng)結構ELVIS數據采集平臺計算機（Labview）模擬信號輸出模擬信號采集圖1系統(tǒng)結構圖模塊介紹（1）、數據采集模塊1.ELVIS實驗平臺和數據采集卡NIELVIS把硬件和軟件組成一套完整的實驗室設備，圖1.1為NIELVIS實物圖。原型實驗板提供易于操作的旋鈕給可變功率代能源供應系統(tǒng)和函數發(fā)生器，并提供方便的連接和功能的BNC接頭形式和香蕉式連接器連接到函數發(fā)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?？梢岳眠@些電壓連接需多常見電路。當模型板電源打開后，若有任何功率指示燈沒有亮，檢查連接設備的短路現象。關閉模型板的電源。圖2NIELVIS數據采集平臺模擬信號輸入對于不同的模擬信號，接入到數據采集卡進行模數轉換，需要采用不同的接線方式。對于接地信號和浮地信號，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：要確定信號源種類第二步：選擇測量系統(tǒng)提供的合適的終端模式NI數據采集卡提供了三種不同的終端模式：差分模式：在一個差分測量系統(tǒng)中，儀器放大的任何一個輸入都不是以系統(tǒng)的作為參考的，AIGND引腳以及放大器本身是以系統(tǒng)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，對于一個輸入信號需要使用兩個模擬輸入通道，于是整個可用通道數就減半了，對于一個I6通道的數據采集設備，處于差分模式下的時候，能采集八路輸入信號了。差分模式可以使得放大器有效地抑制共模電壓，以及任何與信號混雜在一起的共模形式噪聲，有效提高測量質量。參考單端模式（RSE）:一個參考單端測量系統(tǒng)以系統(tǒng)地作為參考，信號源的負端是被連接到AIGND上的，也就是說他是被連接到系統(tǒng)上的。這種連接的方式使得我們在測量時，對于每個信號只需要使用一個模擬輸入通道，所以，一個16通道的數據采集設備在使用RSE模式時，可以測量16路信號。如果我們想要在模擬輸入通道10上測量一個信號，那么只要將信號的正端連接到ACH10上。此外，卡上提供了許多AIGND引腳來防止由于輸入連線搭接所造成的信號間串擾。盡管RSE的連接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設備。非參考單端模式（NRSE）:NI的數據采集板卡上提供了一種不同于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相類似都參考同一個參考點，但與RSE模式不同的是該參考點的電壓值可以調整和變化。信號的負端被連接到AISENSE引腳上，而AISENSE并不是以地作為參考的。于是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。數據采集編程數據采集編程使用DAQmx底層VI進行數據采集，下面依次介紹各個底層DAQmxVI的詳細介紹。創(chuàng)建虛擬通道函數通過給出所需的目標通道名稱以及物理通道連接，用來在程序中創(chuàng)建一個通道。在MAX當中創(chuàng)建通道時運行的相同的設置在這個函數中均會得到設置。當程序要經常更換物理通道連接設置而非其他諸如中端配置或自定義縮放設置的時候，這個創(chuàng)建虛擬通道VI就非常有用了。物理通道下拉菜單被用來制定DAQ板卡的設備號以及實際連接信號的物理通道。通道屬性節(jié)點是創(chuàng)建通道函數的功能擴展，允許在程序當中動態(tài)改變虛擬通道的設置。定時設定VIDAQ定時VI配置了任務，通道的采樣定時以及采樣模式，并在必要時自動創(chuàng)建相應的緩沖。DAQmx觸發(fā)設定VIDAQmx觸發(fā)設定VI配置了任務，通道的觸發(fā)設置。這個多態(tài)VI的實例包括了觸發(fā)類型的設置，同樣的我們會使用觸發(fā)屬性節(jié)點來配置更多高級的觸發(fā)設置。DAQmx讀取VIDAQ讀取VI從特定的任務或者通道當中讀取數據，這個VI的多態(tài)實例會指出VI所返回的數據類型，包括一次讀取一個單點采樣還是讀取多點采樣，以及從單通道讀取還是次那個多通道中讀取器相應的屬性節(jié)點可以設置偏置波形屬性以及獲取當前可用采樣數等數據。圖3模擬信號的連續(xù)采集連續(xù)采集的流程圖如圖1.2所示，首先創(chuàng)建虛擬通道，設置緩沖大小，設置定時，開始任務，開始讀取。由于我們是連續(xù)采集信號，于是我們需要連續(xù)的讀取采集到的信號。因此將DAQmx讀取VI放在循環(huán)當中，一旦有錯誤發(fā)生或者用戶在前面板上手動停止采集時，程序會跳出while循環(huán)。之后使用DAQmx停止任務來釋放相應的資源并進行簡單錯誤處理。程序中數據采集模塊采用參考單端模式。一個參考單端測量系統(tǒng)是一系統(tǒng)地作為參考，信號源的負端是被連接到AIGND上的，這種連接的方式每個信號只需要使用一個模擬輸入通道，所以，一個16通道的數據采集設備在使用RSE模式時，可以測量16路信號。本系統(tǒng)設計是雙通道同步采集，兩個信號端分別接ACH00和ACH0，編程控制數據采集設備進行采集。（2）、信號測量模塊程序中采用單頻測量函數可以測量輸入信號的頻率、幅值和相位，采用信號的時間與瞬態(tài)特性測量函數可以測量輸入信號的周期、占空比。單頻測量函數和信號的時間與瞬態(tài)特性測量函數均在右鍵-信號處理-波形測量中。（3）、波形顯示模塊程序中采用Graph顯示采集到的波形，并通過屬性節(jié)點對Graph的橫縱坐標進行修改設定，以達到對顯示的波形進行橫縱坐標的平移以及放大的要求。具體步驟為（以橫坐標為例），將橫坐標的最大值和最小值同時加上一個數值，即可實現顯示的信號在橫坐標上的左右平移，將橫坐標的最大值和最小值之間的差值（即在Graph圖表上顯示的橫坐標的長度）乘以一個數值，即可實現顯示的信號在橫坐標上的放大和縮小。五、軟件程序（1）程序流程圖。AI數據采集AI數據采集坐標調整（放大縮?。┬盘枩y量（幅值頻率周期占空比）波形顯示清屏圖4系統(tǒng)程序流程圖Labview程序框圖（1）、前面板設計圖5系統(tǒng)前面板（2）、數據采集模塊編程圖6數據采集模塊（3）、信號測量模塊圖7信號測量模塊（4）、波形調理模塊圖8波形左右平移模塊實驗數據及結果分析（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）、信號的測量頻率和幅值等信息的顯示圖11信號測量（4）信號的左右平移、上下平移以及橫縱坐標的放大和縮小。圖12信號左右平移個上下平移（5）虛擬示波器信號運算模式，選擇加法運算圖13運算模式中加法運算（6）虛擬示波器信號運算模式，選擇減法運算。