【正文】 現(xiàn)代測量技術(shù)的迅速發(fā)展，一種新型的先進儀器——虛擬儀器稱為當前研究的熱點。虛擬儀器作為新興的儀器儀表，其優(yōu)勢在于用戶可自行定義儀器的功能和結(jié)構(gòu)等，且構(gòu)建容易、轉(zhuǎn)換靈活。因此它在各個領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)單位和院校都在積極地開展這些方面的研究和開發(fā)。 虛擬儀器應(yīng)用程序的開發(fā)主要有兩種：一種是基于傳統(tǒng)的文本語言的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有l(wèi)ab windows/cvi、visual basidc 等；一種是基于圖形化語言的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有l(wèi)ab view 和 hpvee 。其中圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉的術(shù)語和圖形化符號代替常規(guī)的文本語言編程，界面友好，操作簡便，可大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，深受專業(yè)人士的青睞。 課題的研究目的和意義 在對大規(guī)模、集成化、智能化及數(shù)字電子儀器需求愈加迫切的形勢下，計算機技術(shù)、儀器技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了具有里程碑意義的新一代儀器——虛擬示波器。虛擬儀器的出現(xiàn)開辟了儀器技術(shù)的新紀元，它是多門技術(shù)與計算機技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其基本思想逐步代替儀器完成某些功能，如數(shù)據(jù)的采集、分析、顯示和存儲等，最終達到取代傳統(tǒng)電子儀器的目的。 虛擬示波器是計算機硬件資源、儀器硬件、數(shù)據(jù)分析處理、軟件、通信軟件及圖行用戶界面的有效結(jié)合，具有傳統(tǒng)儀器所具備的信號采集、信號處理分析、信號輸出等功能。其基本構(gòu)成包括計算機、虛擬儀器軟件、硬件接口和測試儀器等。 虛擬儀器有以下優(yōu)點： 。 實現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化，節(jié)省了物質(zhì)資源，增加了系統(tǒng)的靈活性。 通過軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法，實時直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理。 圖形用戶界面技術(shù)的應(yīng)用，真正的做到界面友好、人機交互。 。 虛擬儀器具有方便、靈活的互聯(lián)能力，廣泛支持諸如CAN、Field Bus、PROFIBUS等各種工業(yè)總線標準。因此，利用虛擬儀器技術(shù)可方便地構(gòu)建自動測試系統(tǒng)，實現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡(luò)化。 。 虛擬儀器的硬、軟件具有開放性、模塊化、可重復(fù)使用及互換性等特點，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的標準接口產(chǎn)品，使儀器的開發(fā)更為有效，縮短儀器組建、開發(fā)時間。 。 虛擬儀器的功能由用戶自己定義，這意味著可自由的組合計算機平臺、硬件、軟件以及各種實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)所需要的附件。這種靈活性在由供應(yīng)商定義、功能固定、獨立的傳統(tǒng)儀器是達不到的。從傳統(tǒng)儀器的轉(zhuǎn)變，為用戶帶來了更多的實際的利益。 虛擬示波器的特點不僅推進了以虛擬儀器為基礎(chǔ)的界面系統(tǒng)改造，同時也影響了以虛擬儀器為主的圖形構(gòu)造方法的進化。虛擬儀器的出現(xiàn)使儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流，是信息技術(shù)的一個重要領(lǐng)域，必將對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生不可估量的影響。 本文結(jié)構(gòu)本文通過基于LABVIEW的技術(shù)對虛擬示波器進行設(shè)計和實現(xiàn)。第一章：緒論（本章闡述了課題的背景、課題來源和研究意義，分析了虛擬儀器發(fā)展的趨勢和優(yōu)勢，進一步說明虛擬示波器在今后應(yīng)用中的必要性）第二章：主要軟件（本章具體分析了系統(tǒng)設(shè)計所需要的各種主要軟件，包括應(yīng)用于系統(tǒng)硬、軟件仿真的proteus、keil，和虛擬應(yīng)用軟件LABVIEW。）第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計（分析了虛擬儀器的應(yīng)用需求，設(shè)計了系統(tǒng)的硬件、軟件系統(tǒng)，并根據(jù)需求對系統(tǒng)功能模塊進行了劃分和細化。）第四章 詳細設(shè)計與系統(tǒng)實現(xiàn)（根據(jù)第四章的設(shè)計結(jié)果利用proteus和keil進行了具體的應(yīng)用程序設(shè)計及仿真調(diào)試，在LABVIEW環(huán)境下完成虛擬示波器的實現(xiàn)）第五章 設(shè)計總結(jié)（總結(jié)虛擬示波器系統(tǒng)設(shè)計體會和編程體會，并指出了系統(tǒng)設(shè)計中的不足和改進的方向。）