虛擬示波器概況文獻(xiàn)綜述

1、虛擬示波器概況1電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今，大體可分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。第一代模擬儀器如指針式萬(wàn)用表、晶體管電壓表等。第二代數(shù)字化儀器，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計(jì)等，這類(lèi)儀器目前相當(dāng)普及。這類(lèi)儀器將模擬信號(hào)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為數(shù)字號(hào)測(cè)量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應(yīng)的較高準(zhǔn)確率的測(cè)量。第三代智能儀器，這類(lèi)儀器內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試又具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可取代部分腦力勞動(dòng)，習(xí)慣上稱(chēng)為智能儀器。它的功能模塊全部都是以硬件（或固化的軟件）的形式存在，相對(duì)虛擬儀器而言，無(wú)論是開(kāi)發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)

2、和測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來(lái)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展一個(gè)重要方向1。2傳統(tǒng)儀器的缺陷傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器是一個(gè)自封閉的系統(tǒng)，它作為獨(dú)立的設(shè)備擁有自己的機(jī)箱包括各種開(kāi)關(guān)旋鈕的操作面板，信號(hào)輸入輸出端，指針式或led顯示表，crt或lcd波形顯示窗口，打印輸出端口。儀器內(nèi)部包括有傳感器、信號(hào)處理器、a/d轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲(chǔ)器和內(nèi)部總線等專(zhuān)門(mén)化的電路。通過(guò)這些電路來(lái)轉(zhuǎn)換、測(cè)量、分析實(shí)際信號(hào)，并將結(jié)果以各種方式顯示。但是由于儀器所包含的功能均由儀器廠家定義，所有的功能塊全部都是以硬件(或固化了的軟件)的形式存在于測(cè)量?jī)x器中，單臺(tái)儀器的功能單一、固定，用戶(hù)無(wú)法根據(jù)實(shí)際需要改變或擴(kuò)展儀器

3、功能2。而在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師往往需要用到多種不同的測(cè)量功能，在進(jìn)行野外實(shí)地測(cè)量的情況下，在測(cè)量的信號(hào)種類(lèi)較多的情況下，在需要對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、離線分析的情況下，傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器就體現(xiàn)出了諸多的不便和功能上的局限。雖然電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給傳統(tǒng)的儀器注入了強(qiáng)大的活力。特別是微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)字化儀器，智能儀器的快速發(fā)展，使其功能越來(lái)越強(qiáng)，精度越來(lái)越高，性能越來(lái)越好。但是，傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器的固有局限性并沒(méi)有根本改變3。3虛擬儀器的提出及發(fā)展虛擬儀器(vi- virtual instrument)是指通過(guò)應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能化硬件結(jié)合起來(lái)，用戶(hù)可通過(guò)友好的圖形界而操作

4、計(jì)算機(jī)，就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的單個(gè)儀器一樣，從而完成對(duì)被測(cè)量的采集、處理、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。在這種儀器系統(tǒng)中，各種復(fù)雜測(cè)試功能、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果顯示都完全由計(jì)算機(jī)軟件完成，在很多方面有傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如使用靈活方便、測(cè)試功能豐富、價(jià)格低廉、一機(jī)多用等，這些使得虛擬儀器成為未來(lái)電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展的主要方向之一3。國(guó)外的儀器產(chǎn)業(yè)早在上個(gè)世紀(jì)80年代末就開(kāi)始了虛擬儀器的研究工作。在90年代以美國(guó)國(guó)家儀器公司(ni), motorola公司等著名企業(yè)為代表，開(kāi)始了儀器產(chǎn)業(yè)從數(shù)字化儀器、智能儀器向虛擬儀器的過(guò)渡。伴隨著it技術(shù)的飛躍發(fā)展，虛擬儀器的概念使得現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)

5、和測(cè)量技術(shù)達(dá)到了前所未有的緊密結(jié)合，進(jìn)而引發(fā)了傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革4。虛擬儀器產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢(shì)不容樂(lè)觀。由于虛擬儀器是隨著傳統(tǒng)電子測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)不斷發(fā)展、不斷完善而產(chǎn)生的一項(xiàng)綜合性結(jié)構(gòu)化電子測(cè)量與控制技術(shù)。但是我國(guó)的計(jì)算機(jī)技術(shù)通信電子等產(chǎn)業(yè)的起步比較晚，相對(duì)滯后與歐美國(guó)家，因此我國(guó)對(duì)虛擬儀器的研究起步也比較晚，發(fā)展比較緩慢。知道上個(gè)世紀(jì)末才開(kāi)始對(duì)虛擬儀器的研究。我國(guó)對(duì)于虛擬儀器的研究還處在初級(jí)起步階段，在我國(guó)從事虛擬儀器研究和開(kāi)發(fā)的科研單位數(shù)量很少，而且沒(méi)有同國(guó)際虛擬儀器產(chǎn)業(yè)接軌，大多數(shù)的企業(yè)只是作為國(guó)外知名的虛擬儀器廠家的銷(xiāo)售代理商的身份存在著，并沒(méi)有形成自主

