基于ＰＣＩ－ＤＡＱ卡的虚拟示波器的设计与实现

李文攀

摘要本文介绍了一种基于虚拟仪器思想，用PCI-DAQ实现的高速虚拟数字存储武的示波器。对其设计思想，结构组成进行了介绍，它具有数据采集，波形显示，频谱分析，教据存储等功能，此虚拟示波器可用于虚拟实验室教学系统及电子测量系统。

关键词虚拟仪器；PCI-DAQ卡；示波器

通常仪器是由各种功能硬件组合而成，仪器的功能由厂家定义，很难改变，逐渐跟不上现代测试技术的需要。随着计算机的迅猛发展，虚拟仪器提出“软件就是仪器”的新理念，即仪器的功能由软件来定义。虚拟仪器实质是将传统仪器硬件与计算机软件技术结合起来，以实现并扩展传统仪器的功能，它在智能化程度、处理能力、性价比等方面均比传统仪器具有优势。虚拟示波器利用Labview图形化编程语言开发实现。它具有数据采集、存储、回放，波形显示，电压湘位和功率测量等多种功能。

1虚拟示波器的主要功能特点

虚拟示波器充分发挥了计算机强大的功能和软件设计的灵活性，与传统的示渡器相比。其主要功能特点体现在：

(1)仪器具有开放性，能够通过硬件升级来提高其性能。(2)仪器具有灵活性，在相同硬件条件下，可以通过修改或增加软件模块形成新的仪器功能，即由软件决定仪器的功能。(3)软件采用图形化编程语言Labview具有良好的人机界面。软件开发周期短，操作简洁和可维护性好。(4)充分利用了计算机性能，进行数据分析，存储，并且测量结果和波形可直接打印输出和通过网络共享。

2虚拟示波器整体设计

虚拟示仪器整体分为硬件和软件两大部分，示波器的基本组成框图如图1所示。包括硬件部分和软件部分。硬件部分实现对输入信号的采集，软件部分通过程序对硬件进行控制，在软件里对数据进行分析处理。

2.1 硬件部分

硬件部分包括接口电路和PCI-DAQ卡，实现对对输入信号的调理和保护、12位AID转换、ADC FIFO存储等功能。其核心是PCI-6024E卡，PCI-6024E卡属于NI公司的E系列采集卡，能够提供高性能和可靠的数据采集功能，有16个单端的模拟输入，可以得到高达200kS/s，12-bit性能。此E系列板卡还具有数字触发功能，两路24位、20MHz定时/计数器以及8路数字I/O口，同时还具有两路12位模拟输出。选择不同的采样频率和采样点数可以采集到不同的波形，可以进行单通道扫描和同时进行多个通道扫描。

2.2软件部分

仪器的软件设计决定了仪器的功能，因而软件是仪器的核心。仪器的面板如图2所示。其程序流程图如图3所示。其核心模块是数据采集模块包括触发控制地基幅值控制、通道控制等，另外还有数据处理模块和数据存储功能，其中数据处理模块包括波形显示，频谱分析等。通过软件程序对数据采集卡的控制，实现了对采集通道的选择，可选用单通道也可选用双通道，基于E系列采集卡的优势实现触发控制，通过旋钮可调节幅度。与传统仪器相比，虚拟仪器的优势是能够利用PC机的强大功能，虚拟示波器可把数据存储起来，也能调用存储的数据，实现回放的功能，除了波形显示还可以将波形打印出来。

3结束语

不同于传统仪器，基于PC机的虚拟仪器，使仪器获得了更快的运算速度，更大的存储空间。软件是虚拟仪器的核心决定了仪器的功能，换句话说，通过对软件的修改能够改变或增强仪器的功能。从而使仪器成为一个开放性的系统，突破了传统仪器的限制，使仪器获得了更强的生命力，有了更好的发展前景。