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1、虚拟示波器概况1电子测量仪器的发展电子测量仪器发展至今，大体可分为四代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。第一代模拟仪器如指针式万用表、晶体管电压表等。第二代数字化仪器，如数字电压表、数字频率计等，这类仪器目前相当普及。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应的较高准确率的测量。第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。它的功能模块全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，相对虚拟仪器而言，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代虚拟仪器，它是现代计算机技术、通信技术
2、和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器产业发展一个重要方向1。2传统仪器的缺陷传统的测量仪器是一个自封闭的系统，它作为独立的设备拥有自己的机箱包括各种开关旋钮的操作面板，信号输入输出端，指针式或LED显示表，CRT或LCD波形显示窗口，打印输出端口。仪器内部包括有传感器、信号处理器、A/D转换器、微处理器、存储器和内部总线等专门化的电路。通过这些电路来转换、测量、分析实际信号，并将结果以各种方式显示。但是由于仪器所包含的功能均由仪器厂家定义，所有的功能块全部都是以硬件(或固化了的软件)的形式存在于测量仪器中，单台仪器的功能单一、固定，用户无法根据实际需要改变或扩展仪器
3、功能2。而在实际应用中，电子工程师往往需要用到多种不同的测量功能，在进行野外实地测量的情况下，在测量的信号种类较多的情况下，在需要对被测信号进行存储、离线分析的情况下，传统测量仪器就体现出了诸多的不便和功能上的局限。虽然电子计算机技术的发展给传统的仪器注入了强大的活力。特别是微电子技术和大规模集成电路的发展，促进了数字化仪器，智能仪器的快速发展，使其功能越来越强，精度越来越高，性能越来越好。但是，传统的测量仪器的固有局限性并没有根本改变3。3虚拟仪器的提出及发展虚拟仪器(VI- Virtual Instrument)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界而操作
4、计算机，就像在操作自己定义、自己设计的单个仪器一样，从而完成对被测量的采集、处理、分析、判断、显示、数据存储等。在这种仪器系统中，各种复杂测试功能、数据分析和结果显示都完全由计算机软件完成，在很多方面有传统仪器无法比拟的优点，如使用灵活方便、测试功能丰富、价格低廉、一机多用等，这些使得虚拟仪器成为未来电子测量仪器发展的主要方向之一3。国外的仪器产业早在上个世纪80年代末就开始了虚拟仪器的研究工作。在90年代以美国国家仪器公司(NI), Motorola公司等著名企业为代表，开始了仪器产业从数字化仪器、智能仪器向虚拟仪器的过渡。伴随着IT技术的飞跃发展，虚拟仪器的概念使得现代计算机技术、通信技术
5、和测量技术达到了前所未有的紧密结合，进而引发了传统仪器观念的一次巨大变革4。虚拟仪器产业在国内的现状和发展态势不容乐观。由于虚拟仪器是随着传统电子测控技术、计算机技术和通讯技术不断发展、不断完善而产生的一项综合性结构化电子测量与控制技术。但是我国的计算机技术通信电子等产业的起步比较晚，相对滞后与欧美国家，因此我国对虚拟仪器的研究起步也比较晚，发展比较缓慢。知道上个世纪末才开始对虚拟仪器的研究。我国对于虚拟仪器的研究还处在初级起步阶段，在我国从事虚拟仪器研究和开发的科研单位数量很少，而且没有同国际虚拟仪器产业接轨，大多数的企业只是作为国外知名的虚拟仪器厂家的销售代理商的身份存在着，并没有形成自主
6、研究，自主开发，自主销售的机制。一些高等院校和附属高科技公司，在研究和开发仪器产品和虚拟式仪器设计平台以及引进消化NI公司、HP公司的产品等方面做了一系列有益工作，取得了一批瞩目的成果。虚拟仪器发展至今经历的四个阶段，第一阶段利用计算机控制测量仪器，第二阶段，插入式计算机数据采集卡技术的进步，VIX仪器总线标准的确立，使得仪器的技术得以开放。第三阶段，虚拟仪器逐渐得到认同和采用，第四阶段，网络化虚拟仪器的快速发展。随之VI驱动标准化及软件开发环境的发展，代码复用已经成为仪器编程中的基础，使得用户可以避免编程过程中大量重复劳动，从而大大缩短了复杂程序的开发时间。虚拟仪器的出现，彻底改变了传统仪器
7、的结构固定，功能单一、价格昂贵、可扩展性差等不足，并且具有的灵活方便的功能扩展、美观友好的人机界面、得心应手的操作、优良的性能价格比和用户可自行定义仪器功能等一系列优点。虚拟仪器将计算机和测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。虚拟仪器对于传统仪器的最大优势是“传统的独立仪器由制造商来定义它的功能，而虚拟仪器完全由用户定义仪器的功能”。传统的单台仪器只有一块仪器面板，例如，示波器只有示波器面板，信号发生器也只有信号发生器的面板。但是，虚拟仪器的“面板”显示在PC的屏幕上，以软件的形式存在于计算机中，一套完整的虚拟仪器系统可以包含多个可
8、切换的操作面板。仪器的操作是通过鼠标选中不同的按键和旋钮来完成的。根据实际生产的需要，采用不同的软硬件组合，用户就能在屏幕上定义自己的仪器，通过修改软件来修改或增减仪器的功能，生成各种不同的“仪器面板”，最大限度的满足各种测量系统的需要，从而真正体现了“软件就是仪器”这一新概念5。示波器是电子测量、测试仪器中使用范围非常广泛的设备。传统示波器包括宽带示波器、取样示波器和记忆示波器等，它们频带较宽，实时性较好，但功能比较单一，人机界面不够友好。采用虚拟示波器技术可以以低廉的成本解决这些问题。虚拟示波器是虚拟仪器技术的应用，它使用数据采集卡采集现场信号，通过接口电路传输数据到计算机，再借助强大的监
9、控软件模拟示波器的操作面板，实现信号采集、分析、处理、存储、再显示、打印输出等功能6。虚拟示波器是虚拟仪器的一种，它不仅可以实现传统示波器的功能，并且具有存储、再现、分析、处理波形等特点，而且体积小，耗电少。虚拟示波器使用功能强大的微型计算机来完成信号的处理和波形的显示，利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板，进行各种信号的处理、加工和分析，用各种不的方式（如数据、图形、图表等）表示测量结果，完成各种规模的测量任务7。4虚拟仪器的发展趋势网络技术的发展影响到社会工作，生活得各个方面。网络技术在虚拟仪器上的应用可以实现仪器测量的数据资源共享。随着Internet的普及，测试技术网络化成为
10、大势所趋，网络化虚拟仪器成为时代的产物。通过网络实现对被测对象的测试与控制，是对传统测控方式的一场革命。测控凡是的网络化，是未来测控技术发展的必然趋势，网络化虚拟仪器必将伴随着许多相关技术的发展而不断发展和成熟，焕发心的活力，也将对测量和自动化工业做出更大的贡献，拥有广阔的发展前景8。参考文献1 刘君华基于LABVIEW的虚拟仪器的设计J北京：电子工业出版社2003.12 龙志强，赵海龙，虚拟仪器测试技术研究J仪表技术，2000.33 陈景波，杨放，姚定江基于CompuScope 82G型高速数据采集卡的虚拟示波器设计J国外电子元器件2006(2)：60624 姚锡陵，一种基于虚拟仪器概念的数
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