虚拟仪器设计实例
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容值，它标志对被测信号的负载的轻重。 （4）扫描速度 扫描速度也称为扫描时间因素，是指光点水平移动的速度，一般用cm/s，
div/s表示，它说明了示波器能观察的时间和频率范围。 （5）同步（或触发）电压 它是指波形稳定的最小输入电压。
Fra Baidu bibliotek
3. 虚拟示波器的硬件构成
4. 虚拟示波器软件设计
（1） 数据采集模块
第8 章
虚拟仪器设计实例
8.1 虚拟仪器的设计原则
8.1.1 总体设计原则
（1）制定设计任务书 确定系统所要完成的任务和应具备的功能，提出相应
的技术指标，并在任务书里详细说明。
（2）系统结构的合理选择 系统结构合理与否，对系统的可靠性、性价比、开
发周期等有直接的影响。
（3）模块化设计 不管是硬件设计还是软件设计，都提倡模块化设计，
测量电压相当普及的一种测量仪表就是电压表。电 压表分为模拟式电压表和数字式电压表。由于数字 电压表具有精度高、量程宽、显示位数多、分辨率 高、易于实现测量自动化等优点，在电压测量中占 据了越来越重要的地位。
1. 数字电压表的主要技术指标
测量范围：指电压表所能达到的被测量的范围。 分辨率：指电压表能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末尾跳
这样可以使系统分成较小的模块，便于团队合作，缩短系 统的开发时间，提高团队的竞争力。
8.1.2 硬件设计的基本原则
（1）经济合理 系统硬件设计中，一定要注意在满足性能指标的前提下， 尽可能的降低价格，以便得到高的性能价格比，这是硬 件设计中优先考虑的一个主要因素，也是一个产品争取 市场的主要因素之一。
8.4 虚拟仪器设计实例
虚拟仪器以计算机为核心，利用软件完 成数据的采集、控制、数据分析和处理以 及测试结果的显示等功能，真正实现了 “软件及仪器”的概念。因而虚拟仪器在 设计上就更加灵活多样。
8.4.1 虚拟数字电压表
电压、电流和功率是表征电信号能量大小的三个基 本参数，其中以电压最为常用。通过电压测量，利 用基本公式可以导出其他的参数。因此，电压测量 是其他许多电参数测量，也包括非电参数测量的基 础。
（2）触发控制模块
内部触发程序框图
触发控制模块
极性控制子VI的程序框图
触发控制模块
外部触发程序框图
触发控制模块
Slope子VI的程序框图
（3）波形显示模块
计算平均值 的程序框图
计算有效值 的程序框图
虚拟数字电压表的总体程序框图
8.4.2 虚拟示波器
示波器是时域分析中最典型的仪器，也 是当前电子测量领域中，品种最多、数 量最大、最常用的一种仪器。因此，当 传统仪器向虚拟仪器推进时，基于虚拟 仪器的示波测试技术也是发展最快的， 很多研究人员研究出很多功能完善的虚 拟示波器。
2. 虚拟数字电压表的组成原理
基于数据采集卡的虚拟数字电压表构成框图如图所示 。
NI USB-6009数据采集卡介绍
NI USB-6009 是NI公司推出的USB接口类型的低价位多功 能数据采集卡。
3. 虚拟数字电压表的软件设计
前面板
程序框图设计
数据采集程序框图
计算程序框图设计
计算峰值的 程序框图
2. 示波器的主要技术指标
（1）频带宽度 频带宽度标志示波器的最高响应能力，用频率和上升时间表示，两者的换算
关系为： 上升时间=0.35/频带宽度 （2）垂直灵敏度 示 波 器 可 以 分 辨 的 最 小 信 号 幅 度 和 输 入 信 号 的 动 态 范 围 ， 一 般 用 V/cm ，
V/div，mV/cm，mV/div表示。 （3）输入阻抗 一般用Ω（MΩ）//pF表示，是指在示波器输入端规定的直流电阻和并联电
动一个数字所需的电压值。 满度值：各量程有效测量范围上限值的绝对值。 测量速率：指每秒钟对被测电压的测量次数，或一次测量全过程所需的
时间。 输入特性：包括输入阻抗和零电流两个指标。输入阻抗一般指在工作状
态下从输入端看进去的输入电路的等效电阻，实际是用输入电压的变化 量和相应的输入电流的变化量之比来表示的；零电流是由仪器内部引起 的在输入电路中流出的电流，与输入信号无关，取决于仪器的电路。 抗干扰能力：要求仪器对干扰信号有一定的抵制能力，根据干扰信号 加入方式的不同，分串模和共模两类。 固有误差和工作误差：固有测量误差主要是读数误差和满度误差，通 常用测量的绝对误差表示；工作误差指在额定条件下的误差，通常也以 绝对值形式给出。
1. 示波器的分类
示波器是以短暂扫迹的形式显示一个量的瞬时值的 仪器，也是一种测量、观察、记录的仪器。可以直 观表示二个、三个及多个变量之间的瞬态或稳态函 数关系、逻辑关系、以及实现对某些物理量的变换 或存储。传统示波器大致可以分为模拟示波器和数 字示波器两大类：
（1）模拟示波器 （2）数字示波器
