基于LABVIEW的虚拟示波器设计【文献综述】

毕业设计开题报告

电子信息工程

基于LABVIEW的虚拟示波器设计

[前言]

虚拟仪器[1]技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将LABVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。

20年来，无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。

虚拟仪器的出现使测量仪器领域的一个突破，它彻底改变了传统的仪器观，从根本上更新了测量仪器的概念，带给了人们一个全新的仪器观念。虚拟仪器代表着测量仪器发展的最新方向和潮流，是未来仪器产业发展的一大趋势[2][3]。[主题]

1.仪器发展过程

1.1 传统硬件仪器

20世纪30年代初，HP公司创始人、斯坦福大学的Hewlett和Packard在现今的硅谷研制出了第一台信号产生器。传统硬件仪器经历了大半个世纪的发展，经历了从模拟式到数字式，到现今智能化仪器的发展历程。传统硬件仪器由决定仪器功能、性能和技术指标的电子板卡、带有插槽的底盘、装有各类控件的面板、

显示器和机箱等五部分构成。传统硬件仪器是硬件或以硬件为主的仪器，即使是智能仪器，其中固化的软件也只是辅助性的。传统硬件仪器是一个封闭系统，一经厂家制造完毕，不能随意改动，灵活性较低。无论是对技术的进步还是对市场的需求，其响应速度都比较慢，这在很大程度上阻碍了仪器科学和仪器。[4] [5] 1.2虚拟仪器

虚拟仪器技术是随着现代计算机技术、信息技术、现代测量技术的发展而出现的新技术。它是通过应用程序将计算机资源（微处理器、存储器、显示器）和仪器硬件（A/D、D/A、数字I/O、定时器、信号调理器）的测量功能结合起来，形成的测量装置或测试系统。用户通过友好的图形界面（称为虚拟面板）操作计算机，就像操作传统仪器一样，通过库函数实现仪器模块间的通信、定时、触发，以及数据分析、数据表达，并形成图形化接口。行业的快速发展。

2.虚拟仪器国内外研究现状

虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司在1986年提出的，但其雏形可以追溯到1981年由美国西北仪器系统公司推出的APPLE II为基础的数字存储示波器，但是由于当时计算机软件开发水平的限制，编写个人仪器的驱动程序和人机交互接口是一项专门的技术工作，必须由专业厂商才能完成，这种状况使得个人仪器的推广和应用没有形成工业标准。从20世纪80年代中期开始，微软公司WINDOWS操作系统的出现，使得计算机操作系统的图形支持功能得到很大提高。1986年，美国国家仪器公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LABVIEW，标志着虚拟仪器设计软件平台基本成型。国际上，从1988年陆续有虚拟仪器产品面市，当时有五家制造厂已达95家共生产1000多种虚拟仪器产品，销售额达2.93亿美元，占整个仪器销售额73亿的4%。美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国，生产虚拟仪器的主要厂家有HP公司目前生产100多种型号的虚拟仪器，TEKTRONIX公司目前生产约80多种型号的虚拟仪器，此外还有NI 公司、KEITHELY公司等。

LABVIEW作为虚拟仪器开发系统的杰出代表，在我国虽然引进的时间不长，但是现在已经被认识和推广、应用，它促进了中国测试领域的技术革命，在研究及教育领域都得到了迅速推广。它在许多企业、科研单位被用于产品测试和测控系统，另外，包括一些著名高校在内的许多学校不仅建立了基于虚拟仪器的实验

室，而且还开设了LABVIEW编程的课程。例如：清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验，主要检验发动机的功率特性、负荷特性等；华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用；四川联合大学基于虚拟仪器的设计思路，研制了“航空电台二线综合测试仪”，将8台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统；复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学等一批高校，也开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。

国内专家预测：未来的几年内，我国将有50%的仪器为虚拟仪器。国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时检测，随着微型计算机的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。虚拟仪器技术的提出与发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向[5][6]。

