虛擬示波器簡介及其軟件實(shí)現(xiàn)

示波器是電子測量行業(yè)最常用的測量儀器儀表之一，它能電信號通過示波器儀表輸入后輸出成看得見的圖象，讓人們更直觀的去研究各種電現(xiàn)象的變化過程或者信號的變化過程。隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的測量方法在許多的場合已經(jīng)不再適用了，許多儀器都打出“智能化”的口號，如何實(shí)現(xiàn)智能化呢，于是“虛擬儀器”就應(yīng)運(yùn)而生了。相對于示波器而言，虛擬示波器，也就是智能化數(shù)字示波器的產(chǎn)生，無疑是示波器發(fā)展的一個(gè)重大的突破，在示波器的功能和作用方面都發(fā)生了重大的變化。下面我們來說一下這種新型的虛擬示波器以及虛擬示波器的軟件實(shí)現(xiàn)方法，讓大家重新來認(rèn)識(shí)一下虛擬示波器這種產(chǎn)品。

首先我們來介紹一下虛擬示波器是什么，我們可以這樣來理解，虛擬示波器是利用高性能的硬件模塊和高效靈活的軟件來實(shí)現(xiàn)普通儀器的功能和許多拓展功能的一種軟硬件系統(tǒng)。有的人會(huì)問什么是虛擬技術(shù)?小編再次也和大家說一下虛擬技術(shù)，方便大家更好的理解虛擬示波器的結(jié)構(gòu)和原理。

虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動(dòng)化的應(yīng)用。虛擬儀器技術(shù)的三大組成部分，包括高校的軟件，模塊化的I/O硬件以及用于集成的軟硬件平臺(tái)。虛擬示波器是將示波器和虛擬技術(shù)的結(jié)合體。

下面我們來說一下虛擬示波器的組成部分，主要是包括信號采集與控制，數(shù)據(jù)分析和處理，測量結(jié)果的顯示三大部分。信號采集與控制是由計(jì)算機(jī)和儀器硬件組成硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對信號的采集、測量、轉(zhuǎn)換與控制;數(shù)據(jù)分析與處理則是表現(xiàn)在虛擬示波器充分利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)、運(yùn)算功能，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對輸入數(shù)據(jù)信號的分析與處理;虛擬示波器測量結(jié)果的顯示是利用計(jì)算機(jī)的資源，如顯示器、存儲(chǔ)器等，把測量結(jié)果進(jìn)行多種方式的表達(dá)與輸出，也可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和利用。

虛擬示波器作為一個(gè)完整的軟硬件系統(tǒng)，它和傳統(tǒng)的示波器相比，比傳統(tǒng)示波器價(jià)格要便宜，并具有波形觸發(fā)、存儲(chǔ)、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，那虛擬示波器的特點(diǎn)是什么呢?主要體現(xiàn)在：

(1)采用當(dāng)前廣泛使用的 USB 接口，使虛擬儀器與計(jì)算機(jī)接口更加方便，通信速度更高;

(2)使用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行高速采樣;

(3)使用高性能的單片機(jī)進(jìn)行控制，使用高速大容量存儲(chǔ)器實(shí)時(shí)保存采樣數(shù)據(jù)，提高了儀器的性能;

(4)使用 Labview 語言設(shè)計(jì)上位機(jī)應(yīng)用程序，可以實(shí)現(xiàn)波形顯示，以及對數(shù)據(jù)的分析和處理。

虛擬示波器在開發(fā)的過程中軟件現(xiàn)實(shí)是整個(gè)項(xiàng)目的重要的組成部分，也是關(guān)鍵的技術(shù)之一。下面我們來分析一下虛擬示波器的軟件，它包括：

(1)軟件功能-與硬件鏈接，控制設(shè)備工作正常，信號的顯示和存儲(chǔ)，信號的分析和處理;

(2)軟件組成-三大部分包括硬件驅(qū)動(dòng)程序部分，虛擬面板部分以及信號后期處理部分;

(3)軟件結(jié)構(gòu)-將用戶界面集合成一個(gè)整體，通過界面上的相關(guān)控件來實(shí)現(xiàn)示波器的各種功能，下圖是一種軟件結(jié)構(gòu);

圖1 虛擬示波器的軟件結(jié)構(gòu)框圖

最后我們來簡單說一下虛擬示波器使用時(shí)必須注意的問題，主要包括一下幾個(gè)方面：

(1)區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬

(2)選擇合適的采樣速率

(3)虛擬示波器的上升時(shí)間

虛擬示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。因而在使用的過程中需要小心謹(jǐn)慎，將錯(cuò)誤率降低。

虛擬示波器利用PC來完成信號的處理和波形的顯示，利用軟件技術(shù)來顯示屏上設(shè)計(jì)出形象的儀器面板來進(jìn)行信號的采集、存儲(chǔ)和處理，加工和分析，完成各種測量的任務(wù)。更多關(guān)于示波器的文章，敬請關(guān)注賽微電子網(wǎng)測試測量頻道。