超低頻虛擬數字存儲示波器的研制

　　摘要：文章主要想跟大家介紹它在程序這方面的設計，提供大家一個編程的思路。首先是講了它的原理，接著就說了它的頁面接口設計，以及編程設計。

       1、引言
　　
　　超低頻虛擬數字存儲示波器實質上是以PC586為工作平臺，配置了具有特定功能的擴展搖接口卡MS，并用微機屏幕模擬顯示實際儀器的控制和操作面板，形象、直觀；而在功能上，超低頻虛擬數字存儲示波器能*取代傳統類型示波器。它充分利用了微機的控制、處理能力和圖形功能，因而使用起來更為方便。
　　
　　面向對象的可視化編程工具Delphi，由于它擁有大量的定制控件和可視化組件，為我們提供了開發虛擬數字存儲示波器的*捷徑。因而大大提高了編程效率。
　　
　　2、工作原理
　　
　　超低頻虛擬數字存儲示波器的組成框圖如圖1所示。　　
　　由于輸入信號的幅值可能較小，為了提高A/D轉換精度，需對信號進行放大。本通道采用了一個可編程放大器，對各路大小不同的信號由CPU控制給予不同的放大倍數，以提高轉換精度。采樣保持器在采樣周期內采納信號，在保持期內維持其輸入在zui后一瞬間的采樣數值上，A/D轉換器將采樣保持器輸出的階梯形模擬信號轉換成二進制的數值信號，通過I/O接口將數字信號值送入CPU。
　　
　　3、數字存儲示波器的界面接口設計
　　
　　3.1虛擬數字存儲示波器的界面
　　
　　超低頻虛擬數字存儲示波器既可單路輸入，也可雙路同時輸入，只要用鼠標分別雙擊左鍵即可。圖2屏幕左邊為實時波形顯示窗口，大小為256×256像素。右邊依次為采樣周期，采樣點數，電壓zui大值、zui小值。右下角為二路電壓靈敏度。時基及X軸掃描擴展。右上角為開關按鈕及功能鍵，記錄波形數據，通過打印機打印出來。本軟件的zui大特點是采用同屏顯示，即實時采集數據波形，按鈕和選擇菜單均在計算機顯示屏上顯示。執行文件是Oscill.exe，要求具有VGA視頻卡及586以上計算機。屏幕的分辨率為1024×768個像素，256種顏色。　　
　　3.2接口編程設計
　　
　　超低頻虛擬數字存儲示波器對輸入端口編程采用面向對象編程語言h1phi中嵌入匯編語言。由于要顯示波形，需要用A/D硬件對外部信號進行采樣，利用Delphi強大的內嵌匯編語言功能，自編了兩個端口輸入輸出函數，以完成對I/0端口的訪問，程序清單略。完成對I/0端口的訪問，程序清單略。
　　
　　4、虛擬儀器性能及改進
　　
　　超低頻虛擬數字存儲示波器研制完成后進行了性能測試，其主要技術指標：
　　
　　1）通道數：獨立雙通道；2）字長：12位A/D；3）頻率范圍：0~50kHz；4）時基范圍：0.1s/格~50μs/格；5）電壓靈敏度：5V/div~20mV/div；6）采樣（轉換）速率：可調整，zui大為每A/D200ksps；7）記錄容量：海量存儲取決于計算機內存和硬盤空間；8）運行環境：MicrosoftWindows'95。
　　
　　頻率范圍主要取決于A/D轉換時間，由于A/D574轉換時間約10μs，因此，只能工作在超低頻范圍。其次，12位A/D轉換限制了精度（1LSB=1/4096=0.000244）。若要改善上述二項性能，可選用LTC1419A/D，采用14位800ksps模數轉換器，可提高精度及頻率。
　　
　　5、結論
　　
　　本文以軟件控制技術為關鍵，配以接口電路，研制了超低頻虛擬數字存儲示波器，進行了相應的軟、硬件系統的設計，并采用面向對象的Delphi來設計示波器界面，形象、直觀、操作方便。對I/0端口的編程則采用Delphi中嵌入匯編語言。以提高程序運行速度。虛擬技術的采用，代表了電子儀器的發展方向，有廣闊的應用前景。