目录1 前言 (1)1.1 问题的提出 (1)1.2 虚拟仪器 (2)1.2.1 虚拟仪器的起源 (2)1.2.2 虚拟仪器的概念 (3)1.2.3 虚拟仪器工作原理 (4)1.2.4虚拟仪器的优势 (7)1.2.5虚拟仪器的现状和应用 (8)2 虚拟示波器设计方案 (9)3 软件开发环境 (12)3.1 关于LabVIEW (12)3.2 LabVIEW的工作原理 (12)3.3 LabVIEW开发环境 (13)3.3.1 LabVIEW 8.2 启动界面 (14)3.3.2 LabVIEW 8.2 前面板和流程图设计窗口 . 143.3.3 LabVIEW 8.2的三大选板 (18)4 虚拟示波器设计 (26)4.1 虚拟示波器的程序设计 (26)4.1.1数据采集 (26)4.1.2数据处理 (27)4.1.3结果显示 (33)4.2 前面板设计 (34)4.3 小结 (35)结束语 (37)致谢 (38)参考文献 (39)1 前言随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大变化。

从最初的模拟仪器发展到现在的数字化仪器、嵌入式系统仪器和智能仪器;新的测试理论、测试方法不断应用于实际;新的测试领域随着学科门类的交叉发展而不断涌现;仪器结构也随着设计思想的更新而不断发展。

仪器技术领域的各种创新积累起来使现代测量仪器的功能和作用发生一质的飞跃。

尤其是以计算机为核心的设计思想以及仪器系统与计算机软件技术的紧密结合，导致了仪器的概念发生了突破性的变化，出现了一种全新的仪器概念——虚拟仪器（Virtual Instrumentation,VI）。

虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。

虚拟仪器研究中涉及的基础理论主要有：计算机数据采集和数字信号处理。

1.1问题的提出在高等院校电工及电子类课程中，实验是一种重要的教学手段，学生通过做实验，可以加深对所学知识的理解，增强学习的兴趣，提高动手能力，锻炼在实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力。

但是，近年来各大高校纷纷扩招，学生人数急剧增加，实验室的设备和规模都难以满足需要，实验室常规设备有的己经老化，有的技术上有些落后，在当前学校经费较少的情况下，如果大量增加常规仪器、仪表的配置，学校财力难以支付。

又因为基础实验室是面向所有的工科专业，任务异常繁重，实验室常常只能应付学生按教学大纲要求做一些最简单的验证实验，学生很少有机会去反复熟悉常用仪器仪表的使用，更很少有机会做设计性实验，这对调动学生积极性，培养创新精神，加强实践动手能力都十分不利。

虚拟仪器的出现很好的解决了这个问题。

虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器。

在虚拟仪器系统中，用计算机灵活强大的软件代替传统仪器的某些部件，用人的智力资源代替许多物质资源，通过一组软件和硬件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所不具备的特殊功能的新型仪器。

结合数据库技术和软件技术，可以在虚拟仪器的基础上形成虚拟仪器实验室。

与传统的实验室相比，虚拟仪器实验室具有以下优势：(1)减少实验设备资金的投入。

首先，在一台计算机上就可以买现诸如示波器、函数发生器、电压表、频谱分析仪等仪器的功能，大大节约了仪器成本。

其次，传统仪器维护费用高，需要耗费大量的人力物力。

虚拟仪器基于软件的体系结构大大节省了开发和维护费用。

(2)便于开放式管理，扩大教学规模。

虚拟仪器实验室系统可以通过网络进行数据传送，指导老师通过计算机监控实验过程，可以同时管理几十甚至上百个学生做实验。

1.2虚拟仪器1.2.1 虚拟仪器的起源虚拟仪器技术是现代计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。

它推动着传统仪器朝着数字化、智能化、模块化、网络化的方向发展。

电子测量仪器发展至今，大体上可以分为四代: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，这类仪器在某些实验室仍能看到，如指针式万用表、晶体管电压表等。

它们的基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示最终结果。

第二代数字化仪器，这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字示波器、数字频率计等。

这类仪器将模拟信号的测量值转化为数字信号，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。

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。

它的功能块全部都是以硬件或固定软件的形式存在，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的一个重要方向。

虚拟仪器(Virtual Instruments，简称VI)的概念，是美国国家仪器公司(National Instruments Corp.简称NI)于1986年提出的。

NI公司同时也提出了“软件即仪器”的口号，彻底打破了传统仪器只能由厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起了仪器和自动化工业的一场革命。

