基于虚拟仪器的双踪示波器的设计
【摘要】虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。
本次设计主要是阐述虚拟双踪示波器的前面板和程序框图的设计。设计完的双踪示波器的功能包括能够产生A通道、B通道、A+B通道、交替和断续出现的正弦波、矩形波、三角波、锯齿波四种信号波形；波形的频率、幅值、相位、偏移量及占空比等参数由前面板控件实时可调。
【关键词】 虚拟仪器，双踪示波器，LABVIEW
引言
虚拟仪器(简称VI)是电子测量技术与计算机技术深层次结合、具有良好发展前景的新一类电子仪器。其核心思想是通过软件将计算机硬件与仪器硬件有机的结合，利用计算机的强大的数据处理能力，由用户根据软件定义的界面来操作计算机，完成对被测信号的采集、分析、处理、判断及显示等一系列功能，从而实现仪器的功能。虚拟仪器的出现标志着自动测试技术与电子测量仪器技术进入一个崭新的发展时期，随着科学技术的发展，虚拟仪器将成为未来仪器的必然趋势。随着测控技术、通信技术和计算机技术的飞跃发展 ,20世纪80年代提出的虚拟仪器技术也迅速发展起来．并且不断改进原有的测量技术，扩大虚拟仪器的测控功能和应用领域。虚拟仪器的核心思想是“软件就是仪器”。即利用强大的计算机资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以最大限度地降低系统成本，增强系统功能和灵活性。
介绍一种虚拟双通道示波器的设计与实现过程。该仪器是基于图形化编程语言LabVIEW8．6开发的，具有数据采集、波形显示、数据存储、回放测量、输出打印、网上传送等功能。试验结果表明，该仪器工作性能稳定，测量精度高，功能可以不断扩展，而且人机友好界面清晰．适合不同层次的人员使用。
示波器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。与传统的示波器相比，本研究设计的虚拟示波器主要具有以下优点：1)功能和性能指标可以扩展；2)操作面板简单清晰，初学者易掌握；3)具有强大的网络通信能力。此外，
还具有数据采集、数据显示、数据存储、数据回放、数据网络传送等功能。
1 虚拟仪器介绍
1.1虚拟仪器简介 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。
20年来，无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。
美国国家仪器公司NI（National Instruments）提出的虚拟测量仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。
“软件即是仪器”这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I／O部件来构建虚拟仪器。I／O部件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传感器。NI所拥有的虚拟仪器产品包括软件产品（如LabVIEW）、GPIB产品、数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、DSP产品和VXI控制产品等。
1.2虚拟仪器的特点和优势
虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优势，但它并不否定传统仪器的作用，它们相互交叉又相互补充，相得益彰。在高速度、高带宽和专业测试领域，
独立仪器具有无可替代的优势。在中低档测试领域，虚拟仪器可取代一部分独立仪器的工作，但完成复杂环境下的自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏，是传统的独立仪器难以胜任的，甚至不可思议的工作。
专家们指出，在这个计算机和网络时代，利用计算机和网络技术对传统的产业进行改造，已是大势所趋，而虚拟仪器系统正是计算机和网络技术与传统的仪器技术进行融合的产物，因此，在21世纪，虚拟仪器将大行其道，日渐受宠，将会引发传统的仪器产业一场新的革命。
LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。
LabVIEW采用图形化编程语言--G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用LabVIEW。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。
LabVIEW这么容易学习和使用，是不是LabVIEW的功能十分有限呢？不。像C或C++等其它计算机高级语言一样，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更?有效。而且LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言--G语言。
LabVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进
行分析研究、传输等场合。
总之，由于LabVIEW能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便，深受用户青睐。与传统的编程语言比较，LabVIEW图形编程方式能够节省85％以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，体现出了极高的效率。使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。例如，用户可以将原有的带有RS232接口的仪器、VXI总线仪器以及GPIB仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作。
可以预见，由于LabVIEW这些其他语言无法比拟的优势，已经成为该领域的一朵奇葩！最终将引发传统的仪器产业一场新的革命。
1.3虚拟仪器的未来测评
虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前使用较多的是IEEE 488或GPIB协议。未来的仪器也应当是网络化的。
LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的３２位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。
它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！现在的图形化主要是上层的系统，国内现在已经开发出图形化的单片机编程系统（支持32位的嵌入式系统，并且可以扩展的）。
2.课题要求
2.1课题要求
（1）编写LABVIEW虚拟示波器实验程序，要求可以对两路信号进行观察与测量。
（2）界面要求：参数控制、控制按钮、波形显示。
（3）观察仿真结果并进行分析。
（4）对该虚拟示波器进行性能评价。
2.2课题要点和指导
（1）电子示波器的基本组成
电子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波器、幅度校正器、扫描时间校正器、电源几部分组成。
双踪和双线示波器都可在一个示波管荧光屏上同时显示出两个信号波形，用来比较被测系统的输入和输出信号，研究波形变换器的各级信号，观察脉冲电路各点波形，信号通过网络时的波形畸变，测量相移等等。
双踪示波器也称双迹示波器，它的垂直偏转通道由A和B两个通道组成。如图2所示，两个通道的输出信号在电子开关控制下，交替通过主通道加于示波管的同一对垂直偏转板。A、B两个通道是相同的，包括衰减器、射极跟随器、前置放大器以及平衡倒相器。平衡倒相器的作用是把输入信号转换为对称的波形输出。
（2）掌握双踪示波器的基本原理和组成结构，学习和掌握使用LabVIEW设计虚拟双踪示波器的基本方法。利用LabVIEW开发平台，设计和完成一个双踪示波器的设计。该双踪示波器能对两个信号进行显示和测量。
3设计与实现
启动Labview: 下面开始创建一个VI，该VI产生一个信号并将信号在图形中显示。启动LabVIEW后会出现启动窗口如下图1所示。这个窗口可创建新VI、浏览最近打开的LabVIEW文件及寻求帮助等，新建VI既可以进行虚拟仪器的编辑。
图1 启动LABVIEW
3.1设计目的
本次设计的VI在创建过程中，首先创建界面，然后进行程序框图的编写 。在程序编写中，使用了层叠式顺序结构、分支选择结构、循环结构等编程逻辑结构以及常见的数据结构，如簇、捆绑成簇等数据处理结构；同时，还用到了波形生成控件VI（如正弦波和方波）、布尔逻辑控件VI、旋钮控件VI等多个LabVIEW控件。
此外，在程序框图的编写过程中，本次创建了多个LabVIEW子控件，用于双通道示波器部分功能的实现。通过对这些LabVIEW编程结构和常用控件的使用，以及多个子控件VI的创建和使用，可以使我们更好地掌握LabVIEW编程方法和
技术。
在本次的学习基础上，我们还可以加入其他信号生成和信号处理过程，进一步深化模拟过程，从而更好地进行模拟、测量和仿真，进一步完善双通道示波器的功能。在双通道示波器运行过程中，可以进行相应功能的调节和信号调节和测试。
3.2双通道示波器VI的前面板设计
如图2所示为本次创建的双通道示波器的前面板设计。该双通道示波器的主要功能通过以下几个主要功能块的编程来实现。
图2 双踪示波器前面板设计
3.2.1调用子VI模块
如图3所示是调用的子VI后显示的参数控制，将之前做的信号发生器作为一个子VI调用到双踪示波器的参数控制中。调用子VI的参数有信号类型、频率、幅值、相位和占空比。
图3 调用子VI后的参数控制模块
3.2.2检测模块
如图4所示是检测并显示波形参数数据的模块。检测通道1和2的频率以及幅值。
