李旭東，薛 玲

(四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川成都610065)

虛擬儀器是以通用計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)控制器、由軟件來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和大部分儀器功能的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的操作和測(cè)量結(jié)果的顯示是以虛擬面板的形式借助于計(jì)算機(jī)顯示來顯示的，而且數(shù)據(jù)的傳送、分析、處理等都是由計(jì)算機(jī)軟件來完成［1］。由于傳統(tǒng)儀器不利于標(biāo)準(zhǔn)化，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性及主要實(shí)現(xiàn)的功能遠(yuǎn)不如虛擬儀器，因此虛擬儀器已逐步取代傳統(tǒng)儀器。USB接口通信，即插即用，其便利性與通用性是任何總線接口無法實(shí)現(xiàn)的，本儀器就采用基于LabVIEW 8.6的多功能人析儀這種接口［2］。

1 系統(tǒng)的程序流程圖

該多功能測(cè)試儀配合PC，實(shí)現(xiàn)雙通道200 MHz實(shí)時(shí)采樣，外加0～30 MHz的信號(hào)源。包括前面板、后面板。其中后面板：DCIN——12 V 直流輸入，POWER——電源開關(guān)和LED指示，USB——USB2.0接口。前面板：CH1，CH2——雙通道同步數(shù)字示波器的輸入，Vin——調(diào)幅信號(hào)輸入，Vout——DDS信號(hào)源輸出，其外形如圖1所示。

圖1 多功能分析儀外形

該系統(tǒng)主要包括數(shù)字示波器、頻譜分析儀、信號(hào)源和掃頻儀4個(gè)設(shè)備以及調(diào)用歷史記錄和保存當(dāng)前記錄以及精度校正等功能組成。數(shù)據(jù)采集器與PC機(jī)相連接后主要遵循如圖2所示的流程開始測(cè)量。

圖2 多功能分析儀系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和組成

該多功能分析儀主要由信號(hào)采集結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理分析顯示結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)所組成。

2.1 信號(hào)采集結(jié)構(gòu)

信號(hào)采集結(jié)構(gòu)是后續(xù)的信號(hào)處理模塊的必要結(jié)構(gòu)。該模塊主要由傳感器、探頭和采集設(shè)備組成，由數(shù)據(jù)采集硬件進(jìn)行信號(hào)采集，信號(hào)采集分為3部分：初始化采集卡配置、信號(hào)采集、釋放采集卡。數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)雙通道200 MHz實(shí)時(shí)采樣，外加0～30 MHz的信號(hào)源，兩個(gè)同步模擬測(cè)量通道，支持多種多重觸發(fā)方式，垂直分辨力為8位，是基于計(jì)算機(jī)USB總線的高速數(shù)據(jù)采集儀器，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高速數(shù)據(jù)的采集?？山邮芏喾N信號(hào)的采集分析，如視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、傳感器信號(hào)等［3］。

數(shù)據(jù)采集器的初始化程序是正確調(diào)試的基礎(chǔ)條件。該采集模塊的初始化程序是應(yīng)用在動(dòng)態(tài)鏈接庫(dll)調(diào)用函數(shù)來完成的，其程序如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)初始化程序方框圖

2.2 數(shù)據(jù)處理分析顯示結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)將把采集到的信號(hào)進(jìn)行判斷、運(yùn)算、放大、轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，最后將信號(hào)轉(zhuǎn)換為波形信號(hào)，以直觀的圖形模式輸出到面板上，本模塊功能主要實(shí)現(xiàn)數(shù)字示波器、頻譜分析儀、信號(hào)源以及掃頻儀的功能。

1)數(shù)字示波器：主要實(shí)現(xiàn)的功能是用于各種簡(jiǎn)單、復(fù)雜、單次和周期信號(hào)的測(cè)量、記錄、存儲(chǔ)、分析。主要程序如圖4所示。

2)頻譜分析儀：主要用于了解所分析信號(hào)的多種詳細(xì)信息，本功能主要通過函數(shù)變換來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)被測(cè)信號(hào)滿足一定的函數(shù)關(guān)系或滿足某種積分的線性組合時(shí)可以把時(shí)域和頻域信號(hào)有效地聯(lián)系起來，根據(jù)此特性可以分析出被測(cè)信號(hào)所描述的詳細(xì)信息，頻譜分析采用按時(shí)間抽取FFT算法［4］，然后將幅值頻譜分析結(jié)果在用戶界面上以坐標(biāo)曲線形式顯示，完成頻域信號(hào)分析?？蓪?shí)現(xiàn)的頻譜分析控制包括：(1)Windows選擇，提供了9種頻譜分析窗口;(2)Log/Linear選擇，提供了2種坐標(biāo)顯示模式;(3)Display Unit選擇，提供了8種單位，其主要程序如圖5所示。

