0 引言
　　1986年，美國國家儀器公司提出了虛擬儀器概念。它是一種程序設(shè)計思想，是前面板、數(shù)據(jù)流框圖和圖標(biāo)或連接器的有機結(jié)合，密不可分。隨著現(xiàn)代測試與儀器技術(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)計思想。它是以通用計算機（含LabVIEW軟件）為操作平臺，以模塊化功能硬件為橋梁的測控系統(tǒng)。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是解決信號的輸入和輸出問題的方法和軟件賴以生存運行的物理環(huán)境，軟件才是整個儀器的核心，用于實現(xiàn)硬件的管理和儀器功能的實現(xiàn)[1]。用戶只需通過調(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，用戶無法改變的模式，給用戶一個充分發(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、硬件實時數(shù)據(jù)采集。當(dāng)用硬件實時數(shù)據(jù)采集時，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，以命令/應(yīng)答方式，可從4路或8路模擬通道同時采集數(shù)據(jù)，平均每通道采樣頻率高達(dá)50 kS/或25kS/s。

2 數(shù)字存儲示波虛擬儀器結(jié)構(gòu)

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

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

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

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

（2）周期信號有效值計算

互相關(guān)函數(shù)估計

4 數(shù)字示波器軟件設(shè)計
（1）面板圖設(shè)計
⒈控件
　　采集模塊參數(shù)初始化控件：采集模塊ID號，可以有選擇的使用多個數(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（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。原信號時頻控件與濾波后時頻控件用于開啟4路信號的選擇按鈕。電壓/格與時間基旋轉(zhuǎn)按鈕能夠調(diào)節(jié)時域波形圖的Y和X坐標(biāo)范圍。周期信號參數(shù)值由信號參數(shù)值按鈕控制其實時顯示。保存數(shù)據(jù)路徑控件能夠選擇用于存儲波形數(shù)據(jù)的路徑。保存按鈕可以同時保存各通路的時域和頻域波形數(shù)據(jù)。布爾控件用來停止數(shù)字存儲示波器虛擬儀器的運行。

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

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

5 數(shù)字存儲示波器與傳統(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，測量的參數(shù)沒有HP54603B多。但是總的來說，數(shù)字存儲示波器的性價比高，可擴展功能，優(yōu)于傳統(tǒng)儀器。

6 數(shù)字存儲示波器的應(yīng)用
　　應(yīng)用函數(shù)信號發(fā)生器對數(shù)字存儲示波器進(jìn)行調(diào)試，測試結(jié)果正確，運行良好（圖4）。數(shù)字存儲示波器能夠應(yīng)用于電工電子實驗和信號檢測教學(xué)中。