关于示波器的研究论文

示波器的使用 说明和功能 我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表. 普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数.而示波器则与共不同.示波器具有屏幕,它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化,即波形. 示波器和电压表之间的主要区别是： 1.电压表可以给出祥测信号的数值,这通常是有效值即RMS值.但是电压表不能给出有关信号形状的信息.有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率.然而,示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况. 2.电压表通常只能对一个信号进行测量,而示波器则能同时显示两个或多个信号. 显示系统 示波器的显示器件是阴极射线管,缩写为CRT,见图1.阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统,称为电子枪.电子枪向屏幕发射电子.电子枪发射的电子经聚焦形成电子束,并打在屏幕中心的一点上.屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就发出光来. 图1 阴极射线管图 电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统.在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动.偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成.这种偏转方式称为静电偏转. 在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络,称为标尺.标尺通常在垂直方向有8个,水平方向有10个,每个格为1cm.有的标尺线又进一步分成小格,并且还有标明0％和100％的特别线.这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量.我们后面会讨论这个问题. 如上所述,受到电子轰击后,CRT上的荧光物质就会发光.当电子束移开后,荧光物质在一个短的时间内还会继续发光.这个时间称为余辉时间.余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化.最常用的荧光物质是P31,其余辉时间小于一毫秒(ms).而荧光物质P7的余辉时间则较长,约为300ms,这对于观察较慢的信号非常有用.P31材料发射绿光,而P7材料发光的颜色为黄绿色. 将输入信号加到Y轴偏转板上,而示波器自己使电子束沿X轴方向扫描.这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形.这样扫出的信号波形称为波形轨迹. 影响屏幕的控制机构有： —辉度 辉度控制用来调切波形显示的亮度.本书中用作示例的示波器所采用的电路能够根据不同的扫描速度自动调切辉度.当电子束移动得比较快时,荧光物质受到激励的时间就变短,因此必须增加辉度才能看清轨迹.相反,当电子束移动缓慢时,屏幕上的光点变得很亮,因此必须减小辉度以免荧光物质被烧坏.从而延长示波管的寿命. 对于屏幕上的文字部分,另有单独的辉度控制机构. —聚焦 聚焦控制机构用来控制屏幕上光点的大小,以便获得清晰的波形轨迹.有些示波器,例如本书用作示例的示波器上,聚集也是由示波器自己进行最佳控制的,从而能在不同的辉度和不同的扫描下保持清晰的波形轨迹.另外也提供手动调节的聚集控制. —扫描旋转 这个控制机构使X轴扫描线和水平标尺线对齐.由于地球的磁场在各个地方是不同的,这将会影响示波管显示的扫描线.扫迹旋转功能就用来对此进行补偿.扫描旋转功能是预先调好的,通常只需在示波器搬动后再行调节. —标尺照明 标尺亮度可以单独控制.这对于屏幕摄影或在弱光线条件下工作时非常有用. —Z调制 扫描的辉度可以用电气的方法通过一个外加的信号来改变.这对于由外部信号来产生水平偏转以及使用X－Y显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的. 