labview入門到出家11(補充)——基於微控制器和labview開發的虛擬示波器
之前有小夥伴提到需要虛擬示波器的資料，有些庫還有檔案丟失了，直接給的工程跑不起來，這裡我把關鍵的地方講解一下，大家可以自行開發。其實開發不難，只是有些點會耗點時間。虛擬示波器，顧名思義就是非實物的示波器，但也還是硬體（便攜的採集裝置）和軟體（在電腦上顯示和操作）的結合，和數位示波器相比，本質上區別不大，現在貴一些的數位示波器從功能上看，也很像一臺計算機了)。今天要講的只是低配的，簡易版的虛擬示波器（在下當年的畢業設計）。下位機是基於STM32的ADC採集實現的訊號抓取，然後通過串列埠傳到上位機中顯示。微控制器的ADC和串列埠傳輸，註定了這虛擬示波器採集的波形頻率不會太高，之前能在上位機上還原得比較好的波形頻率是25Khz以下，如果大家有其他更快的採集(DSP,FPGA，NI採集卡)和資料上傳的方式(USB等)，可以嘗試一下，也期待你們的分享。下面大體對硬體(外圍電路)，微控制器程式(STM32)，和上位機程式(labview)三部分進行講解。
1、硬體
硬體很簡單，就是將輸入到微控制器的波形訊號進行處理。因為我用的STM32的微控制器，能檢測到的電壓值是0~3.3V，所以硬體部分就是把輸入的交流訊號先控制在-1.65V~1.65V之間，最後再通過電路將訊號往上偏置1.65V就可以給微控制器採集了。至於如何將訊號放大放小，控制到可採集的電壓範圍呢，可以通過上位機傳送串列埠資料給微控制器，讓微控制器控制繼電器（或者其他開關方式）切換運放端的電阻，達到更改運放倍數的方式，最後上位機呈現波形的時候加上放大縮小的倍數，就可以在上位機介面上還原波形訊號了。我這裡先採用了LM358的雙電源運放晶片（交流訊號，需要雙電源運放晶片），後面因為LM358在高頻輸入的時候，運放輸出的訊號在零點處會失真，換了一款高頻的運放晶片UA741，問題解決。雙電源裡面的負電壓是通過LCL7660輸出的。至於偏置電壓，是我在multisim上面模擬出來的，實際測試後確實可以偏置，大家可以嘗試使用1比1的運放後加偏置電壓，也可以參考我的設計電路。附上完整電路圖。
1-1：運放電路
這是直接用了畢業設計裡面的圖片，之前的檔案不見了。應該能看懂吧 。運放採用的是最簡單的負反饋放大電路。放大倍數Vout/Vin=R1/R2。
1-2：負電壓電路
由於運放晶片想運放負極電壓訊號，需要採用雙電源模式，必須為運放晶片提供負電壓。所以本設計採用低功率，額定電壓為5V的電源極性轉換器ICL7660。ICL7660輸入5V正電壓，輸出-5V電壓。為LM358提供雙電源。本設計採用ICL7660的基本負電壓轉換模式。
1-3：1.65V偏置電路（自己模擬實現的，實測可用）
2、微控制器軟體
這個直接用STM32的微控制器ADC採集和串列埠例程，將資料分高4位元和低8位元的方式（微控制器串列埠只能上傳8位元的資料），將12位元的ADC資料通過串列埠分別傳輸給上位機，ADC取樣率調到最高，串列埠通過DMA的方式，這樣可以達到最高的採集速度。最後分別用兩個for迴圈，迴圈往串列埠傳送1000個低8位元和1000個高4位元資料。每次傳送兩組1000個資料的間隔你們可以自己定，我記得我應該間隔是100ms左右重新整理一次資料，上位機整合兩組資料後，一次顯示1000個資料點。ADC和串列埠傳輸資料的可以在STM32的例程中找到，具體邏輯這裡不再累述。不過還是附上當年寫的幾條程式吧。
1、連續讀取1000個ADC資料；
2、拆分低8位元和高4位元；
3、向串列埠上傳低8位元資料；
4、向串列埠上傳高4位元資料；
3、上位機
上位機在整合兩次接收的資料，直接呼叫Labview提供的訊號分析函數，如單頻測量函數，頻譜測量函數以及幅值和電平測量函數。
3-1：讀取串列埠資料
3-2：整合高4位元，低8位元位資料。右側輸出直接給到波形顯示控制元件
3-3：波形控制元件
前面板->控制元件->新式->圖形->波形圖。
4、最終整合後的虛擬示波器效果
採集的訊號範圍為5HZ~25KHZ（STM32F1系列取樣率最高為0.5MS/s），0.1V~16.5V的模擬訊號；幅值誤差低於5%，頻率誤差低於2%，能滿足日常中大多訊號/電壓的訊號採集與分析。希望對大家有所作用，也希望國內開源資源能越來越豐富吧。雖然一般技術不能給我們工程師帶來多大的財富，但至少在某個年齡段，在追求一種引以為傲的技能的時候，能讓我們感到充實，自豪，也是一種不錯的人生體驗呢！
原創不易，一鍵三連拉！