基于高速数据采集卡的虚拟示波器设计

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 3．2．2用户界面模块

    界面主要切分为3个视图：主视图基类为ScrollView，用于显示波形；2个视图基类为For-mView，1个用于动态显示采集数据的特征参数，另1个用于对示波器进行操作。整个软件的主界面设计如图3所示。

3．2．3频谱分析模块

    本软件利用快速傅里叶变换(FFT)进行频谱分析。频谱分析采用按时间抽取FFT算法，然后将幅值频谱分析结果在用户界面上以坐标曲线形式显示。进行FFT时可以选择点数，有1024、2048、4096 3种选择，如果点数不够，程序自动补零。

3．2．4数宇滤波模块

    本软件可以对所采集的信号进行低通和高通滤波。首先根据给定通带截止频率、阻带截止频率、通带衰减和阻带衰减设计出巴特沃思(Butter-worth)模拟滤波器，再用双线性变换法设计出数字滤波器。

3．2．5波形显示模块

    虚拟示波器的工作原理是对信号波形进行高速采样，采样值被数字化后存储起来，当重建波形时便从缓冲区取数，然后用清晰、均匀一致的轨迹映像在屏幕上。由于采集的模拟波形经数字化后成为一串离散数据，因此，如何重建信号波形是虚拟示波器设计中的关键问题之一。当前的波形显示主要有分段显示和滚动显示。这里采用滚动显示，并且提出一种新的滚动显示算法，突破了滚动显示只能观察变化缓慢的信号的限制。算法核心思想如下：

    (1)得到所采集数据块的第1个和最后1个数据点的横坐标m_xMin和rn_xMax，m_xMax-m_xMin为波形的逻辑宽度。

    (2)m_xMax-m_xMin的值为逻辑坐标，把它转化为设备坐标cx，用cx设定整个滚动视图的宽度。

    (3)为了提高画图的效率，只需画出滚动视图可视部分的图形，也就是剪裁区的图形，因此要得到剪裁区。

    (4)画出坐标及剪裁区内的一段波形。

    (5)利用CSplitterWnd::DoSerollBy()函数，根据采样间隔的大小决定断滚动视图速度的快慢。这样视图滚动以后相应的剪裁区也会发生改变，促使动态画出新的波形。

    主要代码如下：

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4 实验与讨论

    在实验中使用该系统对正弦信号和锯齿波信号进行了采集，并对2个通道的信号分别进行了频谱分析。实验时示波器参数设置如下：采样模式为双通道，其中通道1对正弦信号进行采样，通道2对锯齿波信号进行采样；采样率为120Ms／s；采样深度为16 000点；触发源为软件触发；触发时间极限为20ms；输入信号电压范围为~5V。实验结果如图4所示。达到了预定的效果。

    本文基于Gage公司的CompuScope 82G型高速数据采集卡，用Visual C++编程工具设计出一种快速虚拟示波器试验系统，实现了高速数据的采集和动态波形的显示。同时提出一种新的波形滚动算法，大大改观了滚动波形的动态显示效果。在此基础上实现了传统示波器无法实现的频谱分析和数字滤波功能。采用Visual c++作为仪器编程语言使得编写的程序通用性和可移植性强。