6、研究，自主開(kāi)發(fā)，自主銷(xiāo)售的機(jī)制。一些高等院校和附屬高科技公司，在研究和開(kāi)發(fā)儀器產(chǎn)品和虛擬式儀器設(shè)計(jì)平臺(tái)以及引進(jìn)消化ni公司、hp公司的產(chǎn)品等方面做了一系列有益工作，取得了一批矚目的成果。虛擬儀器發(fā)展至今經(jīng)歷的四個(gè)階段，第一階段利用計(jì)算機(jī)控制測(cè)量?jī)x器，第二階段，插入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡技術(shù)的進(jìn)步，vix儀器總線標(biāo)準(zhǔn)的確立，使得儀器的技術(shù)得以開(kāi)放。第三階段，虛擬儀器逐漸得到認(rèn)同和采用，第四階段，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的快速發(fā)展。隨之vi驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化及軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的發(fā)展，代碼復(fù)用已經(jīng)成為儀器編程中的基礎(chǔ)，使得用戶(hù)可以避免編程過(guò)程中大量重復(fù)勞動(dòng)，從而大大縮短了復(fù)雜程序的開(kāi)發(fā)時(shí)間。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底改變了傳統(tǒng)儀器

7、的結(jié)構(gòu)固定，功能單一、價(jià)格昂貴、可擴(kuò)展性差等不足，并且具有的靈活方便的功能擴(kuò)展、美觀友好的人機(jī)界面、得心應(yīng)手的操作、優(yōu)良的性能價(jià)格比和用戶(hù)可自行定義儀器功能等一系列優(yōu)點(diǎn)。虛擬儀器將計(jì)算機(jī)和測(cè)量系統(tǒng)融合于一體，用計(jì)算機(jī)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件的功能，用計(jì)算機(jī)的顯示器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器物理面板。虛擬儀器對(duì)于傳統(tǒng)儀器的最大優(yōu)勢(shì)是“傳統(tǒng)的獨(dú)立儀器由制造商來(lái)定義它的功能，而虛擬儀器完全由用戶(hù)定義儀器的功能”。傳統(tǒng)的單臺(tái)儀器只有一塊儀器面板，例如，示波器只有示波器面板，信號(hào)發(fā)生器也只有信號(hào)發(fā)生器的面板。但是，虛擬儀器的“面板”顯示在pc的屏幕上，以軟件的形式存在于計(jì)算機(jī)中，一套完整的虛擬儀器系統(tǒng)可以包含多個(gè)可

8、切換的操作面板。儀器的操作是通過(guò)鼠標(biāo)選中不同的按鍵和旋鈕來(lái)完成的。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，采用不同的軟硬件組合，用戶(hù)就能在屏幕上定義自己的儀器，通過(guò)修改軟件來(lái)修改或增減儀器的功能，生成各種不同的“儀器面板”，最大限度的滿(mǎn)足各種測(cè)量系統(tǒng)的需要，從而真正體現(xiàn)了“軟件就是儀器”這一新概念5。示波器是電子測(cè)量、測(cè)試儀器中使用范圍非常廣泛的設(shè)備。傳統(tǒng)示波器包括寬帶示波器、取樣示波器和記憶示波器等，它們頻帶較寬，實(shí)時(shí)性較好，但功能比較單一，人機(jī)界面不夠友好。采用虛擬示波器技術(shù)可以以低廉的成本解決這些問(wèn)題。虛擬示波器是虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，它使用數(shù)據(jù)采集卡采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，通過(guò)接口電路傳輸數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，再借助強(qiáng)大的監(jiān)

9、控軟件模擬示波器的操作面板，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、分析、處理、存儲(chǔ)、再顯示、打印輸出等功能6。虛擬示波器是虛擬儀器的一種，它不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)示波器的功能，并且具有存儲(chǔ)、再現(xiàn)、分析、處理波形等特點(diǎn)，而且體積小，耗電少。虛擬示波器使用功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)來(lái)完成信號(hào)的處理和波形的顯示，利用軟件技術(shù)在屏幕上設(shè)計(jì)出方便、逼真的儀器面板，進(jìn)行各種信號(hào)的處理、加工和分析，用各種不的方式（如數(shù)據(jù)、圖形、圖表等）表示測(cè)量結(jié)果，完成各種規(guī)模的測(cè)量任務(wù)7。4虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展影響到社會(huì)工作，生活得各個(gè)方面。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在虛擬儀器上的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)儀器測(cè)量的數(shù)據(jù)資源共享。隨著internet的普及，測(cè)試技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化成為

10、大勢(shì)所趨，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器成為時(shí)代的產(chǎn)物。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的測(cè)試與控制，是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)控方式的一場(chǎng)革命。測(cè)控凡是的網(wǎng)絡(luò)化，是未來(lái)測(cè)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器必將伴隨著許多相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展和成熟，煥發(fā)心的活力，也將對(duì)測(cè)量和自動(dòng)化工業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)，擁有廣闊的發(fā)展前景8。參考文獻(xiàn)1 劉君華基于labview的虛擬儀器的設(shè)計(jì)j北京：電子工業(yè)出版社2003.12 龍志強(qiáng)，趙海龍，虛擬儀器測(cè)試技術(shù)研究j儀表技術(shù)，2000.33 陳景波，楊放，姚定江基于compuscope 82g型高速數(shù)據(jù)采集卡的虛擬示波器設(shè)計(jì)j國(guó)外電子元器件2006(2)：60624 姚錫陵，一種基于虛擬儀器概念的數(shù)

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12、62待添加的隱藏文字內(nèi)容212 趙偉軍基于pc i總線的虛擬示波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)j現(xiàn)代雷達(dá)2007，29（1）：414313 張夢(mèng)麟，李念強(qiáng)，李萍基于fpga虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)j儀表儀器裝置2008（2）：81114 鄭興凱，李宇成，鄭勇便攜式多功能虛擬示波器設(shè)計(jì)j工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2007，20（2）：707315 compuscope 82g hardware manual and installation guidegage applied technologie, inc, 200316 gagescope software, gage applied technologie, inc, 200317 stanleyb.lippman,josee lajoic,barbara e.moo.c+ primerm.beijing：posts&t