基于LabVIEW的虚拟示波器的设计

杨凤霞 韩 祎

（1.西安航空职业技术学院，陕西 西安 710089；2.中航工业第一飞机设计研究院，陕西 西安 710089）

1 引言

示波器是常用的电子测试仪器之一，是一种分析和比较信号的综合性仪器，能在荧光屏上将电压或电流以时间函数的形式描绘出来，是电信号的时域测量和显示仪器。因此，示波器的使用是学校实验教学活动中一个必不可少的项目，然而，由于学校硬件条件的限制，很多学校的实验设备不能满足学生日常学习的需要。所以虚拟实验作为传统实验的一个必要的、有益的补充，具有较好的经济性，较强的针对性，较大的开放性等特点，被越来越多的应用在学校教学环节当中。

LabVIEW作为一种功能强大的图形化编程软件，与传统的编程软件相比，具有开发效率更高、对硬件的支持性更好等特点，已经被越来越多地应用到各种领域。本文以 LabVIEW为开发平台，设计了一个虚拟示波器，期望解决学校实验设备不足的问题，满足教学要求，提高教学质量。

2 虚拟示波器的功能设计

该示波器的主界面如图 1所示，在界面的构造和风格上模拟了双踪示波器的面板，实现了对一些常用的示波器操作和功能的控制。该软件具有以下操作功能：

（1）实现双通道信号显示。本次设计的目的旨在让学生学习示波器的使用，因此只用两组仿真信号来替代真实输入信号。该软件可以单独显示A通道（方波信号）和B通道（正弦波信号）的波形，也可以将两通道波形同时显示。

（2）实现垂直增益的调节。“垂直增益”旋钮决定波形在垂直方向上的比例因子，单位是伏/格（V/div），该软件设计中垂直增益设置5个档位可调。

（3）实现水平时基的调节。“水平时基”旋钮决定波形在水平方向上的比例因子，单位是伏/格（ms/div），该软件中水平时基设置了4个档位可调。

（4）实现波形位置的调节。水平位置决定波形在水平方向上的位置，软件中设置了一个“水平位置”旋钮，可以同时调节两通道波形的水平位置。垂直位置决定通道波形在垂直方向上的位置，该软件各通道波形的位置是独立可调的。

图1 虚拟示波器前面板

3 软件的开发与设计

3.1 双通道仿真信号模块的设计

双通道仿真信号模块的设计框图如图 2所示，虚拟产生两组频率相同的正弦波和方波，其幅值分别为2V和1V，并且各自叠加了 0.1V白噪声信号。在该软件中通道的选择采用Case结构设计完成，通过改变信号的初始值来调节信号的水平位置，通过设置直流叠加量来调节信号的垂直位置。

图2 双通道仿真信号模块

3.2 垂直增益功能和水平时基功能的实现

图3和图4分别为垂直增益调节和水平时基调节的设计框图。两者均采用属性节点功能来设计完成。通过改变Waveform Graph的YScale.Range和XScale.Range的属性值对图表的坐标进行改变。

图3 垂直增益调节设计框图

图4 水平时基调节设计框图

4 结论

结合教学实际情况，针对现有方法的不足，本文提出了基于 labVIEW的虚拟数字示波器的设计方案。本设计基本实现了虚拟示波器的功能，其框图程序的可读性较强，界面友好，操作较方便。结果表明，该系统能很好地实现示波器的功能，能清楚直观地显示信号波形，真实地反映双通道示波器的使用方法。能较好满足日常教学需要。

该软件通过学生使用情况发现创新点如下：

（1）在实验设备不足的情况下，解决提高学生综合技能和实践技能的问题。

（2）现有的实验内容侧重于理论验证和简单的接插线，所有学生的实验内容一样，将学生的思维限定在一个很窄的范围内，LabVIEW让学生在相同的任务下完成千变万化的结构设计，在相同的软件环境下开发出千变万化的产品，有利于培养学生的自主设计能力和创新能力。

（3）良好的可扩展性，用户可以根据需要，增加系统功能，如对信号的频谱分析等。

（4）学生通过实验在更好的掌握专业知识的同时，学习了和自己专业密切相关的虚拟仪器技术，成为学生的一技之长，有利于提高学生的就业竞争力和工作后的影响力。

但是在本设计中功能还比较单一，应增加更多的内容，比如测量、频谱分析以及波形的存储及回放等，这些都需要在以后的应用中不断的去完善。

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