【正文】 設(shè)計、構(gòu)建和修改自己的虛擬儀器系統(tǒng)。論文介紹了虛擬儀器的特點和功能， 課題中承擔(dān)虛擬示波器研究與設(shè)計工作,主要包括用LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)編寫在計算機上運行的所有虛擬儀器控制面板程序、設(shè)計高性能的數(shù)據(jù)采集卡中模數(shù)轉(zhuǎn)換及相關(guān)電路以及LabVIEW面板程序與計算機EPP并口之間的數(shù)據(jù)通信。 本論文涉及虛擬示波器開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)和主要方法,為研究和開發(fā)虛擬儀器提供了一種可行的方法。虛擬儀器的出現(xiàn)是測控領(lǐng)域的一次技術(shù)革命,它借助于計算機的軟硬件平臺，配以特殊設(shè)計的硬件和專用軟件,形成既具有普通儀器的基本功能,又有自己特殊功能的新型儀器。二 示波器功能概述示波器是生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究中應(yīng)用十分廣泛的電子測量儀器。目前常用的模擬示波器，外型笨重，功能單一；數(shù)字示波器雖然有一定的功能擴展，但價格昂貴，維護升級成本高，短時間內(nèi)難以普及應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，近年來，出現(xiàn)了一種基于計算機和軟件的新型儀器——虛擬儀器。虛擬儀器以計算機為核心，功能由用戶定義和設(shè)計，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)。虛擬儀器的關(guān)鍵是用軟件來實現(xiàn)硬件的功能，實現(xiàn)“軟件即儀器”。本文應(yīng)用虛擬儀器開發(fā)平臺Labview開發(fā)了一種多功能虛擬示波器，不僅擴展了示波器的分析和計算能力，而且降低了儀器的價格，增強了儀器的通用性，實現(xiàn)了波形顯示、存儲、打印和讀取以及多個測量參數(shù)自動顯示、相位差自動計算等功能。三 虛擬示波器系統(tǒng)硬件設(shè)計虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。硬件平臺完成被測信號調(diào)理與信號采集，即獲取被測信號。目前較常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PCDAQ系統(tǒng)）、GPIB儀器測試系統(tǒng)、VXI儀器測試系統(tǒng)。多功能虛擬示波器的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。儀器由調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集、計算機等部分組成。調(diào)理電路將被測信號調(diào)理成5~5V輸入信號，送數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的數(shù)字信號，再由計算機進行相關(guān)分析、計算、輸出處理，顯示、打印、保存觀測結(jié)果。 多功能虛擬示波器采用美國國家儀器公司（NATIONAL INSTRUMENTS，簡稱NI）的數(shù)據(jù)采集卡PCI－6024E，它支持DMA方式和雙緩沖區(qū)模式，保證了實時信號不間斷采集與存儲。這種數(shù)據(jù)采集卡支持單極性和雙極性模擬信號輸入，采樣速率可達200kb/s，信號輸入范圍分別為－5～＋5V和10V～10V。提供16路單端／8路差動模擬輸入通道、2路獨立的DA輸出通道、8位24線的TTL型數(shù)字I／O、2個24位20MHz的定時計數(shù)器，4個模擬輸入范圍等多種功能。該數(shù)據(jù)采集卡支持的操作系統(tǒng)有：Windows 2000/NT/XP/Me/9x、Linux等。使用的軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI等。這些功能使得用戶不僅可以用該卡設(shè)計示波器，還可以使用該卡設(shè)計數(shù)字萬用表、波形發(fā)生器、邏輯分析儀等，做到一卡多用，為系統(tǒng)的后續(xù)擴充保留余地。 多功能虛擬示波器的設(shè)計參考了傳統(tǒng)示波器的功能，并結(jié)合虛擬儀器的特點與計算機強大的信息處理能力，在功能上進行了擴展，實現(xiàn)了波形顯示、存儲、打印和時域、頻域參數(shù)自動測量、顯示、查詢以及相位差的自動計算功能。多功能虛擬示波器的主要技術(shù)指標：采樣速率：200kb／s采樣位數(shù)：12bits波形顯示模式：雙通道XY mode定位標尺：兩個數(shù)據(jù)存儲：硬盤或軟盤圖是虛擬示波器的主界面：上半部分是波形顯示部分，用于顯示采集的波形，下半部分是對波形的頻譜分析。 示波器主界面的實現(xiàn)四 虛擬示波器軟件設(shè)計 LabVIEW是虛擬儀器領(lǐng)域中最具有代表性的圖形化編程開發(fā)平臺，是目前國際上首推并應(yīng)用最廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一。LabVIEW是一個完全的、開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，利用它組建儀器測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以大大簡化程序的設(shè)計。LabVIEW與傳統(tǒng)的基于文本語言的編程語言不同，它用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼，包含有專門用于設(shè)計數(shù)據(jù)采集程序和儀器控制程序的函數(shù)庫和開發(fā)工具庫。在計算機顯示屏幕上利用函數(shù)庫和開發(fā)工具庫產(chǎn)生一個前面板（Front Panel）,在后臺則是利用圖形化的編程語言編制用于控制前面板的框圖程序，程序的前面板具有與傳統(tǒng)儀器相類似的界面，可接受用戶的鼠標和鍵盤指令。LabVIEW是帶有可擴展函數(shù)庫和子程序庫的通用程序設(shè)計系統(tǒng)，它提供了用于GPIB設(shè)備控制、VXI 總線控制、串行口設(shè)備控制以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲的應(yīng)用程序模塊。我們研制的諧波測試分析系統(tǒng)軟件部分主要完成數(shù)據(jù)實時采集、存儲、顯示和諧波分析等功能。在軟件的具體實現(xiàn)時分為以下幾大模塊來處理。 虛擬示波器軟件設(shè)計采用的NI公司的虛擬儀器開發(fā)工具LabVIEW。LabVIEW是根據(jù)G編程語言,為數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析與顯示而設(shè)計的一種圖形編程開發(fā)環(huán)境。它用圖標代碼代替編程語言創(chuàng)建應(yīng)用程序，用數(shù)據(jù)流編程方法描述程序的執(zhí)行，用圖標和連線代替文本的形式編寫程序，為虛擬儀器設(shè)計者提供了便捷輕松的設(shè)計環(huán)境，設(shè)計者利用它可以像搭積木一樣，輕松組建一個測試系統(tǒng)以及構(gòu)造自己的儀器面板，而無需進行任何煩瑣的程序代碼編寫。 使用LabVIEW開發(fā)平臺編制的虛擬儀器程序VI包括三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標/連接器。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，生成模仿傳統(tǒng)儀器的控制面板[1]。每一個程序前面板都對應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，類似傳統(tǒng)程序的源代碼。圖標/連接器是子程序SubVI被其它VI調(diào)用的接口。LabVIEW采用的是自上向下的模塊化編程方法，所生成的各個子程序有利于主程序的設(shè)計與實現(xiàn)[2]。這種設(shè)計方法可大大減小虛擬儀器開發(fā)的難度，利于儀器開發(fā)人員之間的分工協(xié)作。多功能虛擬示波器主要由軟件來完成信號的采集、處理和輸出。系統(tǒng)軟件包括前面板生成、數(shù)據(jù)采 集、數(shù)據(jù)處理、波形顯示、參數(shù)測量、相位差計算、打印、記錄等模塊。主程序結(jié)構(gòu)框圖如圖所示 圖一 NI公司提供了完善的數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置軟件Measurement amp。 Automation，用于連接數(shù)據(jù)采集卡硬件和計算機軟件[3]。虛擬示波器采用了工具DAQ節(jié)點（Uti