基于高速数据采集卡的虚拟示波器设计
发布时间:2007/4/23 0:00:00 访问次数:599
摘要：基于PCI接口的compuScope 82G型高速数据采集卡和Visual c++编程工具．设计了一种快速虚拟示波器试验系统，为了保证数据采集和波形显示的实时性，设计中采用了多线程技术。该系统集波形采集、数据分析、输出、显示为一体，实现了高速数据的采集和动态波形的显示，并且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。
1 引言
虚拟仪器(VI-ViItuaIInstrument)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界面操作计算机，就像在操作自己定义、自己设计的单个仪器一样，从而完成对被测量的采集、处理、分析、判断、显示、数据存储等。在这种仪器系统中，各种复杂测试功能、数据分析和结果显示都完全由计算机软件完成，在很多方面较传统仪器有无法比拟的优点，如使用灵活方便、测试功能丰富、价格低廉、一机多用等，这些使得虚拟仪器成为未来电子测量仪器发展的主要方向之一。
当今虚拟仪器系统开发采用的总线包括传统的Rs232串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线、PCI总线和IEEE 1394总线即Firewire(也叫做火线)。
本文介绍基于PCI总线接口的CompuS,cope82G型高速数据采集卡和Visual C++编程工具的快速虚拟示波器试验系统，该系统集波形采集、数据分析、输出、显示为一体。为了保证数据采集和波形显示的实时性，设计中还采用了多线程技术。
2 系统组成和采集卡的硬件结构
2．1 系统组成
虚拟示波器系统主要由数据采集卡、计算机和专用软件组成，其中，数据采集卡完成对输入测量信号的调理采集和缓存，并通过计算机PCI总线送入内存；计算机在应用程序控制下对数据进行处理、运算，最后完成各种电量测试并在屏幕上用图形或数据形式显示。这一切均在人机交互方式下完成。
2．2 数据采集卡的硬件结构
本虚拟示波器采用Gage公司的CompuScope82G型高速数据采集卡作为PCI接口。采集卡的硬件结构如图1所示。
该数据采集卡主要由前置滤波器、可程控衰减器、可程控模拟放大电路、A／D转换器、D／A转换器、计数，定时电路、振荡电路、时序控制电路及PCI接口电路组成，其功能电路由数字控制逻辑电路统一控制。该卡是具有2个模拟量输入通道的标准的PCI总线插卡，卡上集成的2个高速8位ADC的工作频率高达IGHz，在单通道工作模式下，2个ADC同时工作，分别在脉冲的上升沿和下降沿进行转换，所以最高采样频率可以达到2GHz。卡上配置有16M的高速存储器，解决了高采样率和相对较低PCI总线数据传输速率的匹配问题。在使用之前必须对采集卡的硬件进行配置，这些控制程序用到相应的底层DAQ驱动程序。通过采集卡自带的DLL可以在程序中灵活地对硬件进行控制，比如输入阻抗、输入电压范围、放大器增益、采样频率、每次采样点数等。
3 系统的软件设计
3．1 虚拟示波器的软件开发环境
虚拟仪器最核心的技术是软件技术。目前，用于虚拟仪器开发的软件开发平台主要有二大类：一类是通用的可视化软件编程环境，主要有Microsoft公司的Visual C++和Visual Basic、Inprise公司的Delphi和C++Builder等；另一类是一些公司推出的专用于虚拟仪器开发软件的编程环境，主要有NI公司的图形化编程环境LabView及文本编程环境IabWindows／CVI、Agilent公司的图形化编程环境Agilent VEE。考虑到软件的灵活性、高效性和可移植性，本设计中采用visual C++作为虚拟示波器的开发环境。
3．2 软件功能模块
该虚拟示波器有5大功能模块：信号采集、用户界面、频谱分析、数字滤波、波形显示。
3．2．1信号采集模块
信号采集
摘要：基于PCI接口的compuScope 82G型高速数据采集卡和Visual c++编程工具．设计了一种快速虚拟示波器试验系统，为了保证数据采集和波形显示的实时性，设计中采用了多线程技术。该系统集波形采集、数据分析、输出、显示为一体，实现了高速数据的采集和动态波形的显示，并且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。
1 引言
虚拟仪器(VI-ViItuaIInstrument)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界面操作计算机，就像在操作自己定义、自己设计的单个仪器一样，从而完成对被测量的采集、处理、分析、判断、显示、数据存储等。在这种仪器系统中，各种复杂测试功能、数据分析和结果显示都完全由计算机软件完成，在很多方面较传统仪器有无法比拟的优点，如使用灵活方便、测试功能丰富、价格低廉、一机多用等，这些使得虚拟仪器成为未来电子测量仪器发展的主要方向之一。
当今虚拟仪器系统开发采用的总线包括传统的Rs232串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线、PCI总线和IEEE 1394总线即Firewire(也叫做火线)。
本文介绍基于PCI总线接口的CompuS,cope82G型高速数据采集卡和Visual C++编程工具的快速虚拟示波器试验系统，该系统集波形采集、数据分析、输出、显示为一体。为了保证数据采集和波形显示的实时性，设计中还采用了多线程技术。
2 系统组成和采集卡的硬件结构
2．1 系统组成
虚拟示波器系统主要由数据采集卡、计算机和专用软件组成，其中，数据采集卡完成对输入测量信号的调理采集和缓存，并通过计算机PCI总线送入内存；计算机在应用程序控制下对数据进行处理、运算，最后完成各种电量测试并在屏幕上用图形或数据形式显示。这一切均在人机交互方式下完成。
2．2 数据采集卡的硬件结构
本虚拟示波器采用Gage公司的CompuScope82G型高速数据采集卡作为PCI接口。采集卡的硬件结构如图1所示。
该数据采集卡主要由前置滤波器、可程控衰减器、可程控模拟放大电路、A／D转换器、D／A转换器、计数，定时电路、振荡电路、时序控制电路及PCI接口电路组成，其功能电路由数字控制逻辑电路统一控制。该卡是具有2个模拟量输入通道的标准的PCI总线插卡，卡上集成的2个高速8位ADC的工作频率高达IGHz，在单通道工作模式下，2个ADC同时工作，分别在脉冲的上升沿和下降沿进行转换，所以最高采样频率可以达到2GHz。卡上配置有16M的高速存储器，解决了高采样率和相对较低PCI总线数据传输速率的匹配问题。在使用之前必须对采集卡的硬件进行配置，这些控制程序用到相应的底层DAQ驱动程序。通过采集卡自带的DLL可以在程序中灵活地对硬件进行控制，比如输入阻抗、输入电压范围、放大器增益、采样频率、每次采样点数等。
3 系统的软件设计
3．1 虚拟示波器的软件开发环境
虚拟仪器最核心的技术是软件技术。目前，用于虚拟仪器开发的软件开发平台主要有二大类：一类是通用的可视化软件编程环境，主要有Microsoft公司的Visual C++和Visual Basic、Inprise公司的Delphi和C++Builder等；另一类是一些公司推出的专用于虚拟仪器开发软件的编程环境，主要有NI公司的图形化编程环境LabView及文本编程环境IabWindows／CVI、Agilent公司的图形化编程环境Agilent VEE。考虑到软件的灵活性、高效性和可移植性，本设计中采用visual C++作为虚拟示波器的开发环境。
3．2 软件功能模块
该虚拟示波器有5大功能模块：信号采集、用户界面、频谱分析、数字滤波、波形显示。
3．2．1信号采集模块
信号采集
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