虛擬示波器是什么

　　虛擬示波器是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。虛擬儀器技術(shù)（VI）就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。

　　虛擬示波器的組成

　　虛擬示波器的組成部分，主要是包括信號(hào)采集與控制，數(shù)據(jù)分析和處理，測(cè)量結(jié)果的顯示三大部分。

　　信號(hào)采集與控制是由計(jì)算機(jī)和儀器硬件組成硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集、測(cè)量、轉(zhuǎn)換與控制;

　　數(shù)據(jù)分析與處理則是表現(xiàn)在虛擬示波器充分利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)、運(yùn)算功能，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的分析與處理;

　　虛擬示波器測(cè)量結(jié)果的顯示是利用計(jì)算機(jī)的資源，如顯示器、存儲(chǔ)器等，把測(cè)量結(jié)果進(jìn)行多種方式的表達(dá)與輸出，也可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和利用。

　　虛擬示波器的特點(diǎn)

　?。?）采用當(dāng)前廣泛使用的 USB 接口，使虛擬儀器與計(jì)算機(jī)接口更加方便，通信速度更高;

　?。?）使用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行高速采樣;

　?。?）使用高性能的單片機(jī)進(jìn)行控制，使用高速大容量存儲(chǔ)器實(shí)時(shí)保存采樣數(shù)據(jù)，提高了儀器的性能;

　　（4）使用 Labview 語言設(shè)計(jì)上位機(jī)應(yīng)用程序，可以實(shí)現(xiàn)波形顯示，以及對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理。

　　虛擬示波器的顯示方式

　　為了滿足自動(dòng)控制不同實(shí)驗(yàn)的要求我們提供了示波器的四種顯示方式。

　　（1）示波器的時(shí)域顯示方式

　?。?）示波器的相平面顯示（X-Y）方式

　　（3）示波器的頻率特性顯示方式有對(duì)數(shù)幅頻特性顯示、對(duì)數(shù)相頻特性顯示（伯德圖），幅相特性顯示方式（奈奎斯特圖），時(shí)域分析（弧度）顯示方式。

　　（4）示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示方式

　　虛擬示波器的使用

　　一、設(shè)置

　　用戶可以根據(jù)不同的要求選擇不同的示波器，具體設(shè)置方法如下：

　　示波器的一般用法： 運(yùn)行LABACT 程序，選擇‘工具’欄中的‘單跡示波器’項(xiàng)或‘雙跡示波器’項(xiàng)，將可直接彈出該界面。‘單跡示波器’項(xiàng)的頻率響應(yīng)要比‘雙跡示波器’項(xiàng)高，將可觀察每秒6500 個(gè)點(diǎn)；‘雙跡示波器’項(xiàng)只能觀察每秒3200 個(gè)點(diǎn)。點(diǎn)擊開始即可當(dāng)作一般的示波器使用。

　　實(shí)驗(yàn)使用：運(yùn)行LABACT 程序，選擇‘自動(dòng)控制/ 微機(jī)控制/ 控制系統(tǒng)’菜單下的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1、CH2 測(cè)孔測(cè)量波形。

　　二、示波器的使用

　　1、示波器的時(shí)域顯示

　　示波器的時(shí)域顯示是指顯示器界面中X 軸為時(shí)間t，Y 軸為電壓U。見圖2-1 為示波器的時(shí)域顯示運(yùn)行界面，只要點(diǎn)擊開始，示波器就運(yùn)行了，此時(shí)就可以用實(shí)驗(yàn)機(jī)上的（CH1）和（CH2）來采集、觀察波形。CH1 和CH2 各有輸入范圍選擇開關(guān)，當(dāng)輸入電壓小于－5v--+5v 應(yīng)選用×1檔。

　　注：在使用本虛擬示波器采集、觀察波形時(shí)，如輸入范圍選擇開關(guān)選用×1 檔，其輸入電壓一定要在－5v--+5v 的范圍以內(nèi)。如果大于此輸入范圍應(yīng)選用×5 擋（表示輸入信號(hào)衰減5 倍后進(jìn)入示波器）。

　　該顯示界面的下方有一個(gè)“顯示方式”選擇框，提供了示波和X-Y 兩種方式。當(dāng)需要是時(shí)域顯示方式時(shí)，應(yīng)選擇框內(nèi)的示波方式選項(xiàng)（通常在彈出示波器界面時(shí)，默認(rèn)為示波方式）。

