【文章內(nèi)容簡介】 編程來實(shí)現(xiàn)的。 虛擬儀器的構(gòu)成和特點(diǎn)構(gòu)成：虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和測(cè)控功能硬件。計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)可以是各種類型的計(jì)算機(jī)，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、嵌入式計(jì)算機(jī)等。它管理著虛擬儀器的軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)在顯示、存儲(chǔ)能力、處理器性能、網(wǎng)絡(luò)、總線標(biāo)準(zhǔn)等方面的發(fā)展，導(dǎo)致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。測(cè)試軟件是虛擬儀器的主心骨。NI 公司在提出虛擬儀器概念并推出第一批實(shí)用成果時(shí)，就用軟件就是儀器來表達(dá)虛擬儀器的特征，強(qiáng)調(diào)軟件在虛擬儀器中的重要位置。NI 公司從一開始就推出豐富而又簡潔的虛擬儀器開發(fā)軟件。還可以根據(jù)不同的測(cè)試任務(wù)，在虛擬儀器開發(fā)軟件的提示下編制不同的測(cè)試軟件，來實(shí)現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。特點(diǎn)：虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全 繼承 了以現(xiàn)成即用的 PC 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文 基 于 LabVIEW 的 虛 擬 示 波 器 設(shè) 計(jì) 1 件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。 NI 的軟硬件工具使得我們不再受限于當(dāng)前的技術(shù)中。這得益于 NI 軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。 在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI 高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI 設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。 虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個(gè)集成的軟硬件概念。NI 的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的 I/O 設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助我們輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了復(fù)雜性。 虛擬儀器研究背景和發(fā)展趨勢(shì)虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用起源于 1986 年美國 NI 公司設(shè)計(jì)的 LabVIEW軟件，這是一種基于圖形的開發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行的軟件平臺(tái)。它的發(fā)展大致可以分為三個(gè)階段。第一個(gè)階段是利用計(jì)算機(jī)來增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能把傳統(tǒng)的儀器通過串行口和計(jì)算機(jī)連接起來后就可以用計(jì)算機(jī)控制儀器了。第二階段主要是在功能硬件上實(shí)現(xiàn)了很大的技術(shù)進(jìn)步。第三階段形成了虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)的基本框架，這主要是采用了面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)構(gòu)筑起了虛擬儀器的平臺(tái)，并逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)的軟件開發(fā)工具，這三個(gè)階段幾乎是同步進(jìn)行的。目前，我國正研制 PC 虛擬儀器，產(chǎn)品已達(dá)到一到的批量。國內(nèi)專家預(yù)測(cè)：未來的幾年內(nèi)，我過有 50%的儀器為虛擬儀器，屆時(shí)，國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器，它將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。 虛擬儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用虛擬儀器系統(tǒng)開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展，以提高精確度，降低成本，并大大節(jié)省用戶的開發(fā)時(shí)間，因此已經(jīng)才測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 基 于 LabVIEW 的 虛 擬 示 波 器 設(shè) 計(jì) 2 用虛擬儀器系統(tǒng)可以隨時(shí)采集和記錄從傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并對(duì)之進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、數(shù)字濾波、頻域分析等處理，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。