3.虚拟仪器技术的发展方向

利用虚拟仪器技术，用户可定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，易于构建，所以应用面极为广泛。尤其在科研开发、检测计量、测量测控等领域更是不可多得的好工具。它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪[7]、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据。在工业控制领域,大部分闭环控制系统要求精确的采样，及时的数据处理和快速的数据传输。虚拟仪器系统[8] [9]恰恰符合上述特点，十分适合测控一体化的设计。在制造业，虚拟仪器的卓越计算能力和巨大数据吞吐能力使其在温控系统、在线监测系统、电力仪表系统、流程控制系统等工控领域发挥更大的作用。当今社会信息技术的迅猛发展,无所不在的计算机应用为虚拟仪器的推广提供了良好的基础。虚拟仪器适合于一切需要计算机辅助进行数据存储、数据处理、数据传输的计量场合。进一步讲，一切计量系统[10] [11] [12],只要技术上可行，都可用虚拟仪器代替。虚拟仪器强大的功能和价格优势,使得它在仪器计量领域具有很强的生命力和十分广阔的前景。

[总结]

虚拟仪器的崛起是测试仪器技术的一次“革命”，是仪器领域的一个新的里程碑，它使现在测控系统更灵活、更紧凑、更经济、功能更强。无论是测量、测试、计量或是工业过程控制和分析处理[13] [14]，还是涉及其它更为广泛的测控领域[15]，选用虚拟仪器都是理想的解决方案。随着电子技术、计算机技术、网络技术等相关技术的发展，虚拟仪器技术也会在各个领域发挥其重要作用，它将在促进科技进步，创造良好的社会效益和巨大的经济效益方面发挥卓越的作用。它必然会对科技发展和工业生产产生不可估量的影响。

4参考文献

[1] 刘君华等.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程[M] .西安：西安电子科技大学出版社，2000.4～8.

[2] 孙晓云,郭立炜,孙会琴编著.基于Lab Windows/CVI的虚拟仪器设计与应用. 北京: 电子工业出版社, 2005

[3] 李震，柯旭贵，汪云祥.虚拟仪器的发展历史、研究现状与展望[J].安徽工程科技学院学报，2003，18(4)：1～4.

[4] 梁志国，孙璟宇.虚拟仪器的现状及发展趋势[J].测控技术，2004(4)：1～

4.

[5] 范福玲，韩建勋.基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计[J] .中原工学院学报，2006，17(4):26～28.

[6] 刘国福，张屺，淳静等.DSP与ISA总线声卡的接口技术研究[J].测控技术，2002(3)：61～63.

[7] 宋宇峰等编著.Lab windows/CVI逐步深入与开发实例[M] .北京: 机械工业出版社, 2003

[8] 唐黔湘, 罗颂荣, 叶丽辉. 虚拟多功能数字存储示波器的研究与设计[J]. 电脑知识与技术, 2005,(36)

[9] 郭迎福, 毛征宇, 晏燕, 罗晓莉. 基于虚拟仪器的数字示波器设计[J]. 湖南科技大学学报(自然科学版) , 2006,(01)

[10] 蒋帅锋, 施展, 鲍恝. 基于声卡的数据采集系统设计[J]. 仪器仪表学报, 2005

[11]李震，柯旭贵，汪云祥，虚拟仪器的发展历史、研究现状与展望[J],安徽工程科技学院学报；

[12]杨乐平，李海涛，肖相生，Labview程序设计与应用[M],北京：电子工业出版社；

[13]毛顿，郭庆东，Labview中用Datasocket技术实现网络化应用[J],现代电子科技;

[14] Universal Access in Human-Computer Interaction. Applications and Services. Springer Berlin/Heidelberg;

[15] Li Yunfei，Chen Chengqin. Research and Implementation of Virtual Instruments Based on Agent Technology[C]. The 2nd International Conference on Autonomous Robots and Agents （ICARA 2004）.