labview入门到出家11(补充)——基于单片机和labview开发的虚拟示波器

   之前有小伙伴提到需要虚拟示波器的资料，有些库还有文件丢失了，直接给的工程跑不起来，这里我把关键的地方讲解一下，大家可以自行开发。其实开发不难，只是有些点会耗点时间。虚拟示波器，顾名思义就是非实物的示波器，但也还是硬件（便携的采集设备）和软件（在电脑上显示和操作）的结合，和数字示波器相比，本质上区别不大，现在贵一些的数字示波器从功能上看，也很像一台计算机了)。今天要讲的只是低配的，简易版的虚拟示波器（在下当年的毕业设计）。下位机是基于STM32的ADC采集实现的信号抓取，然后通过串口传到上位机中显示。单片机的ADC和串口传输，注定了这虚拟示波器采集的波形频率不会太高，之前能在上位机上还原得比较好的波形频率是25Khz以下，如果大家有其他更快的采集(DSP,FPGA，NI采集卡)和数据上传的方式(USB等)，可以尝试一下，也期待你们的分享。下面大体对硬件(外围电路)，单片机程序(STM32)，和上位机程序(labview)三部分进行讲解。

1、硬件

        硬件很简单，就是将输入到单片机的波形信号进行处理。因为我用的STM32的单片机，能检测到的电压值是0~3.3V，所以硬件部分就是把输入的交流信号先控制在-1.65V~1.65V之间，最后再通过电路将信号往上偏置1.65V就可以给单片机采集了。至于如何将信号放大放小，控制到可采集的电压范围呢，可以通过上位机发送串口数据给单片机，让单片机控制继电器（或者其他开关方式）切换运放端的电阻，达到更改运放倍数的方式，最后上位机呈现波形的时候加上放大缩小的倍数，就可以在上位机界面上还原波形信号了。我这里先采用了LM358的双电源运放芯片（交流信号，需要双电源运放芯片），后面因为LM358在高频输入的时候，运放输出的信号在零点处会失真，换了一款高频的运放芯片UA741，问题解决。双电源里面的负电压是通过LCL7660输出的。至于偏置电压，是我在multisim上面仿真出来的，实际测试后确实可以偏置，大家可以尝试使用1比1的运放后加偏置电压，也可以参考我的设计电路。附上完整电路图。

1-1：运放电路

这是直接用了毕业设计里面的图片，之前的文件不见了。应该能看懂吧 。运放采用的是最简单的负反馈放大电路。放大倍数Vout/Vin=R1/R2。

1-2：负电压电路

由于运放芯片想运放负极电压信号，需要采用双电源模式，必须为运放芯片提供负电压。所以本设计采用低功率，额定电压为5V的电源极性转换器ICL7660。ICL7660输入5V正电压，输出-5V电压。为LM358提供双电源。本设计采用ICL7660的基本负电压转换模式。

1-3：1.65V偏置电路（自己仿真实现的，实测可用）

2、单片机软件

        这个直接用STM32的单片机ADC采集和串口例程，将数据分高4位和低8位的方式（单片机串口只能上传8位的数据），将12位的ADC数据通过串口分别传输给上位机，ADC采样率调到最高，串口通过DMA的方式，这样可以达到最高的采集速度。最后分别用两个for循环，循环往串口发送1000个低8位和1000个高4位数据。每次发送两组1000个数据的间隔你们可以自己定，我记得我应该间隔是100ms左右刷新一次数据，上位机整合两组数据后，一次显示1000个数据点。ADC和串口传输数据的可以在STM32的例程中找到，具体逻辑这里不再累述。不过还是附上当年写的几条程序吧。

1、连续读取1000个ADC数据；

2、拆分低8位和高4位；

3、向串口上传低8位数据；

4、向串口上传高4位数据；

3、上位机

        上位机在整合两次接收的数据，直接调用Labview提供的信号分析函数，如单频测量函数，频谱测量函数以及幅值和电平测量函数。

3-1：读取串口数据

 3-2：整合高4位，低8位位数据。右侧输出直接给到波形显示控件

 3-3：波形控件

前面板->控件->新式->图形->波形图。

4、最终整合后的虚拟示波器效果

 采集的信号范围为5HZ~25KHZ（STM32F1系列采样率最高为0.5MS/s），0.1V~16.5V的模拟信号；幅值误差低于5%，频率误差低于2%，能满足日常中大多信号/电压的信号采集与分析。希望对大家有所作用，也希望国内开源资源能越来越丰富吧。虽然一般技术不能给我们工程师带来多大的财富，但至少在某个年龄段，在追求一种引以为傲的技能的时候，能让我们感到充实，自豪，也是一种不错的人生体验呢！

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