摘 要

21世纪计算机发展迅猛，计算机应用于社会的各个领域，虚拟仪器就是计算机和现代测量技术完美的产物，传统的仪器具有昂贵，功能单一等弊端，虚拟仪器将集于方便，实惠，以及其友好的人机界面突颖而出。

本文分析了如何利用labview图形软件开发了一个虚拟示波器，利用计算机模拟示波器的功能,以及分析了虚拟仪器的背景以及研究意义等方面，通过对比传统仪器和虚拟仪器，突出虚拟仪器在当代社会的价值。

本文的主要工作是分析虚拟示波器的工作原理，然后按照需求分析设计出一个虚拟示波器，主要功能波形显示、频谱分析、参数显示等，达到设计的效果。

关键词：虚拟仪器；虚拟示波器；Labview

Abstract

In the 21st century,the development of computer is fast. Computer is applied in every field of society,virtual instrument is the perfect product of computer science and modern measuring technology.Traditional instruments are expensive and with a single function,etc.Virtual instrument are set in convenient,affordable and the friendly man-machine interface.The paper introduces the background of virtual instrument and research significance and so on.By comparing the traditional instrument and virtual instrument,virtual instrument in the value of the contemporary society.At the end of the paper introduces how to use the labview graphical software to develop a virtual oscilloscope,using computer simulation the function of oscilloscope.

The main work of this paper is the analysis of working principle of virtual oscilloscope, and then according to the demand analysis to design a virtual oscilloscope, the main function of waveform display, spectrum analysis, parameter display and so on, to meet the design effect.

KEY WORDS: Virtual instruments, LABVIEW ,Virtual oscilloscope

目录

第一章 绪论 3

1.1提出问题 3

1.2虚拟仪器概述 4

1.3虚拟仪器的分类 4

1.4虚拟仪器的优点 6

1.5虚拟仪器的发展 7

第二章 虚拟示波器设计分析 9

2.1 示波器的基本原理 9

2.2虚拟示波器的工作原理 9

2.3虚拟示波器的创建过程 10

2.4虚拟仪器的结构 11

第三章 程序设计语言的选择 13

3.1 G语言简介 14

3.2 LABVIEW 程序组成 14

第四章 Labview虚拟示波器程序设计 16

4.1 前面板的设计 16

4.2 设计的基本原理和设计步骤 17

致谢 20

参考文献 21

绪论

1.1提出问题

当今社会计算机发展迅速，以其强大的处理能力成为人们生活、学习、工作的重要工具，也得到了广泛的应用。传统的仪器发展成熟，但是还是具有功能单一，操作复杂等缺点，使用起来十分不方便。在工业测量领域，有很多的重复使用，造成了很大的局限性，而且功能单一，只能测定一类特定的数据。这时人们就利用计算机强大的处理能力，模拟仪器的功能，实现多功能集成的仪器设计。20世纪80年代，美国成功开发了虚拟仪器。如今，虚拟仪器以其结构简单、操作简便、生产要求不高等优点进入人们的生活中。

1.2虚拟仪器概述

虚拟仪器的概念最先是由美国国家仪器公司（National Instruments）提出来的，并推出了Labview1.0图形化虚拟仪器软件平台，这是虚拟仪器的源头，虚拟仪器（Virtual instrument)简称VI，就是由Labview开发出来的。虚拟仪器是计算机软件和硬件测试平台，它可以模拟传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪等。虚拟仪器也是继承智能仪器之后的新一代产物。

虚拟仪器的核心思想就是“软件就是仪器”。仪器可以分成计算机、仪器硬件和应用软件三个部分。

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI Labview图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。

1.3虚拟仪器的分类

1.3.1 PCI总线——插卡型虚拟仪器

这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件。

如LabVIEW相结合（注：美国NI公司的Labview是图形化编程工具，它可以通过各种控件自己组建各种仪器。Labview/cvi是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言Visual C ,Visual Basic,Labviews/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，ISA总线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂贵。

1.3.2 并行口式虚拟仪器

最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国LINK公司的DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。

1.3.3 GPIB总线方式的虚拟仪器

GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子 测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。

1.3.4 VXI总线方式虚拟仪器

VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。

1.3.5 PXI总线方式虚拟仪器

PXI总线方式是PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。PXI的高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3~4个扩展槽，通过使用PCI—PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。

1.4虚拟仪器的优点

虚拟仪器彻底改变了传统仪器由生产厂家定义功能的模式，而是在少量附加硬件的基础上，由用户定义仪器功能。因为它的运行主要依赖软件，所以修改或增加功能、改善性能都非常灵活，也便于利用PC的软硬件资源和直接使用PC的外设和网络功能。虚拟仪器不但造价低，而且通过修改软件可增加它的适应性，进而延长它的生命周期，是一种具有很好发展前景的仪器。与传统仪器相比，虚拟仪器具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点，具体表现为：　

1.4.1智能化程度高，处理能力强

虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。　

1.4.2应用性强，系统费用低

应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统费用更低。通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。

1.4.3操作性强，易用灵活

虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线。这些都使得仪器的可操作性大大提高而且易用、灵活。

虚拟仪器与传统仪器的比较

1.5虚拟仪器的发展

自从 National Instruments 公司率先提出虚拟仪器概念至今已有15 年。在这15 年里，NI 逐步改革了全世界工程师和科学家们测量和自动化的方法.。今天，全世界的工程师和科学家们正在成千上万个应用系统中使用“虚拟仪器”，从而达到了缩短开发时间、提高产品品质并降低生产成本的共同目的。同时，虚拟仪器技术也正在趋于成熟和完善。