第二章 主要應(yīng)用軟件介紹 proteus的簡介Proteus軟件是一款在國內(nèi)開始廣泛流行的EDA軟件，該軟件具有模擬電路仿真，數(shù)字電路仿真，單片機及外圍電路組成的系統(tǒng)仿真，RS232動態(tài)仿真，12C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)的仿真，以及各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。該軟件目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM以及各種外圍芯片。該軟件還支持大量的存儲器和外圍芯片，總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。Proteus的運行環(huán)境：Windows 98/Me/2000/XP，該軟件對PC硬件要求不高，當前主流機器配置都可以滿足它的運行要求，所用機器的配置（僅供參考）： （1）CPU： （2）RAM：512MB （3）硬盤：60GB （4）顯示器：1280Χ1024Proteus主要有兩大部分組成：1. ISIS——原理圖設(shè)計、仿真系統(tǒng)。它主要用于電路原理圖的設(shè)計以及互式仿真。2. ARES——印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)。它主要用于印刷電路板的設(shè)計，產(chǎn)生最終的PCB文件。( 1) 虛擬系統(tǒng)模型VSM(Virtual Sys tem Modelling ) Proteus 的仿真功能是基于虛擬系統(tǒng)模型(VSM, VirtualSys tem Modelling ) 來實現(xiàn)的, 在物理原型調(diào)試之前, 將Spice電路模型、動態(tài)外部設(shè)備以及微處理器的仿真結(jié)合起來, 用于仿真單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種設(shè)計方法。Proteus VSM是一個完整的嵌人式系統(tǒng)軟件、硬件設(shè)計仿真平臺, 它包括原理圖系統(tǒng)ISIS、帶擴展的Prospice 混合模型仿真器、動態(tài)器件庫、高級圖形分析模塊和處理器虛擬系統(tǒng)。( 2) 智能原理圖輸入系統(tǒng)ISIS ISIS 是Proteus S 系統(tǒng)的設(shè)計中心和易用的功能強大的編輯工具, 它提供給用戶圖形外觀包括線寬、填充類型、字符等的全部控制, 畫完圖后可以以圖形文件輸出, 或拷貝到剪切板以便其他文件使用。(3) 激勵源 Proteus 在ACTIVE 庫中還提供了象直流信號發(fā)生器、正弦信號發(fā)生器、單頻率調(diào)頻信號發(fā)生器、數(shù)字單邊沿發(fā)生器、數(shù)字時鐘信號發(fā)生器等。它允許用戶對其參數(shù)進行設(shè)置。可用于電路測試。(4) 虛擬儀器 Proteus 提供了大量的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀、定時/計數(shù)器、信號發(fā)生器、虛擬終端以及電壓電流表等, 這些儀器在仿真單片機和電路時, 能實時觀測到信號的變化, 對電路的定性分析十分有利。(5) 單片機及外圍電路實時協(xié)同仿真 Proteus 最重要的特點是它能夠把用戶編寫的應(yīng)用軟件作用在微處理器上并和連接在該處理器的外圍模擬器件及數(shù)字器件協(xié)同仿真, 就像在真正的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件平臺上執(zhí)行目標代碼。支持的微控制器有51 系列、Microchip 的PIC 系列、Atmel 的AVR 系列、Motorola HC11 和ARM7 /LPC2000 系列。支持EWARM、GNU ARM piler、KARM、Keil C5IAR、MPAB 等編譯器。隨著Proteus 版本不斷升級, 會支持越來越多的微處理器和新元器件。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應(yīng)。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。 Protues VSM 功能介紹Proteus除了具有和其他EDA工具一樣的原理圖設(shè)計、PCB自動生成及電路仿真的功能外，最大特點是Proteus VSM（Virtual System Modelling）實現(xiàn)了混合模式的SPICE電路仿真，它將虛擬儀器、高級圖表仿真、微處理器仿真器、第三方的編譯器和調(diào)試器等有機會結(jié)合起來，在世界范圍內(nèi)第一次實現(xiàn)了硬件物理模型搭建成功之前，即可在計算機上完成原理設(shè)計、電路分析與仿真、處理器代碼調(diào)試及實時仿真、系統(tǒng)測試，以及功能驗證。 ISIS提供了針對Proteus VSM的編輯環(huán)境，是進行交互仿真的基礎(chǔ)，其主要特點如下：●自動布線和連接點放置； ●強大的元件選擇工具和屬性編輯工具； ●完善的總線支持； ●元器件清單和電氣規(guī)則檢查； ●適合主流PCB設(shè)計工具的網(wǎng)絡(luò)表輸出； ●支持參數(shù)化子電路元件值的層次化設(shè)計； ●自動標注元件標號功能； ●ASCⅡ數(shù)據(jù)輸入功能；