此信号输入端通常是示波器后面板上的一个BNC插座. 1．2 模拟示波器方框图 CRT是所有示波器的基础.现在我们已经对它有所了解.下面我们就看一看示波管是怎样作为示波器的心脏来起作用的. 我们已经看到,示波器有两个垂直偏转板,两个水平偏转板和一个电子枪.从电子枪发射出的电子束的强度可以用电气的办法来加以控制. 在上术基础上,再增添下面叙述的电路就可以构成一个完整的示波器（见图2） 图2 模拟示波器方框图 示波管的垂直偏转系统包括： —输入衰减器（每通道一个） —前置放大器（每通道一个） —用来选择使用哪一个输入通道的电子开关 —偏转放大器 示波器的水平偏转系统包括：时基、触发电路和水平偏转放大器 辉度控制电路用电子学的方法在恰当的时刻点亮和熄灭扫迹. 为使所有这些电路工作,示波器需要有一个电源.此电源从交流市电或者从机内或外部的电池获取能量,使示波器工作.任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏转系统的特性来决定的,所以我们首先来详细地考察这一部分. 1．3 垂直偏转 灵敏度 垂直偏转系统对输入信号进行比例变换,使之能在屏幕上表现出来.示波器可以显示峰峰值电压为几毫伏到几十伏的信号.因此必须把不同幅度的信号进行变换以适应屏幕的显示范围,这样就可以按照标尺刻度对波形进行测量.为此就要求对大信号进行衰减、对小信号进行放大.示波器的灵敏度或衰减器控制就是为此而设置的. 灵敏度是以每格的伏特数来衡量的看一下图3可以知道其灵敏度设置为1V/格.因此,峰峰值为6V的信号使得扫迹在垂直方向的6个格内偏转变化.知道了示波器的灵敏度设置值和电子束在垂直方向扫描的格数,我们就可以测量出信号的峰峰电压值. 在多数的示波器上,灵敏度控制都是按1－2－5的序列步进变化的.即灵敏度.设置颠倒为10mV/格、20mV/格、50mV/、100mV/格等等.灵敏度通常是用幅度上升/下降钮来进行控制的,而在有些示波器则是用转动垂直灵敏度旋钮来进行. 如果使用这些灵敏度步进不能调节信号使之能够准确的按照要求在屏幕上显示,那么就可以使用可变（VAR）控制.在第6章我们将会看到,使用标尺刻度来进行信号上升时间的测量就是一个很好的例子.可变控制能够在1－2－5的步进值之间对灵敏度进行连续调节.通常当使用可变控制时,准确的灵敏度值是不知道的.我们只知道这时示波器的灵敏度是在1－2－5序列的两个步进值之间的某个值.这时我们称该通道的Y偏转是未校准的或表示为"uncal".这种未校准的状态通常在示波器的前面板或屏幕上指示出来. 在更现代化的示波器,例如我们用作示例的示波器,由于彩用了现代先进的技术进行控制和校准.因此示波器的灵敏度可以在最小值和最大值之间连续变化,而始终保持处于校准状态. 在老式的示波器上,通道灵敏度的设置值是从灵敏度控制旋钮周围的刻度上读出的.而在新型的示波器上,通道灵敏度设置值清晰地显示在屏幕上,如图3所示,或者用一个单独的CD显示器显示出来. 图3 在灵敏度为1v/格的情况下,峰峰值为6v的信号使电子束在垂直方向偏转6格 耦合 耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式.耦合控制可以有两种设置方式,即DC耦合和AC耦合. DC耦合方式为信号提供直接的连接通路.因此信号提供直接的连接通路.因此信号的所有分量（AC和：DC）都会影响示波器的波形显示. AC耦合方式则在BDC端和衰减器之间串联一个电容.这样,信号的DC分量就被阻断,而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减.示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为71％时的信号频率.示波器的低频截止频率主要决定于其输入耦合电容的数值.示波器的低频截止频率典型值为10Hz,见图4. 图4 说明AC及DC耦合、输入接地以及50Ω输入阻抗功能选择的简化输入电路 和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能.这时,输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端连至示波器的地电平.当选择接地时,在屏幕上将会看到一条位于0V电平的直线.