基于高速數(shù)據(jù)采集卡的虛擬示波器設(shè)計

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 3．2．2用戶界面模塊

    界面主要切分為3個視圖：主視圖基類為ScrollView，用于顯示波形；2個視圖基類為For-mView，1個用于動態(tài)顯示采集數(shù)據(jù)的特征參數(shù)，另1個用于對示波器進(jìn)行操作。整個軟件的主界面設(shè)計如圖3所示。

3．2．3頻譜分析模塊

    本軟件利用快速傅里葉變換(FFT)進(jìn)行頻譜分析。頻譜分析采用按時間抽取FFT算法，然后將幅值頻譜分析結(jié)果在用戶界面上以坐標(biāo)曲線形式顯示。進(jìn)行FFT時可以選擇點數(shù)，有1024、2048、4096 3種選擇，如果點數(shù)不夠，程序自動補零。

3．2．4數(shù)宇濾波模塊

    本軟件可以對所采集的信號進(jìn)行低通和高通濾波。首先根據(jù)給定通帶截止頻率、阻帶截止頻率、通帶衰減和阻帶衰減設(shè)計出巴特沃思(Butter-worth)模擬濾波器，再用雙線性變換法設(shè)計出數(shù)字濾波器。

3．2．5波形顯示模塊

    虛擬示波器的工作原理是對信號波形進(jìn)行高速采樣，采樣值被數(shù)字化后存儲起來，當(dāng)重建波形時便從緩沖區(qū)取數(shù)，然后用清晰、均勻一致的軌跡映像在屏幕上。由于采集的模擬波形經(jīng)數(shù)字化后成為一串離散數(shù)據(jù)，因此，如何重建信號波形是虛擬示波器設(shè)計中的關(guān)鍵問題之一。當(dāng)前的波形顯示主要有分段顯示和滾動顯示。這里采用滾動顯示，并且提出一種新的滾動顯示算法，突破了滾動顯示只能觀察變化緩慢的信號的限制。算法核心思想如下：

    (1)得到所采集數(shù)據(jù)塊的第1個和最后1個數(shù)據(jù)點的橫坐標(biāo)m_xMin和rn_xMax，m_xMax-m_xMin為波形的邏輯寬度。

    (2)m_xMax-m_xMin的值為邏輯坐標(biāo)，把它轉(zhuǎn)化為設(shè)備坐標(biāo)cx，用cx設(shè)定整個滾動視圖的寬度。

    (3)為了提高畫圖的效率，只需畫出滾動視圖可視部分的圖形，也就是剪裁區(qū)的圖形，因此要得到剪裁區(qū)。

    (4)畫出坐標(biāo)及剪裁區(qū)內(nèi)的一段波形。

    (5)利用CSplitterWnd::DoSerollBy()函數(shù)，根據(jù)采樣間隔的大小決定斷滾動視圖速度的快慢。這樣視圖滾動以后相應(yīng)的剪裁區(qū)也會發(fā)生改變，促使動態(tài)畫出新的波形。

    主要代碼如下：

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4 實驗與討論

    在實驗中使用該系統(tǒng)對正弦信號和鋸齒波信號進(jìn)行了采集，并對2個通道的信號分別進(jìn)行了頻譜分析。實驗時示波器參數(shù)設(shè)置如下：采樣模式為雙通道，其中通道1對正弦信號進(jìn)行采樣，通道2對鋸齒波信號進(jìn)行采樣；采樣率為120Ms／s；采樣深度為16 000點；觸發(fā)源為軟件觸發(fā)；觸發(fā)時間極限為20ms；輸入信號電壓范圍為~5V。實驗結(jié)果如圖4所示。達(dá)到了預(yù)定的效果。

    本文基于Gage公司的CompuScope 82G型高速數(shù)據(jù)采集卡，用Visual C++編程工具設(shè)計出一種快速虛擬示波器試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)的采集和動態(tài)波形的顯示。同時提出一種新的波形滾動算法，大大改觀了滾動波形的動態(tài)顯示效果。在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了傳統(tǒng)示波器無法實現(xiàn)的頻譜分析和數(shù)字濾波功能。采用Visual c++作為儀器編程語言使得編寫的程序通用性和可移植性強。