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基于Labview的虚拟示波器设计-图文

数据采集卡接收的信号是范围很广的电压信号，如果太强，就需要衰
减器把被测信号减弱后再输入给数据采集卡，这样一方面可以保证数据采
集卡可以顺利采数，另一方面有利于系统的安全运行。而对于微弱信号要
进行放大，以提高分辨率和降低噪音，也使调理后信号的最大电压值和

ADC最大输入值相等，这样可以提高精度。在设定调理电路的放大或衰减
倍数时，一般应满足这样一个条件:经调理后的信号其最大值应尽可能地
达到数据采集卡可以接受的电压范围，最大限度地提高数据的准确度。(2)

隔离

隔离是指使用变压器、光或电容祸合等方法阻碍被测系统和测试系统
之间传递信号，避免发生直接连接，使用祸合主要有两个方面原因:一是
从安全的角度把传感器信号同计算机隔离，因为被监测系统可能产生瞬时
高压，另一个原因是隔离可以使从数据采集卡出来的数据不受地电位和输

入模式的影响，减少误差。(3)滤波

滤波的目的是消除噪音信号，提高输入信号的信噪比。噪音滤波器通
常用于直流信号;交流信号通常需要抗失真的低通滤波器，因为这样的滤
波器有一陡峭的截止频率，因而几乎能够完全消除高频干扰信号。(4)激

励

由于电工测量试验中经常要要用到正弦波、方波等信号，且有时需要

为一些传感器提供激励信号，故由虚拟信号发生器产生各种信号

并由信号调理电路进行功率放大后输出。(5)线性化

很多传感器对被测量都有非线性响应，因而需要对输出信号进行线性

化。
3数据采集硬件

数据采集硬件与众多因素有关，要根据具体情况进行分析，下面是通

用的特征:(1)采样频率

采样频率高，就能在一定时间内获得更多的原始信息，见图4一1(a)
所示。为了再现原始信号，必须有足够高的采样频率。显然，如果信号变
化比采样板的数字化要快，或采样太慢，就会产生波形失真，见图4一

1(b)。根据采样定理，采样频率至少是输入最高频率的两倍，才可能不产

生失真。(2)采样方法

要从多个通道得到数据，通常使用多路开关把每个信号端连接到A/D
转化器(ADC)。采用连续扫描方法，要比给每个通道一个放大器和ADC要
经济得多，但这仅仅实用于在采样点之间对时间不是很重要的场合。如果
采样点之间对时间要求严格，则必须同时采样。对于低频信号，可以用间
隔扫描办法来产生同时采样的效果，而不必增加采样保持电路。这种方法
一定时间间隔扫描输入通道，用脉冲来计算各通道两次扫描的时间间隔。

(3)分辨率

ADC的位数越多，分辨率就越高，可区分的电压就越小。例如，三位
转化器把模拟电压分成2’(8位)段，每段用二进制代码在000到In之间
表示，因而数字并不能真实反映原始信号，因为一部分信息被漏掉了。如
果增加到16位，代码增加到655536，这样就可以得到较为精确地反映原

始信号的数字信号。(4)电压范围

电压范围指ADC能扫描到最高和最低电压。一般情况下，由于DAQ卡
的电压范围可以调节，所以将信号电压范围调到与微机相匹配以便利用其
可靠的分辨率范围。范围、增益、分辨率决定了可分辨的最小电压变化，

它表示ILSB。例如，某DAQ板的分辨率为16位，范围取0一1OV，增益
取100，则有1LSB=(10/100某Z’6)=1.5协v，这样一来，在数字化的过

成中，一位的分辨率为1.pv。(5)模拟输出

模拟输出电路通常是为DAQ板的系统提供激励电压或电流。DAQ输出
信号由停滞、转换率、分辨率等构成。停滞时间和转换率决定了输出信号

幅值改变的快慢。(6)定时I/0

许多场合都要用到定时器，如数字脉冲定时、产生方波等。定时器包
括三个重要信息:门限信号、计时信号、输出。门限信号实际上是触发信
号一使它工作或不工作;计时信号也就是信号源，它提供了继续其操作的
时间基准;输出是在输出线上产生方波和脉冲。他们最重要的参数是分辨

率和时钟频率。高分辨率意味着计数器可以计更多

的数，时钟频率决定了产生数据信号输入的快慢，频率越高，计数增

长得越快，因而输入端的信号频率高，就可以产生高频的脉冲波和方波。

4驱动软件

没有软件，甚至没有好的软件，数据采集硬件系统不可能发挥很大的
作用。数据系统一个主要方面是驱动软件的使用。驱动软件是直接对数据
采集硬件系统来进行设计的软件层，管理着系统的操作以及和计算机资源

的组合，比如CPU中断、DMA传送、存储器等。驱动软件在保持高性能、
提高给用户易于理解的基础的同时，隐藏了复杂、详细的硬件及程序设计。

N工一DAQ就是N1公司高性能数据采集及驱动程序。数据采集技术是电
子测量仪器的基础，当然也是虚拟仪器的基础。只有当数据采集部分正确

工作，整个虚拟仪器系统才能正确工作。

3.2数据采集系统的设计
2所示，它由多路