虛擬示波器的設計

林清馨

[摘要]數據采集是信息科學的一個重要分支，廣泛的應用在虛擬儀器、智能儀器、信號處理等領域。計算機的技術發(fā)展和在測試儀器領域中的應用帶來了虛擬器件的概念，設計基于RS232通信的數據采集器是虛擬儀器的基礎硬件設備。充分的發(fā)揮RS232總線的優(yōu)勢，必能形成性價比更好的數據采集器，使之成為虛擬測試儀器的堅實硬件基礎。

[關鍵詞]虛擬儀器 RS232總線 ADC0804 LabVIEW

中圖分類號：TN98文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510030－01

一、虛擬儀器的概念

由于傳統(tǒng)儀器這些功能單元基本上是由硬件或固化的軟件形式存在，因此只能由生產廠家來定義、設計和制造。從理論上而言，在通用計算機平臺上增加必要的信號采集與控制硬件，就已經具備了構成測試儀器的基本條件，關鍵是根據儀器的功能要求設計開發(fā)包括數據采集、控制、分析、處理、顯示，并且支持靈活的人機交互操作的系統(tǒng)軟件。

二、虛擬儀器的特點

1.富和增加了傳統(tǒng)儀器的功能。2.出“軟件即儀器”的新概念。3.器由用戶定義。4.放的工業(yè)標準。5.于構成復雜的測試系統(tǒng)，經濟性好。

三、擬示波器的三個方向發(fā)展

1.DAQ轉向外掛式，PC-DAQ式虛擬儀器是現在比較流行的虛擬儀器系統(tǒng)。2.數據傳輸總線系統(tǒng)。3.現網絡化。

四、設計過程

（一）硬件部分

1．體方案設計。本系統(tǒng)由輸入信號接口及調理模塊、主控制器、高速A/D轉換、觸發(fā)信號產生、RS232接口和PC機組成。輸入信號接口及調理模塊就是對前級的信號通過調理電路進行濾波、放大或衰減等操作，將信號幅度控制在合適的范圍內，以便后級的數據采樣；接下來把信號送到高速A/D轉換器中，對其進行模數轉換，再將采集來的信息傳到主控器中，最后通過主控器的編程命令將其通過RS232總線送到PC機上顯示。

2．號調理電路。信號調理電路就是要把被測量的信號線性調整到模數轉換器的可輸入范圍。信號調理電路的電路如圖1.3所示。

3．S232輸入輸出模塊。RS232是雙向傳輸，可將波形編緝后經計算機向系統(tǒng)中輸入波形，也可將系統(tǒng)產生的波形傳送給具有RS232接口的外設輸入波形數據，供單片機使用，也可連接打印機等外設，對系統(tǒng)所產生的波形進行打印。

（二）下位機軟件設計

1.PC機部分。PC機采用LABVIEW編程。

2.下位機部分。在通信過程中，單片機一直處于接收狀態(tài)，隨時準備接收PC機發(fā)來的命令包。當單片機接收完一命令包后，按照通信協(xié)議規(guī)定去執(zhí)行相應操作。當操作成功，返回表示“命令已成功執(zhí)行”的回應；否則，返回“命令執(zhí)行時失敗”的回應信息。當單片機在接收到一幀錯誤的命令包后，會返回“接收出錯”的回應信息。

（三）波形的顯示及處理

首先使用硬件設備采集板（DAQ）將數據采集到，接著使用RS232與PC機進行通信，通過它們之間通信協(xié)議的約束，數據流就傳到了LABVIEW的RS232通道中，再使用LABVIEW中的模入模塊對數據流進行采集，這樣數據流就被采集到PC機上。接下來應用LABVIEW其它功能程序就可以對數據進行顯示和處理了。

（四）產品的制作、安裝與調試

1．電路圖的繪制。過程主要是：先完成PCB圖的布線繪制，認真檢查正確無誤以后就開始制作電路板．其過程包括打印、轉印、腐蝕和鉆孔四個主要制作工序。

2．系統(tǒng)調試及分析。首先，對電源部分進行調試；其次，測調理電路的輸出電壓；再次，進行了WR/引腳信號的測量；最后，中央控制單元電路及程序的調試。在程序的調試過程中，我多次更改程序，以達到不斷的完善功能，在每個管腳都成功的輸出正確信號后，剩下的就是整機功能的測試。

五、結語

本課題是基于PC機的虛擬示波器器設計，采用RS232接口技術實現數據傳輸，它包含硬件和軟件兩部分設計，不僅具有了價格低廉、界面美觀等特點，而且具有傳統(tǒng)示波器中比較高端的存儲、回顯以及數字濾波等功能，更可以根據需要隨時靈活修改程序，增加功能以滿足更個性化的要求。

參考文獻：

[1]康華光、陳大欽，電子技術基礎模擬部分[M].第四版，高等教育出版社，1998:75-79.

[2]沈蘭蓀，高速數據采集系統(tǒng)的原理與應用[M].人們郵電出版社，1995:23-24.

[3]林占江、林放等，電子測量儀器原理與使用[M].電子工業(yè)出版社，2006.4.