在實(shí)驗(yàn)室中，利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)專用虛擬儀器系統(tǒng)，可以把一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)變成一組檢測(cè)儀器，用于數(shù)據(jù)/圖像采集、控制與模擬。現(xiàn)在，隨著虛擬儀器系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，越來越多的教學(xué)部門也開始用它來建立教學(xué)系統(tǒng)，不及大大節(jié)省了開支，而且由于虛擬儀器系統(tǒng)具有靈活、可重用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得教學(xué)方法也變得更加靈活了。 基 于 LabVIEW 的 虛 擬 示 波 器 設(shè) 計(jì) 3 第 2 章 LabVIEW LabVIEW 的概述 LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是由美國國家儀器(NI)公司研發(fā)的是一種類似于 C 和 BASIC 的程序開發(fā)環(huán)境。它是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW 使用的是目前國際上唯一的圖形化的程序語言——Ｇ語言。使用這種語言編程時(shí)，用戶可以不寫程序代碼，而只需用流程圖就可完成測(cè)試任務(wù)，復(fù)雜的程序中解放出來，從而將更多的精力投放到物理問題本身，大大提高了工作效率。這同時(shí)也降低了對(duì) LabVIEW 使用者的專業(yè)要求，使各個(gè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員均可使用。目前，LabVIEW 已有多種版本，在此次設(shè)計(jì)中，我們采用 LabVIEW2022的版本進(jìn)行設(shè)計(jì)。 LabVIEW 的基本構(gòu)成所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序包括前面板（Front Panel） 、框圖程序(Diagrame Programme)以及圖標(biāo) /連接器（ Icon/Connector）三部分。前面板(Front Panel)前面版是 VI 特有的組成部分之一，用來在計(jì)算機(jī)的屏幕上顯示人機(jī)對(duì)話、交互式用戶操作界面，亦可構(gòu)成模擬真實(shí)儀器的操作面板。它可以放置諸如開關(guān)、滑動(dòng)條、儀表盤、圖形、圖表、LED 等等控件，所有這些控件都可以在LabVIEW 開發(fā)環(huán)境所提供的控件選項(xiàng)板上找到。前面版正是虛擬儀器所必須的含有的部件之一，也是用戶唯一可以見到的部分。 在基于文本代碼的編程語言中，比如 C、Java，僅編寫一個(gè)前面版就要寫很多程序代碼，而在 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境中，前面版是提供給設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì) VI 所必須的提供的要素之一。 程序框圖（Block diagram ） 基 于 LabVIEW 的 虛 擬 示 波 器 設(shè) 計(jì) 4 圖 2 程序框圖 LabVIEW 圖形化語言采用的是用圖形方式表示的程序或算法，構(gòu)成圖形化語言程序代碼的基本要素后面會(huì)講到。程序框圖為程序設(shè)計(jì)者編程時(shí)所使用，最終用戶也是無法看到的。 程序款圖是提供給設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì) VI 所必須的提供的要素之一。它由節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、圖框、和連線四種元素構(gòu)成。圖標(biāo)和連接器（Icon and Connector） LabVIEW 圖形化語言的每個(gè) VI 都有自己的圖標(biāo)和連接器。圖標(biāo)構(gòu)成區(qū)別不同 VI 的圖形符號(hào)，而連接器定義了 VI 的輸入和輸出（當(dāng)然也可以不進(jìn)行定義） 。 圖標(biāo)和連接器指定了程序中數(shù)據(jù)流進(jìn)、流出的路徑。它們也只提供給程序設(shè)計(jì)者，最終用戶也是無 法看到的。 每個(gè) VI 的前面版、后面版的右上角都有一個(gè)屬于這個(gè) VI 的圖標(biāo)，以用來與其它 VI 相區(qū)別。程序的設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)、修改這個(gè)圖標(biāo)。 LabVIEW 的軟件設(shè)計(jì)基本原理程序編寫完成后，用戶必須經(jīng)過運(yùn)行和調(diào)試來測(cè)試編寫的程序是否能夠產(chǎn)生預(yù)期的運(yùn)行結(jié)果從而找出程序中存在的一些錯(cuò)誤。LabVIEW 提供了許多工具來幫助完成程序的調(diào)試。 LabVIEW 的運(yùn)行和調(diào)試 LabVIEW 的運(yùn)行 （1）LabVIEW 的運(yùn)行。單擊前面板或程序框圖的運(yùn)行按鈕 ，就可以運(yùn)行 VI 一次，當(dāng) LabVIEW 正在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行按鈕變?yōu)?。 基 于 LabVIEW 的 虛 擬 示 波 器 設(shè) 計(jì) 5 （2）LabVIEW 的連續(xù)運(yùn)行。單擊前面板或程序框圖的連續(xù)運(yùn)行按鈕 ，可以連續(xù)運(yùn)行，這時(shí)按鈕變成 ，在這種情況下，用戶再次單擊此按鈕就可以停止連續(xù)運(yùn)行。（3）LabVIEW 的停止。在程序運(yùn)行過程中，停止按鈕由編輯時(shí)的 變?yōu)榭捎玫臓顟B(tài) 。單擊此按鈕，可以強(qiáng)行停止程序的運(yùn)行。如果調(diào)