图4 检测模块
3.2.3 A通道与B通道的开关控制并显示通道类型模块
如图5所示是显示显示方式的模块，选择不同的类型会分别显示A、B、A+B、交替和断续的波形。
图5 显示及开关模块
3.3双通道示波器VI的程序框图
如图6所示为本次创建的双通道示波器的程序框图。该双通道示波器的主要功能通过以下几个主要功能块的编程来实现。
图6 双踪示波器的程序框图
3.3.1调用子VI模块
如图7所示是调用的子VI后，程序框图的显示：
图7 调用的子VI
3.3.2检测模块
如图8所示是检测频率和幅值的程序框图：
图8 检测频率与幅值的程序框图
3.3.3 A通道与B通道的开关控制并显示通道类型模块
如图9所示，显示的是A通道的波形图程序框图，将A的结果连进来，用了一个条件结构，当选择“0”时，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示正弦波、三角波、方波和锯齿波。
图9 显示A通道波形的程序框图
如图10所示，显示的是B通道的波形图程序框图，将B的结果连进来，用了一个条件结构，当选择“1”时，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示正弦波、三角波、方波和锯齿波。
图10 显示B通道波形的程序框图
如图11所示，显示的是A+B通道的波形图程序框图，将A和B的结果连进来，用了一个条件结构，当选择“2”时，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示A+B的波形。
图11 显示A+B通道波形的程序框图
如图12所示，显示的是A、B通道交替的波形图程序框图，将A和B的结果连进来，用了一个条件结构，当选择“3”时，在这个条件结构里再加一个条件结构，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示A、B交替的波形。
图12 显示A、B通道交替波形的程序框图
如图13所示，显示的是断续的波形图程序框图，将A和B的结果连进来，用了五个条件结构，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示断续的波形。
图13 显示断续波形的程序框图
3.4双通道示波器VI的运行操作
运行双通道示波器VI控件，可以通过以下步骤进行操作。通过这些操作步骤过程，可以对本章创建的双通道示波器VI控件的主要功能进行测试、调节和使用。
* 第一步：单击LabVIEW8.6运行按钮，运行双通道示波器VI控件。
* 第二步：调节该示波器的一些主要选择开关及旋钮，可以测试该示波器的 主 要功能。
* 第三步：选择通道开关，可以选择通道A信号显示、通道B信号显示、 A和B两个通道的信号同时显示、交替信号显示和断续信号显示。
* 第四步：选择调节开关，可以调节频率和幅值旋钮，可以改善、测试和调节示波器所显示的波形情况。
* 第五步：在程序控制开关面板，可以显示该双通道示波器的信息以及中止该示波器VI的运行。
通过以上简单功能的选择和调节，可以调节和测试该示波器的主要功能。
4.调试与结果
通过选择信号类型，选择频率与幅度等参数，在选择A、B通道的开关显示不同要求的波形，如下图所示：
如图14所示是显示A通道以正弦波波形为例：
图14 A通道正弦波波形
如图15所示是显示B通道以三角波波形为例：
图15 B通道三角波波形
如图16所示是显示A+B通道的波形图：
图16 A+B通道波形
如图17、18所示是显示交替的波形过程：
图17 交替显示的A通道正弦波波形
图18 交替显示的B通道方波波形
如图19、20、21所示是显示断续的波形过程，以A通道显示三角波为例：
图
19
图20
图21
5.心得体会
本次创建了双通道示波器LabVIEW控件，能够实现单双通道信号显示，并调用子VI。在程序编写中，大量使用了层叠式顺序结构、分支选择结构（case-switch）、while循环结构等变成结构；也用到了数据结构，如数组、簇、捆绑成簇等函数控件；还用到了多种VI控件，如波形生成VI（如正弦波和方波）、布尔逻辑控件VI、旋钮VI等多个LabVIEW控件。
此外，在程序框图的编写中，还创建了多个LabVIEW子控件，用于双通道示波器部分功能的实现。
读者通过对这些LabVIEW编程结构、控件的使用以及多个子VI子控件的创建和使用的学习，可以更好地掌握LabVIEW编程地方法和技术。
6.参考文献
[1]陈振官、陈宏威等.《光电子电路及制作实例》．国防工业出版社．2006年1月．
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[3]李昕、曲梦可、荣誉、尹雪莉，燕山大学生物医学工程系．基于MSP430单片机低功耗湿度计的设计．中文期刊．2006年z2期．
[4]范金鹏.湿度计量标准的现状和挑战.中国计量测试学会温度计量专业委员会论文集.2005年11月.12～42.