这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置. 输入阻抗 多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联.这足以满足多数应用场合的要求,因为它对多数电路的负载效应极小. 有些信号来自50Ω输出阻搞的源.为了准确的测量这些信号并避免发生失真,必须对这些信号进行正确的传送和端接.这时应当使用50Ω特性阻抗的电缆并用50Ω的负载进行端接.某些示波器,如PM3094和PM3394A,内部装有一个50Ω的负载,提供一种用户可选择的功能.为避免误操作,选择此功能时需经再次确认.由于同样的理由,50Ω输入阻抗功能不能和某些探头配合使用. 位置 垂直位置控制或POS控制机构控制扫迹在屏幕Y轴的位置.在输入耦合控制中选择接地,这时就将输入信号断开,这样就可以找到地电平的位置.在更先进的示波器上设有单独的地电平指示器,它可以让用户能连续地获得波形的参考电平. 动态范围 动态范围就是示波器能够不失真地显示信号的最大幅值,在此信号幅值下只要调节示波器的垂直位置仍能观察到波形的全部.对于Fluke公司的示波器来说,动态范围的典型值为24路（3个屏幕） 相加和反向 简单的把两个信号相加起来似乎没有什么实际意义.然百,把两个有关信号之一反向,再将二者相加,实际上就实现了两个信号的相减.这对于消除共模干扰（即交流声）,或者进行差分测量都是非常有用的. 从一个系统的输出信号中减去输入信号,再进行适当的比例变换,就可以测出被测系统引起的失真. 由于很多电子系统本身就具有反向的特性,这样只要把示波器的两个输入信号相加就能实现我们所期望的信号相减. 交替和断续 示波器CRT本身一次只能显示一条扫迹.然而,在很多示波器应用中,常常要进行信号的比较,例如,研究输入/输出信号间的关系,或者一个系统对信号的延迟等.这就要求示波器实际上能同时显示不只一个信号. 为了达到这一目的,可以用两种办法来控制电子束： 1.可以交替地画完一条扫迹,再画另一条扫迹.这种方法称为交替模式,或简称为ALT模式. 2.可以在两条扫迹之间迅速的进行开关或斩波切换,从而分段的画出两条扫迹.这称为断续模式或CHOP模式.其结果是在一次扫描的时间里一段接一段的画出两条扫迹. 断续模式适合于在低时基速率下显示低频率信号,因为这时斩波器开关能快速进行切换. 交替模式适合于需要使用较快时基设置的高频率信号的显示.本书中我们用作示例的示波器在不同的扫描速度下能自动地ALT或CHOP模式以给出最好的显示效果.用户也可以手动选择ALT或CHOP模式以适合特殊信号的需求. 带宽 示波器最生根的技术指标就是带宽.示波器的带宽表明了该示波器垂直系统的频率响应.示波器的带宽定义为示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB的幅度来显示信号的最高频率. —3dB点的频率就是示波器所显示的信号幅度“Vdisp”为示波器输入端真实信号值“Vinput”的71％时的信号频率,如下式所示：设： dB(伏)＝20log(电压比) —3Db=20log(Vdisp/Vinput) —＝log(Vdisp/Vinput) Vdisp= 图5表示出一个100MHz示波器的典型频率响应曲线. 图5 一台典型为100MHz示波器的频率响应曲线（简化的曲线和实际的曲线） 出于现实的理由,通常把带宽想象成为叔响曲线一直平坦延伸至其截止频率,然后从该频率以－20dB/+倍频程的斜率下降.当然,这是一种简化的考虑.实际上,放大器的灵敏度从较低的频率就开始下降,百在其截止频率达到－3dB.图5中中同时给出了简化的频率响应曲线和实际的频率响应曲线. 带宽限制器 使用带宽限制器可以把通常带宽在100MHz以上的宽带示波器的频带减小到20MHz的典型值.这样就降低了噪声电平和干扰,这对于进行高灵敏度的测量是非常有用的. 上升时间 上升时间直接和带宽有关.上升时间通常规定为信号从其稳态最大值的10％到90％所用的时间. 上升时间是一个示波器从理论上来说能够显示的最快的瞬变的时间.示波器的高频响应曲线是经过认真安排的.这就保证了具有高谐波含量的信号,如方波,能够在屏幕上精确的再现.如果频响曲线下降太快,则在信号的快速上升沿上就会发生振铃现象.