基本信息
- 項目名稱：
- 基于虛擬儀器的數(shù)字示波器設計及實現(xiàn)
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本課題以美國國家儀器公司開發(fā)的LabVIEW8.2為軟件開發(fā)平臺開發(fā)一種多功能虛擬數(shù)字示波器。它是由由儀器硬件采集外部信號，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的顯示及測量等功能。與傳統(tǒng)的示波器相比，在功能使用上有了很大的提高，除了具有傳統(tǒng)模擬示波器對波形的采集、顯示等功能外，還可以實現(xiàn)對信號的濾波、頻譜分析、參數(shù)測量、數(shù)據(jù)的存儲和回放等功能，具有功能易擴展、開發(fā)周期短等特點。
- 詳細介紹：
- 隨著計算機技術的發(fā)展，儀器工業(yè)正在經(jīng)歷一場巨變。計算機強大的處理和顯示能力，使它可以在數(shù)據(jù)采集、分析和表達中的任意一個方面提升儀器的性能。以虛擬儀器為代表的新型儀器改變了傳統(tǒng)儀器的思想，它們充分利用了計算機強大的軟硬件資源，把計算機技術和測量技術緊密結合起來，是融合了電子測量、信號處理、計算機和網(wǎng)絡技術的新型測量儀器，由于成本低、使用方便等優(yōu)點得到了廣泛的應用。 本課題以數(shù)據(jù)采集卡和通用計算機為硬件開發(fā)平臺，以美國國家儀器公司開發(fā)的LabVIEW8.2為軟件開發(fā)平臺開發(fā)一種多功能虛擬數(shù)字示波器。它是由由儀器硬件采集外部信號，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的顯示及測量等功能。與傳統(tǒng)的示波器相比，在功能使用上有了很大的提高，除了具有傳統(tǒng)模擬示波器對波形的采集、顯示等功能外，還可以實現(xiàn)對信號的濾波、頻譜分析、參數(shù)測量、數(shù)據(jù)的存儲和回放等功能，具有功能易擴展、開發(fā)周期短等特點。 示波器是電子測量行業(yè)最常用的測量儀器之一，主要用來測量并顯示被測信號的參數(shù)和波形，在科學研究、科學實驗以及現(xiàn)場監(jiān)測等許多領域被廣泛應用。隨著科學研究的不斷深入和各種高新技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)示波器的諸如波形不穩(wěn)定、測讀不準確等許多缺陷逐漸顯露出來，而且體積大，耗電多，越來越不能滿足現(xiàn)代應用的需要?！疤摂M儀器”這一新概念測量儀器的誕生，使示波器在功能和作用等多方面發(fā)生了變化。虛擬示波器不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)示波器的功能，并且具有存儲、再現(xiàn)、分析、處理波形等傳統(tǒng)示波器所沒有的特點，而且體積小，耗電少。虛擬示波器使用功能強大的微型計算機來完成信號的處理和波形的顯示，利用軟件技術在屏幕上設計出方便、逼真的儀器面板，進行各種信號的處理、加工和分析，用各種不同的方式（如數(shù)據(jù)、圖形、圖表等）表示測量結果，完成各種規(guī)模的測量任務。例如用在虛擬示波器上的軟件功能有：測量結果的譜分析、快速傅立葉變換、各種數(shù)字濾波器、卷積和相關函數(shù)處理、峰值和閾值檢測、數(shù)值運算、時域和頻域分析等。 虛擬示波器的功能可以由用戶自己定義，但其所能達到的性能指標和系統(tǒng)能力不僅與采集模塊的數(shù)字化能力有關，而且與其體系結構有關。目前，虛擬儀器的五種體系結構中，在虛擬示波器中應用最多的是PC-DAQ體系。DAQ（Data Acquisition），即數(shù)據(jù)采集儀器，它的出現(xiàn)和發(fā)展與微型計算機密切相關。DAQ儀器以微型計算機為平臺，配以用于測量和測試的數(shù)據(jù)采集卡及計算機軟件（虛擬示波器應用軟件），實現(xiàn)示波器的功能。 基于計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、信號調理、數(shù)據(jù)采集（DAQ）硬件、個人計算機、軟件等基本要素構成。 本設計首先將示波器從功能上劃分為數(shù)據(jù)采集控制和數(shù)據(jù)處理這兩個大模塊，然后再將它們細化為一系列小的功能模塊，最后將各模塊采用自上而下的方法進行程序設計。數(shù)據(jù)采集控制可以細化為通道控制模塊、觸發(fā)模塊和采集模塊。數(shù)據(jù)處理模塊細化為數(shù)據(jù)濾波模塊、參數(shù)計算模塊、頻譜分析模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)回放模塊和主控模塊（軟面板模塊）。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 利用聲卡DSP技術和LabVIEW多線程技術，提出了一種基于聲卡的數(shù)據(jù)采集與分析的廉價方案，具有實現(xiàn)簡單、界面友好、性能穩(wěn)定可靠等諸多優(yōu)點。在LabVIEW環(huán)境中實現(xiàn)了音頻信號的采集分析及數(shù)據(jù)存盤重載。