圖4 數(shù)字示波器程序方框圖

圖5 頻譜分析儀程序方框圖

3)信號(hào)源：主要用于給特定的信號(hào)源進(jìn)行模擬仿真，該模塊可以產(chǎn)生三角波、矩形波、鋸齒波以及調(diào)用以前存儲(chǔ)的波形［5］，每種波形的頻率、幅度、相位均可連續(xù)調(diào)節(jié)。

4)掃頻儀：掃描儀程序如圖6所示。

圖6 掃描儀程序方框圖

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)具有信號(hào)波的存儲(chǔ)功能，可以把采集到的信號(hào)方便地存儲(chǔ)在自定義文件中，又可方便地讀取信號(hào)波。

3 系統(tǒng)說明

該系統(tǒng)主要包括數(shù)字示波器、頻譜分析儀、信號(hào)源和掃頻儀4個(gè)設(shè)備以及調(diào)用歷史記錄和保存當(dāng)前記錄以及精度校正等功能組成。數(shù)據(jù)采集器與PC機(jī)相連接后主要遵循如下流程開始測(cè)量：?jiǎn)?dòng)軟件，用戶登錄，選擇軟件測(cè)量功能，選擇通道，開始測(cè)量，調(diào)整測(cè)量參數(shù)，是否保存波形，結(jié)束測(cè)量。主操作面板如圖7所示。

圖7 主操作面板(截圖)

4 結(jié)語

該虛擬多功能測(cè)試儀適用于各類模擬信號(hào)的測(cè)量、器件通信協(xié)議分析、單片機(jī)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、教育以及職業(yè)培訓(xùn)等領(lǐng)域［6］?？梢杂^測(cè)以下信號(hào)類型：1)模擬類如RF高頻信號(hào)、視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、工業(yè)傳感器信號(hào)、可見光信號(hào)、低壓電源開發(fā);2)數(shù)字類，如單片機(jī)I/O時(shí)序、總線時(shí)序。

該多功能測(cè)試儀比普通模擬示波器功能更加強(qiáng)大多樣［7］，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔小巧，方便攜帶，適用于各種電子產(chǎn)品設(shè)備的研發(fā)、維修、測(cè)試等領(lǐng)域，同時(shí)也非常適合應(yīng)用于教育以及職業(yè)培訓(xùn)中，比如信號(hào)與處理實(shí)驗(yàn)室、EDA實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室等;多功能、易升級(jí)、可有效方便地使用，并有助于控制總體成本，支持用戶進(jìn)行二次開發(fā)(MATLAB，LabVIEW，VC，VB)［8］。該儀器是利用最先進(jìn)的SMD技術(shù)制造，以減少內(nèi)部布線的數(shù)量和縮短印刷電路板銅箔路線，大大提升了高頻率的性能及產(chǎn)品信賴度［9］。

［1］包敬民，齊新社，馬剛.基于LabVIEW 8.2的虛擬頻譜分析儀的設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2007(22)：200-202.

［2］周永強(qiáng)，姚振和.虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，1999(2)：43-46.

［3］劉陽.虛擬儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，1996(4)：4-5.

［4］路林吉，饒家明.虛擬儀器講座第三講面向儀器與測(cè)控過程的圖形化開發(fā)平臺(tái)——LabVIEW［J］.電子技術(shù)，2000，27(3)：46-48.

［5］Cypress Semiconductor Corporation.EZ-USB FX2 manual technical reference version 2.1［EB/OL］.［2012-01-13］.http：//www.docin.com/p-172689089.html.

［6］Cypress Semiconductor Corporation.CY7C68013 EZ-USB FX2TM USB microcontroller high-speed USB peripheral controller［EB/OL］.［2012-01-13］.http：//www.digchip.com/datasheets/parts/datasheet/115/CY7C68013.php.

［7］張毅.虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［8］楊樂平，李海濤.Labview程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2001.

［9］侯國(guó)屏，葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.