如果频响曲线下降太慢,即在频响曲线上下降开始得过早,则示波器总的高频响应就受到影响,使得方波失去“方形”特性. 对于各种通用示波器来说,其高频响应曲线是类似的.从该曲线我们可以得到一个示波器带宽和上升时间的简单关系公式.此公式为： tr(s)=(Hz) 对于高频示波器来说,这个公式可以表示为： tr(ns)=350/BW(MHz) 对于一个100MHz的示波器来说,上升时间为（ns=纳秒10－9秒） 在示波器的标尺上刻有标明0％和100％的专门的线,用来进行上升时间的测量.测量时我们先用VAR灵敏度控制机构将被测认号的顶部和底部分别和标有0％和100％的线对齐. 然后找出信号和标尺上标有10％和90％的两条线的交点.这样,上升时间就可以从这两个交点沿X轴方向的时间间隔读出来. 要想测量一台示波器的上升时间,我们使用与上述相同的方法,只是要求测试信号的上升时间应当比该示波器的上升时间短得多.为获得2％的测量误差,测试信号的上升时间至少应小于示波器上升时间的五分之一.示波器上显示的上升时间应当是示波器上升时间和信号上升时间和组合函数.

文摘随着计算机技术的发展，传统仪器开始转向计算机化。虚拟仪器是现代计算机技术、仪器技术以及其他新技术完美结合的产物，其强大的功能已完全超出了仪器概念本身。本文首先叙述了虚拟仪器的概念、发展、组成等，接着采用图形化编程软件Labview设计了虚拟示波器以及它的虚拟频谱分析功能，重点介绍了Labview中使用第三方板卡——研华PCL-812PG实现外部模拟信号采集的方法。最后总结了本文所做的主要工作并提出了进一步研究的设想：虚拟仪器在internet网中的远程测控。关键词:虚拟仪器、PCL-812PG、 the development of computer, traditional instrument has developed into computerize instrument. Virtual Instrument is a perfect combination of modern computer technology, instrument technology and other new technology. Its strong function is beyond the instrument itself. This paper first introduce the development, concept, form of the virtual instrument, design the virtual scope, virtual-frequency-analysis instrument by using the programming software Labview, then gather the analogue signal outsides by PCL-812PG, transferred into digital signal, show in the computer. At last, this paper put forward the further research: the distance-usage of the virtual instrument in the : Virtual Instrument、PCL-812PG、Labview.目录第一章绪论1. 1虚拟仪器的概述----------------------------------------------(1)1. 2软件开发工具的简介----------------------------------------(1)1. 3本文的主要工作----------------------------------------------(2)第二章 虚拟示波器的实现2. 1图形化的编程语言Labview---------------------------------(3)2. 2虚拟示波器实时波形显示界面的实现和框图程序-----(3)2. 3快速傅立叶变换(FFT)和Labview分析库中的FFT VI-(6) 2. 4虚拟频谱分析功能软面板和方框图的实现--------------(7)第三章声卡的作用和主要技术参数3. 1声卡的作用-------------------------------------------------(10)3. 