基于多功能DAQ卡的虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計
[導(dǎo)讀]要介紹了虛擬儀器的組成，基于Labwindows/CVI和NI公司的PXI-6670E數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計了一個虛擬數(shù)字示波器。
摘 要：簡要介紹了虛擬儀器的組成，基于Labwindows/CVI和NI公司的PXI-6670E數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計了一個虛擬數(shù)字示波器。該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，不僅具有實時采集功能，還具有頻譜分析、加窗處理、濾波功能和數(shù)字存儲等功能。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；Labwindows/CVI；數(shù)據(jù)采集卡；頻譜分析
引言
虛擬儀器中有一類是基于多功能DAQ卡的虛擬儀器，結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)成本低，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文以一個基于多功能DAQ卡的虛擬數(shù)字示波器為例，來說明如何開發(fā)基于多功能DAQ卡的虛擬儀器。
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(yīng)的軟件組成。將它們安裝在一臺運(yùn)行Windows的PC上，即構(gòu)成一個功能強(qiáng)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(shè)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(yīng)的功能鍵就可進(jìn)入相應(yīng)的子面板。
軟件的設(shè)計與實現(xiàn)
● 軟件開發(fā)環(huán)境。
虛擬數(shù)字示波器軟件設(shè)計采用了基于C語言的編程環(huán)境LabWindows/CVI。LabWindows/CVI支持?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)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(shè)置通道、設(shè)置采樣頻率、設(shè)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(jìn)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(jìn)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(dāng)完成面板各個控件的設(shè)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(dāng)前響應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(wù)*/
nidaqAIConfigScanClockRate(AiTask,400000,&ActScanRate); /*設(shè)置采樣速率*/
nidaqAIConfigBuffer(AiTask,1000,kNidaqFinite);/*設(shè)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(yùn)行。
結(jié)論
本文設(shè)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(jī)強(qiáng)大的功能和軟件設(shè)計的靈活性，而且此虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計包含了基于多功能DAQ卡的虛擬儀器設(shè)計的基本思路和方法，用戶可以參照這種方法來設(shè)計其他虛擬儀器。
參考文獻(xiàn)
1 楊樂平,李海濤.虛擬儀器技術(shù)概論.電子工業(yè)出版社
2 劉君華.LabWindows/CVI基礎(chǔ)教程.電子工業(yè)出版社
3 National Instruments Corporation.PXI-6670E User Manual.2001
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；Labwindows/CVI；數(shù)據(jù)采集卡；頻譜分析
引言
虛擬儀器中有一類是基于多功能DAQ卡的虛擬儀器，結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)成本低，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文以一個基于多功能DAQ卡的虛擬數(shù)字示波器為例，來說明如何開發(fā)基于多功能DAQ卡的虛擬儀器。
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(yīng)的軟件組成。將它們安裝在一臺運(yùn)行Windows的PC上，即構(gòu)成一個功能強(qiáng)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(shè)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(yīng)的功能鍵就可進(jìn)入相應(yīng)的子面板。
軟件的設(shè)計與實現(xiàn)
● 軟件開發(fā)環(huán)境。
虛擬數(shù)字示波器軟件設(shè)計采用了基于C語言的編程環(huán)境LabWindows/CVI。LabWindows/CVI支持?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)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(shè)置通道、設(shè)置采樣頻率、設(shè)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(jìn)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(jìn)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(dāng)完成面板各個控件的設(shè)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(dāng)前響應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(wù)*/
nidaqAIConfigScanClockRate(AiTask,400000,&ActScanRate); /*設(shè)置采樣速率*/
nidaqAIConfigBuffer(AiTask,1000,kNidaqFinite);/*設(shè)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(yùn)行。
結(jié)論
本文設(shè)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(jī)強(qiáng)大的功能和軟件設(shè)計的靈活性，而且此虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計包含了基于多功能DAQ卡的虛擬儀器設(shè)計的基本思路和方法，用戶可以參照這種方法來設(shè)計其他虛擬儀器。
參考文獻(xiàn)
1 楊樂平,李海濤.虛擬儀器技術(shù)概論.電子工業(yè)出版社
2 劉君華.LabWindows/CVI基礎(chǔ)教程.電子工業(yè)出版社
3 National Instruments Corporation.PXI-6670E User Manual.2001
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