0 引言
　　1986年，美國(guó)國(guó)家儀器公司提出了虛擬儀器概念。它是一種程序設(shè)計(jì)思想，是前面板、數(shù)據(jù)流框圖和圖標(biāo)或連接器的有機(jī)結(jié)合，密不可分。隨著現(xiàn)代測(cè)試與儀器技術(shù)的發(fā)展，目前虛擬儀器概念已經(jīng)發(fā)展成為一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想。它是以通用計(jì)算機(jī)（含LabVIEW軟件）為操作平臺(tái)，以模塊化功能硬件為橋梁的測(cè)控系統(tǒng)。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是解決信號(hào)的輸入和輸出問(wèn)題的方法和軟件賴以生存運(yùn)行的物理環(huán)境，軟件才是整個(gè)儀器的核心，用于實(shí)現(xiàn)硬件的管理和儀器功能的實(shí)現(xiàn)[1]。用戶只需通過(guò)調(diào)整或修改儀器的軟件，便可方便地改變或增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，甚至儀器的性質(zhì)，完全打破了傳統(tǒng)儀器有廠家定義，用戶無(wú)法改變的模式，給用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間。

1 數(shù)據(jù)采集模塊功能
　　LabJack U12是基于USB的多功能數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備。它提供了8路單端或4路差分模擬輸入端，分辨率為12位。差分輸入充分利用可編程放大器的低噪音精度，提供增益G=1、2、4、5、8、10、16、20，且給出比16位更高的分辨率。2路模擬輸出端，分辨率為10位。20路數(shù)字I/O口和4kBRAM緩存。能夠?qū)崿F(xiàn)單路或多路軟、硬件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。當(dāng)用硬件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集時(shí)，有兩種采集方式可供選擇：以觸發(fā)方式，可以從1—4路模擬輸入端采集數(shù)據(jù)，采樣速率高達(dá)8kS/s；以數(shù)據(jù)流方式，采樣速率高達(dá)1.2kS/s。當(dāng)用軟件采集數(shù)據(jù)時(shí)，以命令/應(yīng)答方式，可從4路或8路模擬通道同時(shí)采集數(shù)據(jù)，平均每通道采樣頻率高達(dá)50 kS/或25kS/s。

2 數(shù)字存儲(chǔ)示波虛擬儀器結(jié)構(gòu)

（1）電信號(hào)
　　根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊的功能要求，只能對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，而且只有當(dāng)電信號(hào)的頻率低于4kHz時(shí)，才能復(fù)現(xiàn)待測(cè)信號(hào)。對(duì)于單端輸入，電信號(hào)的幅值范圍-10V～+10V。對(duì)于差分輸入，可以利用數(shù)據(jù)采集卡的可編程放大器功能，擴(kuò)大待測(cè)信號(hào)的電壓范圍。

（2）數(shù)據(jù)采集模塊
　　數(shù)據(jù)采集模塊LabJack U12是由北京迪陽(yáng)科技發(fā)展公司研發(fā)制造，包括硬件和驅(qū)動(dòng)軟件兩大部分。硬件部分主要有模擬輸入和輸出端，數(shù)字I/O端，計(jì)數(shù)器，八路模擬開(kāi)關(guān)，程控放大器，采樣/保持器，A/D轉(zhuǎn)換器，緩存器，定時(shí)和邏輯控制器等。驅(qū)動(dòng)軟件是用圖形化編程軟件設(shè)計(jì)，有20多個(gè)VI程序。本文設(shè)計(jì)數(shù)字存儲(chǔ)示波器用到的驅(qū)動(dòng)軟件有模擬觸發(fā)采集和數(shù)據(jù)流采集。

