基于多功能DAQ卡的虛擬數(shù)字示波器的設計

虛擬數(shù)字示波器的結(jié)構(gòu)與組成

虛擬數(shù)字示波器由一塊pxi總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡和相應的軟件組成。將它們安裝在一臺運行windows的pc上，即構(gòu)成一個功能強大的可存儲數(shù)字示波器。數(shù)字示波器的前面板如圖1所示。

● 數(shù)據(jù)采集卡

設計中所采用的是ni公司生產(chǎn)的多功能數(shù)據(jù)采集卡pxi-6670e，其主要功能如下：

64路單端/32路差分模擬輸入；12位精度；1.25msps采樣速度；1.25msps磁盤寫入速度；±0.05～±10v輸入范圍；兩路12位模擬輸出；8條數(shù)字i/o線；兩路24位計數(shù)器/定時器。

● 儀器功能。

本例虛擬數(shù)字示波器具有實時數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、加窗處理和濾波等功能。在虛擬數(shù)字示波器主面板上有數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、加窗處理、濾波功能等功能鍵，按相應的功能鍵就可進入相應的子面板。

軟件的設計與實現(xiàn)

● 軟件開發(fā)環(huán)境。

虛擬數(shù)字示波器軟件設計采用了基于c語言的編程環(huán)境labwindows/cvi。labwindows/cvi支持數(shù)值型、布爾型、文本型和串等數(shù)據(jù)類型，而且最大優(yōu)點是能夠通過對話框形式的交互式操作生成標準c程序代碼。另外labwindows/cvi提供了非常豐富的調(diào)試工具,包括單步執(zhí)行、斷點、變量查看、監(jiān)視窗口等，這些功能使程序的調(diào)試變 得更為容易。

● 主要功能模塊。

虛擬數(shù)字示波器主要由軟件控制完成信號的采集和顯示處理，功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

在數(shù)據(jù)采集面板中主要完成以下功能：設置通道、設置采樣頻率、設置產(chǎn)生方式、顯示波形等，其軟面板如圖3所示。

在數(shù)據(jù)采集面板中主要完成以下功能：對實時采集的信號和自行產(chǎn)生的信號進行頻譜分析，查看譜線等功能，其軟面板如圖4所示。
加窗處理面板對實時采集的信號和自行產(chǎn)生的信號加窗處理(包括海明窗、漢明窗、平滑窗和布拉克曼窗等)，其軟面板如圖5所示。

在濾波處理面板中包括以下功能：對實時采集的信號和自行產(chǎn)生的信號進行濾波處理(包括單步濾波法、多步濾波法和傳統(tǒng)方法等)，其軟面板如圖6所示。
● 源程序文件的生成。

當完成面板各個控件的設置后，就可以產(chǎn)生程序的代碼函數(shù)了。具體方法為：把已完成的面板定為當前響應狀態(tài)，在[code]菜單中，選中[generate]中的[all code]，在彈出的對話框中選定函數(shù)主面板和退出函數(shù)，就能產(chǎn)生與用戶接口文件相對應的框架代碼函數(shù)。

● 添加程序代碼。

上一步自動生成的是控件對應的函數(shù)的框架，要使控件完成一定的功能，必須添加程序代碼來控制控件。其中main()函數(shù)是程序的入口，它的功能是初始化程序，裝載用戶面板并顯示，如要完成其他功能須添加代碼。以下這段代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，程序通過調(diào)用數(shù)據(jù)采集按鈕的回調(diào)函數(shù)shou進行外部采集。

int cvicallback show(int panel,int control,int event,void *callbackdata,int eventdata1,int eventdata2)
{
int numchan;/*定義所用通道*/
double actscanrate;/*定義采樣速率*/
switch (event)
{
case event_commit:
nidaqaicreatetask(“daq::1!(0)”, knidaqwaveformcapture, &numchan,&aitask);/*創(chuàng)建采樣任務*/
nidaqaiconfigscanclockrate(aitask,400000,&actscanrate); /*設置采樣速率*/
nidaqaiconfigbuffer(aitask,1000,knidaqfinite);/*設置采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)*/
nidaqaistart(aitask);/*啟動采樣*/
nidaqairead(aitask,“daq::1!(0)”,1000,-1.0,wave);/*讀取采樣數(shù)據(jù)*/
nidaqaistop(aitask);/*結(jié)束采樣*/
deletegraphplot(eepanel,eepanel_wavegraph, -1,val_immediate_dra);/*刪除顯示的波形*/
ploty(eepanel, eepanel_wavegraph, wave, 1000, val_double, val_thin_line, val_empty_square, val_solid, 1, val_yellow); /*顯示波形*/
break;
}
return 0;
}
---限于篇幅，其他功能模塊的實現(xiàn)這里就不一一介紹了。

● 保存項目文件，然后編譯運行。

結(jié)論

本文設計的虛擬數(shù)字示波器不僅具有一般臺式數(shù)字存儲器的功能，而且充分發(fā)揮了微機強大的功能和軟件設計的靈活性，而且此虛擬數(shù)字示波器的設計包含了基于多功能daq卡的虛擬儀器設計的基本思路和方法，用戶可以參照這種方法來設計其他虛擬儀器。