[5] 肖景和.集成运算放大器应用精粹[Ｍ].人民邮电出版社.2006.
[6] 孟立凡，蓝金辉.传感器原理与应用[Ｍ].电子工业出版社.2007.
[7] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[Ｍ].第四版.高等教育出版社.1980.
[8] 梁廷贵，王裕琛.积分式A/D转换器 其它专用集成电路分册[Ｍ].科技文献出版社.2005.
基于虚拟仪器的双踪示波器的设计
【摘要】虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。
本次设计主要是阐述虚拟双踪示波器的前面板和程序框图的设计。设计完的双踪示波器的功能包括能够产生A通道、B通道、A+B通道、交替和断续出现的正弦波、矩形波、三角波、锯齿波四种信号波形；波形的频率、幅值、相位、偏移量及占空比等参数由前面板控件实时可调。
【关键词】 虚拟仪器，双踪示波器，LABVIEW
引言
虚拟仪器(简称VI)是电子测量技术与计算机技术深层次结合、具有良好发展前景的新一类电子仪器。其核心思想是通过软件将计算机硬件与仪器硬件有机的结合，利用计算机的强大的数据处理能力，由用户根据软件定义的界面来操作计算机，完成对被测信号的采集、分析、处理、判断及显示等一系列功能，从而实现仪器的功能。虚拟仪器的出现标志着自动测试技术与电子测量仪器技术进入一个崭新的发展时期，随着科学技术的发展，虚拟仪器将成为未来仪器的必然趋势。随着测控技术、通信技术和计算机技术的飞跃发展 ,20世纪80年代提出的虚拟仪器技术也迅速发展起来．并且不断改进原有的测量技术，扩大虚拟仪器的测控功能和应用领域。虚拟仪器的核心思想是“软件就是仪器”。即利用强大的计算机资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以最大限度地降低系统成本，增强系统功能和灵活性。
介绍一种虚拟双通道示波器的设计与实现过程。该仪器是基于图形化编程语言LabVIEW8．6开发的，具有数据采集、波形显示、数据存储、回放测量、输出打印、网上传送等功能。试验结果表明，该仪器工作性能稳定，测量精度高，功能可以不断扩展，而且人机友好界面清晰．适合不同层次的人员使用。
示波器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。与传统的示波器相比，本研究设计的虚拟示波器主要具有以下优点：1)功能和性能指标可以扩展；2)操作面板简单清晰，初学者易掌握；3)具有强大的网络通信能力。此外，
还具有数据采集、数据显示、数据存储、数据回放、数据网络传送等功能。
1 虚拟仪器介绍
1.1虚拟仪器简介 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。
20年来，无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。
美国国家仪器公司NI（National Instruments）提出的虚拟测量仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。
“软件即是仪器”这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I／O部件来构建虚拟仪器。I／O部件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传感器。NI所拥有的虚拟仪器产品包括软件产品（如LabVIEW）、GPIB产品、数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、DSP产品和VXI控制产品等。
1.2虚拟仪器的特点和优势
虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优势，但它并不否定传统仪器的作用，它们相互交叉又相互补充，相得益彰。在高速度、高带宽和专业测试领域，
独立仪器具有无可替代的优势。在中低档测试领域，虚拟仪器可取代一部分独立仪器的工作，但完成复杂环境下的自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏，是传统的独立仪器难以胜任的，甚至不可思议的工作。
专家们指出，在这个计算机和网络时代，利用计算机和网络技术对传统的产业进行改造，已是大势所趋，而虚拟仪器系统正是计算机和网络技术与传统的仪器技术进行融合的产物，因此，在21世纪，虚拟仪器将大行其道，日渐受宠，将会引发传统的仪器产业一场新的革命。
LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。
LabVIEW采用图形化编程语言--G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用LabVIEW。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。