　　點(diǎn)擊停止后，將停止示波器運(yùn)行，即可進(jìn)行波形分析和相關(guān)的測(cè)量（只保存當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的波形）。

　　圖2-1 虛擬示波器時(shí)域顯示運(yùn)行界面（數(shù)字PID 控制實(shí)驗(yàn)曲線）

　?。?）信號(hào)幅值測(cè)量

　　在顯示界面的左右各有一條滑竿標(biāo)尺，用戶點(diǎn)住滑竿標(biāo)尺上、下移動(dòng)到顯示界面中需標(biāo)定的點(diǎn)，此時(shí)滑竿的最右側(cè)的黃色方塊上顯示的數(shù)據(jù)為當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)的幅值，見圖2-1 的4.34V 和2.5V 數(shù)據(jù)顯示。在Y 軸上兩條滑竿之間（在顯示界面的左側(cè)）的黃色方塊中顯示的數(shù)據(jù)，為兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的幅值差，見圖2-1 上的Δv=1.84V。

　?。?）信號(hào)時(shí)間測(cè)量

　　a、移動(dòng)波形在運(yùn)行開始到停止

　　示波器可能已采樣了多幅波形，因此用戶首先必須點(diǎn)擊顯示界面下方的‘前一屏’或‘后一屏’來獲取顯示所需的畫面，然后再點(diǎn)擊中間的‘微調(diào)按鈕’來調(diào)節(jié)波形至最佳測(cè)量狀態(tài)。

　　b、壓縮/擴(kuò)展波形

　　在顯示界面的下方有一個(gè)‘時(shí)間量程’選擇框，在框中‘×2’表示波形壓縮了2 倍，‘×4’表示波形壓縮了4 倍，該功能適用于觀察頻率低、周期長(zhǎng)的信號(hào)，例如觀察時(shí)間常數(shù)大的積分信號(hào)輸出；在框中‘／2’表示波形放大了2 倍，‘／4’表示波形壓放大了4 倍，該功能適用于觀察頻率較高的信號(hào)，例如觀察微分信號(hào)輸出、階躍輸出的上升時(shí)間等。

　　c、信號(hào)時(shí)間的測(cè)量

　　當(dāng)信號(hào)在顯示界面處于最佳測(cè)量狀態(tài)后，用戶可以點(diǎn)住顯示界面上下各一條的滑竿，左、右移動(dòng)到波形需標(biāo)定的點(diǎn)的位置，在X 軸上兩條滑竿之間的黃色方塊中顯示的數(shù)據(jù)，為兩個(gè)X軸上標(biāo)定點(diǎn)的時(shí)間差，見圖2-1 上的Δt=1.200S。

　　2、示波器的相平面顯示（X-Y）使用

　　在示波器的時(shí)域顯示界面下方的‘顯示方式’選擇框中，如用戶選中‘X-Y’選項(xiàng)，則虛擬示波器將提供相當(dāng)于真實(shí)示波器中的X-Y 選項(xiàng)，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中的‘相平面分析’實(shí)驗(yàn)。

　　在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，應(yīng)運(yùn)行LabACT 程序，選擇自動(dòng)控制菜單下的非線性系統(tǒng)的相平面分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再分別選擇典型非線性環(huán)節(jié)、或二階非線性系統(tǒng)、或三階非線性系統(tǒng)，就會(huì)彈出相應(yīng)的虛擬示波器界面，即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)的虛擬示波器觀察波形。確保實(shí)驗(yàn)機(jī)處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)，點(diǎn)擊開始后即開始實(shí)驗(yàn)。

　　分析波形：待出現(xiàn)完整波形以后，點(diǎn)擊停止后停止運(yùn)行，進(jìn)行波形分析；或按刷新按鈕進(jìn)行波形更新。

　　注意：分析波形必須先停止。在相平面顯示界面上，同樣也可以實(shí)現(xiàn)與時(shí)域顯示時(shí)相同的幅值測(cè)量和時(shí)間測(cè)量功能。

　　在非線性實(shí)驗(yàn)的相平面分析實(shí)驗(yàn)中，如果用戶在‘顯示方式’選擇框中，選中‘示波’選項(xiàng)，示波器將轉(zhuǎn)為時(shí)域顯示方式。這樣用戶可以在同一界面上方便地看到系統(tǒng)的時(shí)域顯示和相平面顯示。

