虛擬示波器的設(shè)計(jì)

林清馨

[摘要]數(shù)據(jù)采集是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，廣泛的應(yīng)用在虛擬儀器、智能儀器、信號(hào)處理等領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)的技術(shù)發(fā)展和在測(cè)試儀器領(lǐng)域中的應(yīng)用帶來了虛擬器件的概念，設(shè)計(jì)基于RS232通信的數(shù)據(jù)采集器是虛擬儀器的基礎(chǔ)硬件設(shè)備。充分的發(fā)揮RS232總線的優(yōu)勢(shì)，必能形成性價(jià)比更好的數(shù)據(jù)采集器，使之成為虛擬測(cè)試儀器的堅(jiān)實(shí)硬件基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]虛擬儀器 RS232總線 ADC0804 LabVIEW

中圖分類號(hào)：TN98文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(chǎn)廠家來定義、設(shè)計(jì)和制造。從理論上而言，在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上增加必要的信號(hào)采集與控制硬件，就已經(jīng)具備了構(gòu)成測(cè)試儀器的基本條件，關(guān)鍵是根據(jù)儀器的功能要求設(shè)計(jì)開發(fā)包括數(shù)據(jù)采集、控制、分析、處理、顯示，并且支持靈活的人機(jī)交互操作的系統(tǒng)軟件。

二、虛擬儀器的特點(diǎn)

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(biāo)準(zhǔn)。5.于構(gòu)成復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性好。

三、擬示波器的三個(gè)方向發(fā)展

1.DAQ轉(zhuǎn)向外掛式，PC-DAQ式虛擬儀器是現(xiàn)在比較流行的虛擬儀器系統(tǒng)。2.數(shù)據(jù)傳輸總線系統(tǒng)。3.現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。

四、設(shè)計(jì)過程

（一）硬件部分

1．體方案設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)由輸入信號(hào)接口及調(diào)理模塊、主控制器、高速A/D轉(zhuǎn)換、觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生、RS232接口和PC機(jī)組成。輸入信號(hào)接口及調(diào)理模塊就是對(duì)前級(jí)的信號(hào)通過調(diào)理電路進(jìn)行濾波、放大或衰減等操作，將信號(hào)幅度控制在合適的范圍內(nèi)，以便后級(jí)的數(shù)據(jù)采樣；接下來把信號(hào)送到高速A/D轉(zhuǎn)換器中，對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)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(jī)上顯示。

2．號(hào)調(diào)理電路。信號(hào)調(diào)理電路就是要把被測(cè)量的信號(hào)線性調(diào)整到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的可輸入范圍。信號(hào)調(diào)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(jīng)計(jì)算機(jī)向系統(tǒng)中輸入波形，也可將系統(tǒng)產(chǎn)生的波形傳送給具有RS232接口的外設(shè)輸入波形數(shù)據(jù)，供單片機(jī)使用，也可連接打印機(jī)等外設(shè)，對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的波形進(jìn)行打印。

（二）下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

1.PC機(jī)部分。PC機(jī)采用LABVIEW編程。

2.下位機(jī)部分。在通信過程中，單片機(jī)一直處于接收狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備接收PC機(jī)發(fā)來的命令包。當(dāng)單片機(jī)接收完一命令包后，按照通信協(xié)議規(guī)定去執(zhí)行相應(yīng)操作。當(dāng)操作成功，返回表示“命令已成功執(zhí)行”的回應(yīng)；否則，返回“命令執(zhí)行時(shí)失敗”的回應(yīng)信息。當(dāng)單片機(jī)在接收到一幀錯(cuò)誤的命令包后，會(huì)返回“接收出錯(cuò)”的回應(yīng)信息。

（三）波形的顯示及處理

首先使用硬件設(shè)備采集板（DAQ）將數(shù)據(jù)采集到，接著使用RS232與PC機(jī)進(jìn)行通信，通過它們之間通信協(xié)議的約束，數(shù)據(jù)流就傳到了LABVIEW的RS232通道中，再使用LABVIEW中的模入模塊對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行采集，這樣數(shù)據(jù)流就被采集到PC機(jī)上。接下來應(yīng)用LABVIEW其它功能程序就可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和處理了。

（四）產(chǎn)品的制作、安裝與調(diào)試

1．電路圖的繪制。過程主要是：先完成PCB圖的布線繪制，認(rèn)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(zhuǎn)印、腐蝕和鉆孔四個(gè)主要制作工序。

2．系統(tǒng)調(diào)試及分析。首先，對(duì)電源部分進(jìn)行調(diào)試；其次，測(cè)調(diào)理電路的輸出電壓；再次，進(jìn)行了WR/引腳信號(hào)的測(cè)量；最后，中央控制單元電路及程序的調(diào)試。在程序的調(diào)試過程中，我多次更改程序，以達(dá)到不斷的完善功能，在每個(gè)管腳都成功的輸出正確信號(hào)后，剩下的就是整機(jī)功能的測(cè)試。

五、結(jié)語

本課題是基于PC機(jī)的虛擬示波器器設(shè)計(jì)，采用RS232接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，它包含硬件和軟件兩部分設(shè)計(jì)，不僅具有了價(jià)格低廉、界面美觀等特點(diǎn)，而且具有傳統(tǒng)示波器中比較高端的存儲(chǔ)、回顯以及數(shù)字濾波等功能，更可以根據(jù)需要隨時(shí)靈活修改程序，增加功能以滿足更個(gè)性化的要求。

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