LabVIEW这么容易学习和使用，是不是LabVIEW的功能十分有限呢？不。像C或C++等其它计算机高级语言一样，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更?有效。而且LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言--G语言。
LabVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进
行分析研究、传输等场合。
总之，由于LabVIEW能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便，深受用户青睐。与传统的编程语言比较，LabVIEW图形编程方式能够节省85％以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，体现出了极高的效率。使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。例如，用户可以将原有的带有RS232接口的仪器、VXI总线仪器以及GPIB仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作。
可以预见，由于LabVIEW这些其他语言无法比拟的优势，已经成为该领域的一朵奇葩！最终将引发传统的仪器产业一场新的革命。
1.3虚拟仪器的未来测评
虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前使用较多的是IEEE 488或GPIB协议。未来的仪器也应当是网络化的。
LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的３２位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。
它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！现在的图形化主要是上层的系统，国内现在已经开发出图形化的单片机编程系统（支持32位的嵌入式系统，并且可以扩展的）。
2.课题要求
2.1课题要求
（1）编写LABVIEW虚拟示波器实验程序，要求可以对两路信号进行观察与测量。
（2）界面要求：参数控制、控制按钮、波形显示。
（3）观察仿真结果并进行分析。
（4）对该虚拟示波器进行性能评价。
2.2课题要点和指导
（1）电子示波器的基本组成
电子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波器、幅度校正器、扫描时间校正器、电源几部分组成。
双踪和双线示波器都可在一个示波管荧光屏上同时显示出两个信号波形，用来比较被测系统的输入和输出信号，研究波形变换器的各级信号，观察脉冲电路各点波形，信号通过网络时的波形畸变，测量相移等等。
双踪示波器也称双迹示波器，它的垂直偏转通道由A和B两个通道组成。如图2所示，两个通道的输出信号在电子开关控制下，交替通过主通道加于示波管的同一对垂直偏转板。A、B两个通道是相同的，包括衰减器、射极跟随器、前置放大器以及平衡倒相器。平衡倒相器的作用是把输入信号转换为对称的波形输出。
（2）掌握双踪示波器的基本原理和组成结构，学习和掌握使用LabVIEW设计虚拟双踪示波器的基本方法。利用LabVIEW开发平台，设计和完成一个双踪示波器的设计。该双踪示波器能对两个信号进行显示和测量。
3设计与实现
启动Labview: 下面开始创建一个VI，该VI产生一个信号并将信号在图形中显示。启动LabVIEW后会出现启动窗口如下图1所示。这个窗口可创建新VI、浏览最近打开的LabVIEW文件及寻求帮助等，新建VI既可以进行虚拟仪器的编辑。
图1 启动LABVIEW
3.1设计目的
本次设计的VI在创建过程中，首先创建界面，然后进行程序框图的编写 。在程序编写中，使用了层叠式顺序结构、分支选择结构、循环结构等编程逻辑结构以及常见的数据结构，如簇、捆绑成簇等数据处理结构；同时，还用到了波形生成控件VI（如正弦波和方波）、布尔逻辑控件VI、旋钮控件VI等多个LabVIEW控件。
此外，在程序框图的编写过程中，本次创建了多个LabVIEW子控件，用于双通道示波器部分功能的实现。通过对这些LabVIEW编程结构和常用控件的使用，以及多个子控件VI的创建和使用，可以使我们更好地掌握LabVIEW编程方法和
技术。
在本次的学习基础上，我们还可以加入其他信号生成和信号处理过程，进一步深化模拟过程，从而更好地进行模拟、测量和仿真，进一步完善双通道示波器的功能。在双通道示波器运行过程中，可以进行相应功能的调节和信号调节和测试。
3.2双通道示波器VI的前面板设计
