虛擬示波器概況文獻綜述

1、虛擬示波器概況1電子測量儀器的發(fā)展電子測量儀器發(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)字頻率計等，這類儀器目前相當普及。這類儀器將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字號測量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應(yīng)的較高準確率的測量。第三代智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，既能進行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可取代部分腦力勞動，習(xí)慣上稱為智能儀器。它的功能模塊全部都是以硬件（或固化的軟件）的形式存在，相對虛擬儀器而言，無論是開發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)

2、和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展一個重要方向1。2傳統(tǒng)儀器的缺陷傳統(tǒng)的測量儀器是一個自封閉的系統(tǒng)，它作為獨立的設(shè)備擁有自己的機箱包括各種開關(guān)旋鈕的操作面板，信號輸入輸出端，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、信號處理器、a/d轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲器和內(nèi)部總線等專門化的電路。通過這些電路來轉(zhuǎn)換、測量、分析實際信號，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)的形式存在于測量儀器中，單臺儀器的功能單一、固定，用戶無法根據(jù)實際需要改變或擴展儀器

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

4、計算機，就像在操作自己定義、自己設(shè)計的單個儀器一樣，從而完成對被測量的采集、處理、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。在這種儀器系統(tǒng)中，各種復(fù)雜測試功能、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果顯示都完全由計算機軟件完成，在很多方面有傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)點，如使用靈活方便、測試功能豐富、價格低廉、一機多用等，這些使得虛擬儀器成為未來電子測量儀器發(fā)展的主要方向之一3。國外的儀器產(chǎn)業(yè)早在上個世紀80年代末就開始了虛擬儀器的研究工作。在90年代以美國國家儀器公司(ni), motorola公司等著名企業(yè)為代表，開始了儀器產(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)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)

5、和測量技術(shù)達到了前所未有的緊密結(jié)合，進而引發(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)在國內(nèi)的現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢不容樂觀。由于虛擬儀器是隨著傳統(tǒng)電子測控技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)不斷發(fā)展、不斷完善而產(chǎn)生的一項綜合性結(jié)構(gòu)化電子測量與控制技術(shù)。但是我國的計算機技術(shù)通信電子等產(chǎn)業(yè)的起步比較晚，相對滯后與歐美國家，因此我國對虛擬儀器的研究起步也比較晚，發(fā)展比較緩慢。知道上個世紀末才開始對虛擬儀器的研究。我國對于虛擬儀器的研究還處在初級起步階段，在我國從事虛擬儀器研究和開發(fā)的科研單位數(shù)量很少，而且沒有同國際虛擬儀器產(chǎn)業(yè)接軌，大多數(shù)的企業(yè)只是作為國外知名的虛擬儀器廠家的銷售代理商的身份存在著，并沒有形成自主

6、研究，自主開發(fā)，自主銷售的機制。一些高等院校和附屬高科技公司，在研究和開發(fā)儀器產(chǎn)品和虛擬式儀器設(shè)計平臺以及引進消化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)歷的四個階段，第一階段利用計算機控制測量儀器，第二階段，插入式計算機數(shù)據(jù)采集卡技術(shù)的進步，vix儀器總線標準的確立，使得儀器的技術(shù)得以開放。第三階段，虛擬儀器逐漸得到認同和采用，第四階段，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的快速發(fā)展。隨之vi驅(qū)動標準化及軟件開發(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)，使得用戶可以避免編程過程中大量重復(fù)勞動，從而大大縮短了復(fù)雜程序的開發(fā)時間。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、價格昂貴、可擴展性差等不足，并且具有的靈活方便的功能擴展、美觀友好的人機界面、得心應(yīng)手的操作、優(yōu)良的性能價格比和用戶可自行定義儀器功能等一系列優(yōu)點。虛擬儀器將計算機和測量系統(tǒng)融合于一體，用計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件的功能，用計算機的顯示器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器物理面板。虛擬儀器對于傳統(tǒng)儀器的最大優(yōu)勢是“傳統(tǒng)的獨立儀器由制造商來定義它的功能，而虛擬儀器完全由用戶定義儀器的功能”。傳統(tǒng)的單臺儀器只有一塊儀器面板，例如，示波器只有示波器面板，信號發(fā)生器也只有信號發(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算機中，一套完整的虛擬儀器系統(tǒng)可以包含多個可

8、切換的操作面板。儀器的操作是通過鼠標選中不同的按鍵和旋鈕來完成的。根據(jù)實際生產(chǎn)的需要，采用不同的軟硬件組合，用戶就能在屏幕上定義自己的儀器，通過修改軟件來修改或增減儀器的功能，生成各種不同的“儀器面板”，最大限度的滿足各種測量系統(tǒng)的需要，從而真正體現(xiàn)了“軟件就是儀器”這一新概念5。示波器是電子測量、測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，實時性較好，但功能比較單一，人機界面不夠友好。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)場信號，通過接口電路傳輸數(shù)據(jù)到計算機，再借助強大的監(jiān)

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

10、大勢所趨，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器成為時代的產(chǎn)物。通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對被測對象的測試與控制，是對傳統(tǒng)測控方式的一場革命。測控凡是的網(wǎng)絡(luò)化，是未來測控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，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，也將對測量和自動化工業(yè)做出更大的貢獻，擁有廣闊的發(fā)展前景8。參考文獻1 劉君華基于labview的虛擬儀器的設(shè)計j北京：電子工業(yè)出版社2003.12 龍志強，趙海龍，虛擬儀器測試技術(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j國外電子元器件2006(2)：60624 姚錫陵，一種基于虛擬儀器概念的數(shù)

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