（3）計(jì)算機(jī)編程軟件
　　構(gòu)建虛擬儀器重在計(jì)算機(jī)內(nèi)編程，開(kāi)發(fā)虛擬儀器的編程語(yǔ)言有兩類：一是基于文本編程語(yǔ)言。目前普遍流行的是Visual Basic和Visual C++。二是圖形化編程語(yǔ)言。例如，美國(guó)NI公司的LabVIEW和LabWindows/CVI,HP公司的VEE。通過(guò)比較篩選，LabVIEW是開(kāi)發(fā)虛擬儀器最高效的軟件。因此，作者利用LabVIEW6.1設(shè)計(jì)數(shù)字存儲(chǔ)示波虛擬儀器。

3 測(cè)試原理
（1）離散傅里葉變換（DFT）
設(shè)模擬信號(hào)xi(t)(i=0,1,2…7))經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為有限長(zhǎng)序列xi（nT）＝xi(n)。N為采樣值，T為采樣周期。離散傅里葉變換對(duì)如下：

（2）周期信號(hào)有效值計(jì)算

互相關(guān)函數(shù)估計(jì)

4 數(shù)字示波器軟件設(shè)計(jì)
（1）面板圖設(shè)計(jì)
⒈控件
　　采集模塊參數(shù)初始化控件：采集模塊ID號(hào)，可以有選擇的使用多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊。采集方式選擇為菜單控件，有觸發(fā)和數(shù)據(jù)流兩種采集方式。掃描速率根據(jù)采集的通道數(shù)目在0～8kS/s范圍內(nèi)選擇，掃描數(shù)值菜單控件共有六種數(shù)值：128、256、512、1024、2048、4096。模擬輸入通道選擇簇控件包括通道號(hào)（單極性和雙極性12種）選擇，差分增益（G=1、2、4、5、8、10、16、20）和通道數(shù)目（1、2、4）。巴特沃思濾波器的參數(shù)設(shè)置：濾波器階數(shù)和最低截至頻率控件。原信號(hào)時(shí)頻控件與濾波后時(shí)頻控件用于開(kāi)啟4路信號(hào)的選擇按鈕。電壓/格與時(shí)間基旋轉(zhuǎn)按鈕能夠調(diào)節(jié)時(shí)域波形圖的Y和X坐標(biāo)范圍。周期信號(hào)參數(shù)值由信號(hào)參數(shù)值按鈕控制其實(shí)時(shí)顯示。保存數(shù)據(jù)路徑控件能夠選擇用于存儲(chǔ)波形數(shù)據(jù)的路徑。保存按鈕可以同時(shí)保存各通路的時(shí)域和頻域波形數(shù)據(jù)。布爾控件用來(lái)停止數(shù)字存儲(chǔ)示波器虛擬儀器的運(yùn)行。

⒉指示器
　　波形圖分別顯示信號(hào)時(shí)域特性和頻域特性。周期信號(hào)的有效值、頻率及兩種周期信號(hào)的相位差均以字符串指示器得以顯示。布爾指示器（過(guò)電壓指示）用于指示采樣信號(hào)電壓是否越限。

（2）框圖程序設(shè)計(jì)
　　框圖是源程序的可執(zhí)行代碼，它有控件端子、節(jié)點(diǎn)、連線和指示器端子組成。根據(jù)程序模塊化設(shè)計(jì)思想，把數(shù)字存儲(chǔ)示波虛擬儀器分成六個(gè)功能子模塊（圖3）。

5 數(shù)字存儲(chǔ)示波器與傳統(tǒng)儀器的比較
數(shù)字示波虛擬儀器與HP54603B功能比較

　　由上表可以看出，數(shù)據(jù)采樣頻率低于HP54603B，測(cè)量的參數(shù)沒(méi)有HP54603B多。但是總的來(lái)說(shuō)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器的性價(jià)比高，可擴(kuò)展功能，優(yōu)于傳統(tǒng)儀器。

6 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的應(yīng)用
　　應(yīng)用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器對(duì)數(shù)字存儲(chǔ)示波器進(jìn)行調(diào)試，測(cè)試結(jié)果正確，運(yùn)行良好（圖4）。數(shù)字存儲(chǔ)示波器能夠應(yīng)用于電工電子實(shí)驗(yàn)和信號(hào)檢測(cè)教學(xué)中。