2声卡的主要技术参数--------------------------------------(10)3. 3 LabVIEW中相关声卡操作函数简介------------------(10)四章 实验分析结果4. 1实验设备-------------------------------------------------------(14)4. 2实验内容-------------------------------------------------------(14)4. 3实验步骤-------------------------------------------------------(14)第五章 结束语----------------------------------------------------------(16)参考文献--------------------------------------------------------------------(17)第一章绪论随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。虚拟仪器是20世纪90年代提出的新概念，是现代计算机技术，仪器技术及其他新技术完美结合的产物。虚拟仪器技术的提出与发展，是21世纪自动测试与电子测量仪器技术发展的一个重要方向。1. 1虚拟仪器的概述 虚拟仪器是现代技术与计算机技术结合的产物。随着计算机技术特别是计算机的快速发展，CPU处理能力的增强，总线吞吐能力的提高以及显示器技术的进步，人们逐渐认识到，可以把仪器的信号分析和处理、结果的表达与输出功能转移给计算机来完成。这样，可以利用计算机的高速计算能力和宽大的显示屏更好地完成原来的功能。如果在计算机内插上一块数据采集卡，就可以把传统仪器的所有功能模块都集中在一台计算机中了，而软件就成了虚拟仪器的关键，任何一个使用者都可以通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能，这就是美国NI公司“软件就是仪器”一说的来历[1]。 所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器。虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。虚拟仪器的最大特点是其灵活性，用户在使用过程中，可以根据需要添加或删除仪器功能，以满足各种需求和各种环境，并且突破了传统仪器在数据处理、表达、传送以及存储方面的限制。虚拟仪器的组成与传统仪器一样，由数据采集与控制、数据分析与处理、结果显示三部分组成。对于传统仪器，三部分几乎均由硬件完成，对于虚拟仪器，后两部分主要由软件来实现。与传统仪器相比，虚拟仪器设计日趋模块化、标准化，设计的工作量和复杂性都大大减小。1. 2软件开发工具的简介应用软件开发环境是设计虚拟仪器所必需的软件工具。应用软件开发环境的选择，可以开发人员的喜好不同而不同，但最终都必须提供给用户一个界面友好、功能强大的应用程序。软件在虚拟仪器中处于重要的地位，它肩负着对数据进行分析处理的任务，如数字滤波，频谱变换等。通常在编制虚拟仪器软件时，有两种方法：一种是传统的编程方法，采用高级语言，如VC、C++，C++ Buider；另一种是采用流行的图形化编程方法，如采用NI公司的labview。这次的毕业设计我主要是采用labview编程方法，因为它是图形化的编程语言，界面形象直观，有很多按钮、控件可以直接用来表示实际的仪器。虚拟仪器系统的软件主要包括仪器驱动程序、应用程序和软面板程序。仪器驱动程序主要用来初始化虚拟仪器，设定特定的参数和工作方式，使虚拟仪器保持正常的工作状态。应用程序主要对采集来的数据信号进行分(1)析处理，用户可以根据编制应用程序来定义虚拟仪器的功能。软面板程序用来提供与虚拟仪器的接口，它可以在计算机屏幕上生成一个和传统仪器相似的图形界面，用于显示测量和处理的结果；另一方面，用户也可以通过控制软面板上的开关和按钮，模拟传统仪器的操作，通过键盘和鼠标，实现对虚拟仪器系统的控制。1. 3本文的主要工作数字示波器是实验、教学、科研中常用的电子仪器，可以采集信号并进行分析，但传统仪器都具有设备更新慢、功能单一、价格贵等缺点。