随着现代软件和硬件技术的飞速发展，仪器的智能化和虚拟化已经成为各级实验室以及研究结构发展的方向。

虚拟仪器，它既具有传统仪器的功能，又有别与其他传统仪器。

它能够充分利用和发挥现有计算机的先进技术，使仪器的测试和测量及自动化工业的系统测试和监控变得异常方便和快捷。

1.2.2 虚拟仪器的概念虚拟仪器是指通过应用程序将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面(通常叫做虚拟前面板，简称前面板)来操作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样，从而完成对被测信号的采集、分析、判断、显示、数据存储等。

虚拟仪器以透明的方式，通过软件对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口，把计算机资源(如微处理器、显示器等)和仪器硬件(如A/D, D/A、数字I/O、定时器、信号调理等)的测量能力、控制能力结合在一起。

虚拟仪器突破了传统仪器以硬件为主体的模式，实际上使用者是在操作具有测试软件的电子计算机进行测量，犹如操作一台虚设的电子仪器。

虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。

软件是虚拟仪器的关键，当基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。

用户可以根据自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用要求。

利用计算机丰富的软、硬件资源，可以大大突破传统仪器在数据的分析、处理、表达、传递、储存等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。

它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领域，而且还可以用于进行设备的监控以及工业过程自动化。

虚拟仪器还可以广泛应用于电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面。

1.2.3 虚拟仪器工作原理与传统仪器一样，虚拟仪器同样划分为数据采集与控制、数据分析处理、结果表达三大功能模块（如图1－1）。

虚拟仪器以透明的方式把计算机资源和仪器硬件的测试能力结合起来，实现了仪器的功能运作。

图1－1 虚拟仪器的功能模块虚拟仪器用各种图标或控件来表示传统仪器面板上的各种器件。

由各种开关图标来实现仪器电源的通断;由各种按钮图标来设置被测信号的“放大倍数”、“通道”等参数;由各种显示控件以数值或波形的方式显示测量或分析结果;由计算机的鼠标和键盘操作来模拟传统仪器面板上的实际操作;以对图形化软件流程图的编程来实现各种信号测量和数据分析功能。

虚拟仪器由硬件平台和应用软件两大部分构成。

本节将分别从硬件、软件和系统三个方面来介绍虚拟仪器的工作原理及具体构成。

（1）硬件平台虚拟仪器的硬件平台由计算机和I/O接口设备组成，如图1－2所示。

计算机是硬件平台的核心，一般是工作站，也可用普通的PC机。

I/O接口设备负责被测信号的采集、调整、放大、模/数转换。

常用的I/O接口设备有以下5种：PC-DAQ接口、GPIB接口、串行接口、VXI接口和PXI接口。

其中PC-DAQ接口是最基本、最常用的接口方式。

（2）软件平台图1－2 虚拟仪器的构成虚拟仪器软件将可选硬件（如DAQ、GPIB、RS-232、VXI、PXI）和可以重复使用源码库函数等软件结合起来，实现模块间的通信、定时与触发，源码库函数为用户构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的软件模块。

当用户的测试要求变化时，可以方便地由用户自己增减软件模块，或重新配置现有系统以满足现有系统的测试要求。

虚拟仪器软件包括应用程序和I/O接口设备驱动程序。

应用程序又由实现虚拟仪器前面板功能的软件程序和定义测试功能流程图的软件程序两部分构成。

I/O接口设备驱动程序实现对特定外部硬件设备的控制。

（2）整体系统虚拟仪器整体系统结构如图1－3所示。

图1－3 虚拟仪器整体系统结构虚拟仪器信号流程如图1－4所示。

图1－4 虚拟仪器信号测量流程图1.2.4虚拟仪器的优势一台性能优良的虚拟仪器不仅可以实现传统仪器的大部分功能，而且在许多方面有传统仪器无法比拟的优点，如使用灵活方便、功能丰富、价格低廉、可一机多用、可重复开发等。

虚拟仪器优势主要有:（1）性能高虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。

此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。

（2）扩展性强NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再圈囿于当前的技术中。

得益于NI软件的灵活性，只需更新您的计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进您的整个系统。

在利用最新科技的时候，您可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。

（3）开发时间少在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。

NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使您轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

（4）无缝集成虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。

随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。

NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。

1.2.5虚拟仪器的现状和应用目前流行的虚拟仪器软件开发工具有两类：文本式编程语言和图形化编程语言。

文本式编程语言有C、C++、VB、Labwindows/CVI 等;图形化编程语言有LabVIEW、AgilentVEE等。