如图2所示为本次创建的双通道示波器的前面板设计。该双通道示波器的主要功能通过以下几个主要功能块的编程来实现。
图2 双踪示波器前面板设计
3.2.1调用子VI模块
如图3所示是调用的子VI后显示的参数控制，将之前做的信号发生器作为一个子VI调用到双踪示波器的参数控制中。调用子VI的参数有信号类型、频率、幅值、相位和占空比。
图3 调用子VI后的参数控制模块
3.2.2检测模块
如图4所示是检测并显示波形参数数据的模块。检测通道1和2的频率以及幅值。
图4 检测模块
3.2.3 A通道与B通道的开关控制并显示通道类型模块
如图5所示是显示显示方式的模块，选择不同的类型会分别显示A、B、A+B、交替和断续的波形。
图5 显示及开关模块
3.3双通道示波器VI的程序框图
如图6所示为本次创建的双通道示波器的程序框图。该双通道示波器的主要功能通过以下几个主要功能块的编程来实现。
图6 双踪示波器的程序框图
3.3.1调用子VI模块
如图7所示是调用的子VI后，程序框图的显示：
图7 调用的子VI
3.3.2检测模块
如图8所示是检测频率和幅值的程序框图：
图8 检测频率与幅值的程序框图
3.3.3 A通道与B通道的开关控制并显示通道类型模块
如图9所示，显示的是A通道的波形图程序框图，将A的结果连进来，用了一个条件结构，当选择“0”时，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示正弦波、三角波、方波和锯齿波。
图9 显示A通道波形的程序框图
如图10所示，显示的是B通道的波形图程序框图，将B的结果连进来，用了一个条件结构，当选择“1”时，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示正弦波、三角波、方波和锯齿波。
图10 显示B通道波形的程序框图
如图11所示，显示的是A+B通道的波形图程序框图，将A和B的结果连进来，用了一个条件结构，当选择“2”时，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示A+B的波形。
图11 显示A+B通道波形的程序框图
如图12所示，显示的是A、B通道交替的波形图程序框图，将A和B的结果连进来，用了一个条件结构，当选择“3”时，在这个条件结构里再加一个条件结构，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示A、B交替的波形。
图12 显示A、B通道交替波形的程序框图
如图13所示，显示的是断续的波形图程序框图，将A和B的结果连进来，用了五个条件结构，能在前面板的波形图中通过选择信号类型显示断续的波形。
图13 显示断续波形的程序框图
3.4双通道示波器VI的运行操作
运行双通道示波器VI控件，可以通过以下步骤进行操作。通过这些操作步骤过程，可以对本章创建的双通道示波器VI控件的主要功能进行测试、调节和使用。
* 第一步：单击LabVIEW8.6运行按钮，运行双通道示波器VI控件。
* 第二步：调节该示波器的一些主要选择开关及旋钮，可以测试该示波器的 主 要功能。
* 第三步：选择通道开关，可以选择通道A信号显示、通道B信号显示、 A和B两个通道的信号同时显示、交替信号显示和断续信号显示。
* 第四步：选择调节开关，可以调节频率和幅值旋钮，可以改善、测试和调节示波器所显示的波形情况。
* 第五步：在程序控制开关面板，可以显示该双通道示波器的信息以及中止该示波器VI的运行。
通过以上简单功能的选择和调节，可以调节和测试该示波器的主要功能。
4.调试与结果
通过选择信号类型，选择频率与幅度等参数，在选择A、B通道的开关显示不同要求的波形，如下图所示：
如图14所示是显示A通道以正弦波波形为例：
图14 A通道正弦波波形
如图15所示是显示B通道以三角波波形为例：
图15 B通道三角波波形
如图16所示是显示A+B通道的波形图：
图16 A+B通道波形
如图17、18所示是显示交替的波形过程：
图17 交替显示的A通道正弦波波形
图18 交替显示的B通道方波波形
如图19、20、21所示是显示断续的波形过程，以A通道显示三角波为例：
图
19
图20
图21
5.心得体会
本次创建了双通道示波器LabVIEW控件，能够实现单双通道信号显示，并调用子VI。在程序编写中，大量使用了层叠式顺序结构、分支选择结构（case-switch）、while循环结构等变成结构；也用到了数据结构，如数组、簇、捆绑成簇等函数控件；还用到了多种VI控件，如波形生成VI（如正弦波和方波）、布尔逻辑控件VI、旋钮VI等多个LabVIEW控件。
此外，在程序框图的编写中，还创建了多个LabVIEW子控件，用于双通道示波器部分功能的实现。
读者通过对这些LabVIEW编程结构、控件的使用以及多个子VI子控件的创建和使用的学习，可以更好地掌握LabVIEW编程地方法和技术。
6.参考文献
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