本文主要是实现虚拟示波器的功能：从外界采样模拟信号，转化为相应的数字信号，在计算机上实现波形的显示，并能够进行简单的波形处理，比如说，可以延时采样，可以显示波形的最大值、最小值、平均值，并能够根据需要放大波形的倍数，在采样的任何时期可以结束采样。另外，还利用快速傅立叶变换实现了简单的频谱分析功能的实现。具体如下：（1）具有声卡采集参数设定功能；具有录音和重放功能；可以实现声音数据的采集；能够完成功率谱信号的显示与分析；（2）声音采集数据能够储存并根据需要调用；（3）具有声音信号滤波及处理功能。（4） 基于LABVIEW的声卡虚拟示波器应具有美观实用的用户界面。音频格式设置数据采集（声卡）数据处理波形显示频谱分析数 据 储 存虚拟示波器结构框图第二章虚拟示波器的具体实现2. 1图形化的编程语言labviewlabview主要用于仪器控制、数据采集、数据分析等领域，它是一种基于图形编程语言（G语言）的开发环境，主要是以框图形式编写程序。它与C等传统编程语言有着诸多相似之处，如：相似的数据类型、数据流控制结构、程序调制工具，以及层次化、模块化的编程特点。但二者最大的区别在于：传统编程语言用文本语言编程；而labview使用图形语言（即：各种图标、图形符号、连线等），以框图的形式编写程序。用labview编程无须太多的编程经验，因为labview使用的都是测试工程师熟悉的术语和图标，如各种旋钮，开关，波形图等，界面直观形象。labview是一个功能强大的集成开发环境，它完整的集成了与GPIB、VXI、RS-232和内插式数据采集卡等硬件的通讯。Labview还具有内置程序库，提供了大量的连接机制，通过DLLs、共享库、OLE等途径实现与外部程序代码的连接。使用labview开发环境，用户可以创建32位的编译程序，从而为常规的数据采集、测试等任务提供了更快的执行速度。labview是真正的编译器，用户可以创建独立的可执行程序，能够脱离开发环境而单独运行[2]。 一个labview程序包含三个主要部分：前面板、框图程序、图标/连接端口。前面板是labview程序的交互式图形化用户界面，用于设置用户输入和显示程序输出，目的是仿真真实仪器的前面板。框图程序则是利用图形语言对前面板上的控制量和指示量进行控制。图标/连接端口用于把labview程序定义成一个子程序，以便在其他程序中加以调用，这使labview得以实现层次化，模块化编程。2. 2虚拟示波器的界面实现 图2-1是虚拟示波器的主界面：上半部分是波形显示部分，用于显示采集的波形，下半部分是对波形的频谱分析。图2-1 示波器主界面的实现采集来的信号首先要在图2-1的波形实时显示部分进行显示，即图2-2。图2-2 波形实时显示界面如图2-2的软面板是实时波形显示窗口，可以显示实时采样波形。右上边可以直接得到采样数据的最大值、最小值、平均值。右下边包含了放大倍数、采样延迟时间两个旋钮。通过这两个旋钮，可以调整实时波形在屏幕上的显示效果。另外，面板上还有采样结束按钮，用于结束采样。波形实时显示面板下面是一个工具面板：用X和Y按钮可以改变X、Y轴的比例。如果想让绘制的图形自动适应变化的坐标比例，可以单击每个按钮左边的锁定(4)开关，使其自动锁定。第二列的两个是设置X、Y轴刻度值数字表示方式的快捷方式，单击后可以对精度等特性进行设置。第三列的第一个是波形缩放工具，当用赋值工具单击它时，可弹出波形缩放方式的选择项，如图2-3所示：各功能如下：第一个按钮是矩形缩放。选择该项后，在显示区上，按住鼠标左键可以拉出一个方框，方框内的波形将被放大。横着第二个是水平缩放按钮：波形只在水平方向上被放大，垂直方向上保持不变。第三个是垂直缩放按钮：波形只在垂直方向上被放大，水平方向上保持不变。第二行第一个是取消缩放：取消最近的一次缩放操作。接下来的两个是连续缩放按钮。选中该项后，在显示区内按住鼠标左键，波形将以鼠标指针停留位置为中心进行连续缩放。图2-3 工具面板的演示(5)2-4 实时波形的框图程序2-4的框图中，左面是一个while循环框，图框中随机采样信号与面板上的放大倍数旋钮对应的图标相乘（板卡的驱动先不考虑），然后输入到实时波形屏幕中，接着信号流向图框外，并变成数组型数据。框图下方，设置采样延迟时间，由面板上的旋钮控制。另外还有采样结束的控制按钮。 右边循环框外是对数组信号进行处理。通过labview 6i本身提供的子程序，可以得到数据的最大值、最小值和平均值。 该虚拟示波器是单通道虚拟示波器，要想设计多通道的示波器，只需在这个基础上，在面板上加上几个屏幕显示控件，框图程序类似上图即可。