　　3、示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示使用

　　示波器的計(jì)算機(jī)控制顯示方式可以在示波器顯示界面上進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和修改，該界面顯

　　示方式用于PID 算法、最少拍控制、大林算法、溫度控制等實(shí)驗(yàn)。注意：分析波形必須先停止。

　　1）最少拍控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

　　在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LABACT 程序，選擇微機(jī)控制菜單下的最少拍控制系統(tǒng)----有紋波實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，確保實(shí)驗(yàn)機(jī)處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件，此時(shí)可選用虛擬示波器（B3）單元的CH1、CH2 測(cè)孔測(cè)量波形。

　　該實(shí)驗(yàn)顯示界面的下邊“計(jì)算公式”欄中有Ki、Pi ，7 個(gè)控制參數(shù)，界面上方有采樣周期T，點(diǎn)擊開始后，將默認(rèn)以下參數(shù)：

　　K0=0.54 K1=－0.2 K2=K3=0 P1=0.72 P2=P3=0， T=200x5mS=1000mS

　　該實(shí)驗(yàn)顯示界面的下邊“計(jì)算公式”欄的Ki、Pi 與界面上方的采樣周期T 均可由用戶在界面上直接修改，以期獲得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，改變這些參數(shù)后，只要再次點(diǎn)擊“開始”鍵，即可使實(shí)驗(yàn)機(jī)按照新的控制參數(shù)運(yùn)行。

　　修改參數(shù)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定好下邊7 個(gè)控制參數(shù)和采樣周期，然后點(diǎn)擊“開始”按鈕。

　　分析波形：待出現(xiàn)完整波形以后，點(diǎn)擊停止按鈕，進(jìn)行波形分析。

　　2）數(shù)字PID 控制實(shí)驗(yàn)

　　在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LABACT 程序，選擇微機(jī)控制菜單下的數(shù)字PID

　　控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件，運(yùn)行程序。

　　在程序運(yùn)行中，隨時(shí)可修改控制系數(shù)PID，然后點(diǎn)擊發(fā)送，無須點(diǎn)擊停止；只有在需觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，才需點(diǎn)擊停止。

　　該實(shí)驗(yàn)顯示界面的右邊“PID 系數(shù)”欄中有，E 點(diǎn)擊‘發(fā)送’后，將默認(rèn)以下參數(shù)：Kp=0.9 ， I T =20 S ， D T =50 S ， 0 E =1500 ，‘溫度’=65℃

　　該實(shí)驗(yàn)的顯示界面的右邊“PID 系數(shù)”欄的比例系數(shù)Kp（0.00~2.00）、調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間I T（1~99S）、調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間D T （0~99S）和積分量閥值0 E （0~2000），以及‘溫度’參數(shù)（1~70℃）均可由用戶在界面上直接修改，以期獲得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如在控制過程中欲改變這些系數(shù)和參數(shù)，則改變后，只要再次點(diǎn)擊“發(fā)送”鍵，即可使實(shí)驗(yàn)機(jī)按照新的控制系數(shù)和設(shè)定參數(shù)運(yùn)行。

　　該實(shí)驗(yàn)已規(guī)定采樣周期T=2 秒。

　　修改參數(shù)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定好右邊Kp 、I T 、D T 3 個(gè)控制系數(shù)、積分量閥值0 E ，和‘溫度’參數(shù)然后點(diǎn)擊“開始”按鈕。

　　分析波形： 大概等20~30 分鐘，待出現(xiàn)完整波形以后，點(diǎn)擊停止按鈕，進(jìn)行波形分析。

　　冷卻：在運(yùn)行中，改變‘溫度’參數(shù)為‘1℃’后，再次點(diǎn)擊“發(fā)送”鍵將啟動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行冷卻。

　　4、虛擬示波器的截圖

　　在虛擬示波器界面上第二排圖標(biāo)工具欄左起第22 個(gè)（黃色問號(hào)的右邊）加上了示波器的截圖按扭，截圖后需要命名保存，默認(rèn)則保存到C 盤AEDK 目錄下，格式為BMP 圖象文件，可以雙擊直接查看，方便直接將保存的圖，粘貼到文檔之中。