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基于高速數(shù)據(jù)采集卡的虛擬示波器設計

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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個用于對示波器進行操作,。整個軟件的主界面設計如圖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果在用戶界面上以坐標曲線形式顯示,。進行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計出巴特沃思(Butter-worth)模擬濾波器，再用雙線性變換法設計出數(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行高速采樣,，采樣值被數(shù)字化后存儲起來，當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計中的關鍵問題之一。當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,，把它轉(zhuǎn)化為設備坐標cx,，用cx設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行了采集,，并對2個通道的信號分別進行了頻譜分析,。實驗時示波器參數(shù)設置如下：采樣模式為雙通道，其中通道1對正弦信號進行采樣,，通道2對鋸齒波信號進行采樣,；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,。實驗結果如圖4所示,。達到了預定的效果。

    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,。