当需要把信号进行其他的处理时，我们可以选择labview自带的信号处理部件，也可以把编好的C程序或是matlab程序加入到系统中，扩充系统的功能。2. 3快速傅立叶变换(FFT)和labview分析库中的FFT VI 从DAQ板上获得的采样信号是时域信号，这种信号给出了采样时刻信号的幅度，但是很多情况下，更想了解的是频率成分，而不是幅度值。频域表示法就表示了单个频率成分，这种表示法可以给出更多关于信号和系统的信息。 从时域的采样数据变为频域的算法，称为离散傅立叶变化（DFT）。DFT将采样信号的时域跟频域联系起来。DFT广泛应用于谱分析、应用力学、光学、医学图像、数据分析、仪器及远程通信等方面[2]。(6)假设从DAQ板上获得N个采样信号，对这N个样本进行DAT变换，结果仍将为N个样本，但它却是频域表示法。时域的N个样本与频域的N个样本之间的关系如下：假设信号采样率为fs，采样间隔为t，有t=1/fs，采样信号表示为Xi，0＜i＜N-1（即有N个样本），对这N个样本进行傅立叶变换，公式如下：Xk=X1*e（-j2**0/N）+X2*e（-j2**1/N）+……+Xi*e[-j2**（N-1）/N]注意时域跟频域中均有N个样本。同时域中的时间间隔对应的频率间隔f为：f=fs/N=1/Nt，f也称为频率分辨率，增多采样次数N或减小采样频率fs均能减小f（提高频率分辨率）。对N个采样数据进行DFT是个非常耗时的过程，大约需要n的平方次复数运算；但如果N是2的幂，假设N=2m,对N进行DFT就只需要m*N/2次操作，大大提高了速度，这种算法叫做快速傅立叶变换（FFT），它其实就是当采样N是2的幂时，进行DFT的一种快速算法。FFT的优点在于速度快，且节省内存，这是因为当VI操作FFT时，无需额外的存储缓冲区，但它要求输入序列N必须是2的幂。而DFT速度比FFT慢得多，这是由于它需要额外的缓冲区来存储中间的结果，但是DFT对任一个序列都适用。FFT中为了使采样次数N等于2的幂，可以在输入序列末尾加0。例如：若N=10，可以在输入序列末尾加6个0，使得采样次数的总数为16（2的4次方）。分析库中有两种VI用来计算信号的FFT，即Real FFT VI和Complex FFT VI。两者的区别在于，Real FFT对实信号进行FFT，Complex FFT对复信号进行FFT，值得注意的是，两者的输出均为复数。由于大多数信号都是实数值，因此可以用 Real FFT VI，当然也可以用Complex FFT VI，只是将虚数部分置为0。由于远程通信中的信号一般都为复数信号（实部、虚部均不为0），此时应该使用Comlex FFT VI,对复电位进行调制将产生复信号。2. 4虚拟频谱分析功能软面板和方框图的实现图2－5中，按界面上的运行按钮，在显示界面上分别会显示时域波形和经过FFT以后的频域波形。(7)2-5虚拟频谱分析功能软面板的实现2-6 虚拟频谱分析功能框图的实现(8)图2-6中： Arbitrary Wave—— 用于产生一个随机的波形，RealFFT —— 对输入的采样数据进行FFT，Complex To Polar —— 将FFT的复数输出分为实、虚两部分（幅值和相位），相位部分以弧度为单位，但屏幕上只显示FFT的幅值。(9)第三章声卡在虚拟示波器设计与实现1．认识声卡随着计算机技术和虚拟仪器技术的发展，虚拟仪器逐渐成为现代仪器的发展方向，其中大部分虚拟仪器都是基于各种数据采集卡的，如NI公司的PCI－6221数据采集卡，研华公司PCL－1800型数据采集卡，ISA型数据采集卡AC1820。在对采样频率要求不高的情况下，可以利用计算机的声卡进行数据的输入和输出。声卡是一个非常优秀的音频信号采集系统，其数字信号处理包括模数变换器ADC（Analogue Digital Converter）和 数模变换器DAC（Digital Analogue Converter），ADC用于采集音频信号，DAC则用于重现这些数字声音。声卡已成为多媒体计算机的一个标准配置，因此基于声卡的虚拟仪器具有成本低，兼容性好，通用性和灵活性强的优点，可以不接受硬件限制，安装在多台计算机上。本文利用中的数字声音记录节点，编程实现了基于声卡的虚拟双踪数字存储示波器，采样速率为，线路输入端口最高电压限制为1V，对高于1V的信号采用比例运算放大电路衰减后输入，能适合