一類虛擬示波器及信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)示波器功能比較單一、測試準(zhǔn)確度差，而目前的數(shù)字存儲示波器雖然測試準(zhǔn)確度高，且具有較強(qiáng)的數(shù)字化處理能力，但是這種示波器價(jià)格昂貴，儀器功能模塊固定，不具備用戶對儀器進(jìn)行定義和用戶編程的功能。虛擬示波器采用計(jì)算機(jī)的虛擬技術(shù)，模擬數(shù)字存儲示波器的操作和功能，它使用個(gè)人計(jì)算機(jī)及其信號采集接口電路來捕捉信號波形，并通過圖形用戶界面來模擬示波器的操作面板，對信號完成測量，并可用于工業(yè)過程自動控制中，對實(shí)時(shí)信號進(jìn)行采集與分析。由于通過計(jì)算機(jī)串口[1]來實(shí)現(xiàn)，a/d和d/a硬件電路自我設(shè)計(jì)相對可靠性差、實(shí)現(xiàn)起來也比較繁瑣，所以，選用基于isa總線的數(shù)據(jù)采集卡，這樣可保證硬件電路的可靠性。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)有采用labview的[2][3]，不過從軟件靈活性、可擴(kuò)展性角度出發(fā)，還是選用通用的編程語言較好。作者使用borland公司的delphi開發(fā)工具，基于相關(guān)的數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計(jì)出虛擬示波器和信號發(fā)生器，該系統(tǒng)目前已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中使用，效果良好，并得到有關(guān)專家的好評。下面就本軟件的開發(fā)過程和內(nèi)容作一些說明。2 總體結(jié)構(gòu)說明設(shè)計(jì)時(shí)總的思路是將需要觀測的物理信號經(jīng)過相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)電路送入數(shù)據(jù)采集卡（a/d），然后再送入軟示波器進(jìn)行波形觀測和處理。軟信號發(fā)生器發(fā)出的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡（d/a）和相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)電路可以送入物理設(shè)備作為信號源使用?？傮w結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。在這里，數(shù)據(jù)采集卡可以自己設(shè)計(jì)，也可以使用現(xiàn)有的產(chǎn)品。為了方便以及保證系統(tǒng)的精確度，作者在開發(fā)過程中使用的是中國臺灣研華pcl711s（isa接口）數(shù)據(jù)采集卡，這款數(shù)據(jù)采集卡速度快，性能高，價(jià)格相對全家特別適用于實(shí)驗(yàn)室使用。它提供8個(gè)模擬量輸入通道，電壓最大范圍為+5v～-5v，1個(gè)模擬量輸出通道，電壓最大范圍在0v～+10v。電壓調(diào)節(jié)電路的作用是對超過數(shù)據(jù)采集卡測量范圍的電壓信號進(jìn)行一定的比例調(diào)節(jié)，同時(shí)也可以對軟信號發(fā)生器發(fā)出的信號進(jìn)行一次的調(diào)節(jié)以適應(yīng)實(shí)際物理設(shè)備的需要。3 軟件設(shè)計(jì)delphi是一個(gè)優(yōu)秀的編程開發(fā)工具，用它開發(fā)程序方便、快捷、且代碼執(zhí)行效率高。下面就軟件設(shè)計(jì)中的各部分程序作簡要的說明。3.1 數(shù)據(jù)采集卡的選擇和設(shè)置程序這部分程序包括采集卡型號的選擇（系統(tǒng)兼容研華pcl812pg等相關(guān)型號的數(shù)據(jù)采集卡），數(shù)據(jù)采集卡的輸入輸出設(shè)定、電壓范圍的設(shè)定。3.2 操作面板程序這部分程度包括控制面板和顯示面板?？刂泼姘逯泻行盘柊l(fā)生器的面板、示波器的控制面板。顯示面板包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示窗口、實(shí)時(shí)波形顯示窗口，如圖2所示。信號發(fā)生器的控制面板中含有波形選擇（提供正弦波、方波、階躍波三種）、幅值勤周期設(shè)定窗口。示波器的控制面板中含波形顯示的速度調(diào)節(jié)（提供0.01秒/格～10秒/格）旋鈕、顯示幅度的設(shè)定窗口、實(shí)時(shí)波形的保存和打印以及開始、暫停、退出等控制按鈕。實(shí)時(shí)波形顯示窗口采用分頁式顯示8個(gè)通道的信號波形，每頁可同時(shí)顯示兩通道，橫軸為時(shí)間軸（分10小格）。 3.3 波形實(shí)時(shí)顯示程序這部分程序是將數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)以一定的波形顯示出來，程序的精度達(dá)到每秒顯示1000個(gè)數(shù)據(jù)。程序?qū)⒉杉碾妷簲?shù)值放入一數(shù)組中，同時(shí)把連續(xù)采集的電壓數(shù)值在所選定的通道上按照所設(shè)定的波形顯示速度在指定區(qū)域?qū)崟r(shí)地顯示出來，并仿照物理示波器進(jìn)行滾屏顯示。3.4 控制程序這部分程序?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)起到協(xié)調(diào)和控制作用，采集windows多任務(wù)機(jī)制讓cpu對各個(gè)任務(wù)進(jìn)行循環(huán)偵測并響應(yīng)各消息對列。這樣達(dá)到對數(shù)據(jù)的采集、波形的繪制、鼠標(biāo)和鍵盤的響應(yīng)、信號波形的發(fā)生，其它一些程序運(yùn)行等許多任務(wù)的協(xié)調(diào)和管理