基于多功能DAQ卡的虚拟数字示波器的设计

摘 要：简要介绍了虚拟仪器的组成，基于Labwindows/CVI和NI公司的PXI-6670E数据采集卡，设计了一个虚拟数字示波器。该系统功能强大，不仅具有实时采集功能，还具有频谱分析、加窗处理、滤波功能和数字存储等功能。
关键词：虚拟仪器；Labwindows/CVI；数据采集卡；频谱分析

引言
    虚拟仪器中有一类是基于多功能DAQ卡的虚拟仪器，结构简单，开发成本低，目前已经得到了广泛的应用。本文以一个基于多功能DAQ卡的虚拟数字示波器为例，来说明如何开发基于多功能DAQ卡的虚拟仪器。 

虚拟数字示波器的结构与组成
    虚拟数字示波器由一块PXI总线的多功能数据采集卡和相应的软件组成。将它们安装在一台运行Windows的PC上，即构成一个功能强大的可存储数字示波器。数字示波器的前面板如图1所示。


● 数据采集卡
设计中所采用的是NI公司生产的多功能数据采集卡PXI-6670E，其主要功能如下：
    64路单端/32路差分模拟输入；12位精度；1.25MSPS采样速度；1.25MSPS磁盘写入速度；±0.05～±10V输入范围；两路12位模拟输出；8条数字I/O线；两路24位计数器/定时器。

● 仪器功能。
    本例虚拟数字示波器具有实时数据采集、频谱分析、加窗处理和滤波等功能。在虚拟数字示波器主面板上有数据采集、频谱分析、加窗处理、滤波功能等功能键，按相应的功能键就可进入相应的子面板。

软件的设计与实现
● 软件开发环境。
    虚拟数字示波器软件设计采用了基于C语言的编程环境LabWindows/CVI。LabWindows/CVI支持数值型、布尔型、文本型和串等数据类型，而且最大优点是能够通过对话框形式的交互式操作生成标准C程序代码。另外LabWindows/CVI提供了非常丰富的调试工具,包括单步执行、断点、变量查看、监视窗口等，这些功能使程序的调试变 得更为容易。

● 主要功能模块。
    虚拟数字示波器主要由软件控制完成信号的采集和显示处理，功能结构框图如图2所示。

     在数据采集面板中主要完成以下功能：设置通道、设置采样频率、设置产生方式、显示波形等，其软面板如图3所示。

     在数据采集面板中主要完成以下功能：对实时采集的信号和自行产生的信号进行频谱分析，查看谱线等功能，其软面板如图4所示。 

     加窗处理面板对实时采集的信号和自行产生的信号加窗处理(包括海明窗、汉明窗、平滑窗和布拉克曼窗等)，其软面板如图5所示。

      在滤波处理面板中包括以下功能：对实时采集的信号和自行产生的信号进行滤波处理(包括单步滤波法、多步滤波法和传统方法等)，其软面板如图6所示。

● 源程序文件的生成。

      当完成面板各个控件的设置后，就可以产生程序的代码函数了。具体方法为：把已完成的面板定为当前响应状态，在[Code]菜单中，选中[Generate]中的[All Code]，在弹出的对话框中选定函数主面板和退出函数，就能产生与用户接口文件相对应的框架代码函数。

● 添加程序代码。
     上一步自动生成的是控件对应的函数的框架，要使控件完成一定的功能，必须添加程序代码来控制控件。其中main()函数是程序的入口，它的功能是初始化程序，装载用户面板并显示，如要完成其他功能须添加代码。以下这段代码实现数据采集功能，程序通过调用数据采集按钮的回调函数SHOU进行外部采集。

int CVICALLBACK SHOW(int panel,int control,int event,void *callbackData,int eventData1,int eventData2)
{
int NumChan;/*定义所用通道*/
double ActScanRate;/*定义采样速率*/
switch (event)
{
case EVENT_COMMIT:
nidaqAICreateTask(“daq::1!(0)”, kNidaqWaveformCapture, &NumChan,&AiTask);/*创建采样任务*/
nidaqAIConfigScanClockRate(AiTask,400000,&ActScanRate); /*设置采样速率*/
nidaqAIConfigBuffer(AiTask,1000,kNidaqFinite);/*设置采样数据缓冲区*/
nidaqAIStart(AiTask);/*启动采样*/
nidaqAIRead(AiTask,“daq::1!(0)”,1000,-1.0,wave);/*读取采样数据*/
nidaqAIStop(AiTask);/*结束采样*/
DeleteGraphPlot(EEpanel,EEPANEL_WAVEGRAPH, -1,VAL_IMMEDIATE_DRA);/*删除显示的波形*/
PlotY(EEpanel, EEPANEL_WAVEGRAPH, wave, 1000, VAL_DOUBLE, VAL_THIN_LINE, VAL_EMPTY_SQUARE, VAL_SOLID, 1, VAL_YELLOW); /*显示波形*/
break;
}
return 0;
}
    限于篇幅，其他功能模块的实现这里就不一一介绍了。
● 保存项目文件，然后编译运行。

结论
    本文设计的虚拟数字示波器不仅具有一般台式数字存储器的功能，而且充分发挥了微机强大的功能和软件设计的灵活性，而且此虚拟数字示波器的设计包含了基于多功能DAQ卡的虚拟仪器设计的基本思路和方法，用户可以参照这种方法来设计其他虚拟仪器。

参考文献
1 杨乐平,李海涛.虚拟仪器技术概论.电子工业出版社
2 刘君华.LabWindows/CVI基础教程.电子工业出版社
3 National Instruments Corporation.PXI-6670E User Manual.2001