虚拟示波器(LabVIEW)综述.docVIP

文献综述 测试仪器大体经历了模拟仪器、数字化仪器、智能仪器三个阶段，其功能主要由硬件的形式存在。这种框架式的结构决定了传统仪器只能有仪器厂家来定义、制造，而用户无法随意改变其结构和功能，即使后来出现的数字化仪器、智能仪器，虽使传统的测试精度提高、功能增强，但仍未改变传统仪器的那种独立使用、手动操作。任务单一的模式，而且与其他仪器的链接也受到限制。所以出现了虚拟仪器。 课题研究背景及现状 在20世纪80年代，个人计算机技术不断发展，虚拟仪器飞速发展，利用计算机系统的数据处理能力强，传输存储方便及其组件灵活，易于扩展的特性，使现在的测试仪器的速度、功能有了很大的突破。而其可以方便地进行维护和升级，伴随计算机的发展，20世纪末美国国家仪器公司(National Instruments Corporation..NI)提出了虚拟仪器的概念。虚拟仪器就是利用计算机及其软件技术，来控制相应的与计算机连接的具有仪器功能的硬件，完成对输入、输出信号的采集、控制、数据分析和显示，实习传统仪器的所有功能。它具有良好的集成性、开放性、灵活性和可扩展性。它的基础就是计算机系统，核心是软件技术。虚拟仪器打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，降低了系统开发和维护的费用，加快了技术更新速度，缩短了系统组件时间[1]。 初期美国国家仪器公司提出的虚拟仪器利用计算机本身的总线，将数据采集卡直接插入相应的总线扩展槽内。1978年，美国5家测试仪器公司(Hewlett-Packard,Colorado Data System,Wavetek,Tekronix,Racal-Danan)制定的开发式、模块化仪器总线标准VXI即IEEE 1115。VXI系统组件和使用比较方便，有其是组件成大、中规模自动测试系统以及对速度、精度要求较高的场合，但其性价比不高，限制了不少用户。1987年，IEEE 488总线问世，实现了将14太仪器由GPIB总线联机成为一个系统。它采用非同步传送方式，最大传输速度仅1Mbit/s，传输距离通常不超过20m。但由于其传输速度限制，故作为早期虚拟仪器发展产物现已逐步退出市场。1989年Apple公司设计出采用IEEE 1394串口总线的测试系统，它的传输速度为100、200、400Mbit/s，可以用任意方式连接63种设备[2]。1997年NI公司又推出一种新的仪器总线标准-PXI总线标准。它把PC的性能价格比优势和PCI总线面向仪器领域的扩展性结合起来，形成一种更好的虚拟仪器测试平台。1998年世界测试技术领域兴起了IVI领域，它是在Vxlpluaplay技术上发展起来的一项新技术，新近又出现了模块中在分模块的构建方案，国内外大量专家和学者在VXI仪器研究和推广上做了大量的工作。进两年来，构成虚拟仪器系统的硬、软件技术由新的发展，有其在传感技术，采集卡技术，软件开发平台技术等方面成果丰硕 [3] 。 国内的虚拟仪器研究的起步比较晚，最早的研究也是从引进消化NI的产品开始。但经过多年的研究，我国已经在虚拟仪器开发方面形成了自己的特色。国家自然科学基金委员会已将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一，并成为“十五”器件优先资助领域。1999年重庆大学机械工程学院秦树人提出“智能虚拟控件”概念以来，由他率领的研究团队先后取得了“智能控件化虚拟仪器”、“虚拟仪器拼搭场”、“智能虚拟控件和控件化虚拟仪器”和“岩石模型”等一系列研究成果。最近吉林大学经过多年的研究完成了“图形化虚拟仪器开发平台”项目通过鉴定，同比国外产品价格廉价，兼容性好，处于世界相关技术前列。 在电子测量、测试仪器中，示波器的使用范围是很广泛的，随着高新技术的发展，对示波器性能的要求也日益提高。传统示波器包括宽带示波器、取样示波器和记忆示波器等，它们频宽交宽，价格便宜，但测量精度不高，功能比较单一。在随着虚拟仪器高速发展的今天，虚拟示波器也得到广泛使用。虚拟仪器是个人计算机和特定的信号采集电路来捕捉信号波形，并通过设计软件使用图形用户界面来模拟示波器的操作面板，对信号完成测量、存储、分析等工作的系统。它的出现不但解决了传统示波器在数据处理、分析以及波形显示与存储方面的问题，而且其有利于用户对其进行维护和个性化界面设计的全部功能[3]。目前，常用的虚拟示波器的应用软件开发平台有很多，常用的是传统的文本语言的软件开发环境，如Visual C++、Labwindows/CVI。还有就是图形化语言的软件开发环境，有LabVIEW和HPVEE。LabVIEW是美国国家仪器公司推出的一种基于图形开发、调试和运行程序的集成化环境，是目前国际上唯一的编译型的图形化编程语言[4]。 (二) 虚拟仪器的应用和发展趋势 随着科技的飞速发展，越来越多的厂家看中虚拟仪器技术领域这一广阔的市场。虚