PC上配置多塊聲卡即可構成實時、高信噪比的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。可以推廣到語音識別、環(huán)境噪聲監(jiān)測和實驗室測量等多種領域，應用前景廣闊。 性能指標：三通道同時進行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)實時地進行顯示，并將數(shù)據(jù)存入計算機軟硬盤中，可隨時回放。 （1）可對每個通道進行數(shù)字濾波和頻譜分析。 （2）可通過軟件控制采樣率，觸發(fā)源，觸發(fā)電平，時基，放大器增益，輸入阻抗等。 （3）能測試模擬信號的最高頻率為50KHZ。 （4）示波器的分辨率是12位，電壓靈敏度為0.2mv。 （5）存儲深度為1KB。 （6）示波器的帶寬為250KHZ。
科學性、先進性
- 目前市售的數(shù)據(jù)采集卡都包含了完整的數(shù)據(jù)采集電路和與計算機的接口電路，但其價格與性能基本成正比，一般比較昂貴。隨著DSP(數(shù)字信號處理)技術走向成熟，PC聲卡本身就成為一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它同時具有A/D和D/A轉換功能，不僅價格低廉，而且兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用，軟件特別是驅動程序升級方便。ISA總線向PCI總線的過渡，解決了以往聲卡與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的瓶頸問題，同時也充分發(fā)揮了DSP芯片的性能。而且聲卡用DMA(直接內存讀取)方式傳送數(shù)據(jù)，極大地降低了CPU占用率。一般聲卡16位的A/D轉換精度，比通常12位A/D卡的精度高，對于許多工程測量和科學實驗來說都是足夠高的，其價格卻比后者便宜得多。 如果利用聲卡作為數(shù)據(jù)采集設備，可以組成一個低成本高性能的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。當然，它只適合采集音頻域的信號，即輸入信號頻率必須處于20~20000Hz的音頻范圍內。
獲獎情況及鑒定結果
- 作品于2010年10月在蘭州工業(yè)高等?？茖W校由校團委組織進行展示、評審、鑒定。
作品所處階段
- 產(chǎn)品
技術轉讓方式
- 獨家轉讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品，現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 采用PC技術、DSP技術和LabVIEW多線程技術，實現(xiàn)了對音頻信號實時、高保真的采集與處理。實踐證明，整個系統(tǒng)性價比高，通用性強，界面友好，數(shù)據(jù)存儲方便，性能穩(wěn)定可靠，其個別性能指標甚至優(yōu)于市售數(shù)據(jù)采集板卡，而價格卻不到后者的十分之一。在PC上配置多塊聲卡并行工作，完全可以構成一個多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足特定應用范圍內數(shù)據(jù)采集的需要。如果采用筆記本電腦則無需添加任何硬件就可以構成便攜式測量系統(tǒng)。 在聲卡性能越來越好，成本越來越低，普及率越來越高的情況下，這種方法值得在工程測量應用及相關實驗室中進一步推廣和擴充。例如，對環(huán)境噪聲進行實時監(jiān)測，采集語音信號并進行分析和處理來實現(xiàn)語音識別，還可以實現(xiàn)示波器、信號發(fā)生器及萬用表等設備在音頻信號范圍內的基本功能，其應用前景較為廣闊。
同類課題研究水平概述
- 目前市售的數(shù)據(jù)采集卡都包含了完整的數(shù)據(jù)采集電路和與計算機的接口電路，但其價格與性能基本成正比，一般比較昂貴。隨著DSP(數(shù)字信號處理)技術走向成熟，PC聲卡本身就成為一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它同時具有A/D和D/A轉換功能，不僅價格低廉，而且兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用，軟件特別是驅動程序升級方便。ISA總線向PCI總線的過渡，解決了以往聲卡與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的瓶頸問題，同時也充分發(fā)揮了DSP芯片的性能。而且聲卡用DMA(直接內存讀取)方式傳送數(shù)據(jù)，極大地降低了CPU占用率。一般聲卡16位的A/D轉換精度，比通常12位A/D卡的精度高，對于許多工程測量和科學實驗來說都是足夠高的，其價格卻比后者便宜得多。 如果利用聲卡作為數(shù)據(jù)采集設備，可以組成一個低成本高性能的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。當然，它只適合采集音頻域的信號，即輸入信號頻率必須處于20~20000Hz的音頻范圍內。如果需要處理直流或緩變信號，則需要其他技術的配合。