（2）安全可靠 选购设备要考虑环境的温度、湿度、压力、振动、粉尘 等要求，以保证在规定的工作环境下系统性能稳定、工 作可靠。
（3）有足够的抗干扰能力 有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不 产生错误的必要条件。
8.1.3 软件设计的基本原则
结构合理 操作性能好 具有一定的保护措施 提高程序的执行速度 给出必要的程序说明
8.2 虚拟仪器的设计步骤
1. 需求分析和技术方案的制定 2. 确定虚拟仪器的类型 3. 选择合适的虚拟仪器软件开发平台 4. 开发虚拟仪器应用软件 5. 系统调试 6. 编写系统开发文档
8.3 虚拟仪器软面板设计技术
8.3.1 虚拟仪器软面板的设计思想 （1）根据测试要求确定仪器功能；
（2）按照VPP规范设计软面板，使面板具有标 准化、开放性和可移植性；
（3）采用面向对象的设计方法来设计软面板。
8.3.2 虚拟仪器软面板的设计原则
（1）直接操作的原则 （2）重要性原则 （3）相关性原则 （4）控件的一致性原则 （5）窗体与其功能匹配的原则 （6）适当使用空白空间的原则 （7）保持软面板简明的原则 （8）控制颜色种类及选择中性化的原则 （9）控件的形象选择与注释的原则 （10）可用性设计原则 （11）功能的可发现性原则 （12）操作的容错性设计原则 （13）“帮助”及文档中的回答问题原则
div/s表示，它说明了示波器能观察的时间和频率范围。 （5）同步（或触发）电压 它是指波形稳定的最小输入电压。
Fra Baidu bibliotek
3. 虚拟示波器的硬件构成
4. 虚拟示波器软件设计
（1） 数据采集模块
第8 章
虚拟仪器设计实例
8.1 虚拟仪器的设计原则
8.1.1 总体设计原则
（1）制定设计任务书 确定系统所要完成的任务和应具备的功能，提出相应
的技术指标，并在任务书里详细说明。
（2）系统结构的合理选择 系统结构合理与否，对系统的可靠性、性价比、开
发周期等有直接的影响。
（3）模块化设计 不管是硬件设计还是软件设计，都提倡模块化设计，
测量电压相当普及的一种测量仪表就是电压表。电 压表分为模拟式电压表和数字式电压表。由于数字 电压表具有精度高、量程宽、显示位数多、分辨率 高、易于实现测量自动化等优点，在电压测量中占 据了越来越重要的地位。
1. 数字电压表的主要技术指标
测量范围：指电压表所能达到的被测量的范围。 分辨率：指电压表能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末尾跳
这样可以使系统分成较小的模块，便于团队合作，缩短系 统的开发时间，提高团队的竞争力。
8.1.2 硬件设计的基本原则
（1）经济合理 系统硬件设计中，一定要注意在满足性能指标的前提下， 尽可能的降低价格，以便得到高的性能价格比，这是硬 件设计中优先考虑的一个主要因素，也是一个产品争取 市场的主要因素之一。
8.4 虚拟仪器设计实例
虚拟仪器以计算机为核心，利用软件完 成数据的采集、控制、数据分析和处理以 及测试结果的显示等功能，真正实现了 “软件及仪器”的概念。因而虚拟仪器在 设计上就更加灵活多样。
8.4.1 虚拟数字电压表
电压、电流和功率是表征电信号能量大小的三个基 本参数，其中以电压最为常用。通过电压测量，利 用基本公式可以导出其他的参数。因此，电压测量 是其他许多电参数测量，也包括非电参数测量的基 础。
（2）触发控制模块
内部触发程序框图
触发控制模块
极性控制子VI的程序框图
触发控制模块
外部触发程序框图
触发控制模块
Slope子VI的程序框图
（3）波形显示模块
计算平均值 的程序框图
计算有效值 的程序框图
虚拟数字电压表的总体程序框图
8.4.2 虚拟示波器
示波器是时域分析中最典型的仪器，也 是当前电子测量领域中，品种最多、数 量最大、最常用的一种仪器。因此，当 传统仪器向虚拟仪器推进时，基于虚拟 仪器的示波测试技术也是发展最快的， 很多研究人员研究出很多功能完善的虚 拟示波器。
2. 虚拟数字电压表的组成原理
基于数据采集卡的虚拟数字电压表构成框图如图所示 。
NI USB-6009数据采集卡介绍
NI USB-6009 是NI公司推出的USB接口类型的低价位多功 能数据采集卡。
3. 虚拟数字电压表的软件设计
前面板
程序框图设计
数据采集程序框图
计算程序框图设计
计算峰值的 程序框图
2. 示波器的主要技术指标
（1）频带宽度 频带宽度标志示波器的最高响应能力，用频率和上升时间表示，两者的换算
关系为： 上升时间=0.35/频带宽度 （2）垂直灵敏度 示 波 器 可 以 分 辨 的 最 小 信 号 幅 度 和 输 入 信 号 的 动 态 范 围 ， 一 般 用 V/cm ，
V/div，mV/cm，mV/div表示。 （3）输入阻抗 一般用Ω（MΩ）//pF表示，是指在示波器输入端规定的直流电阻和并联电
动一个数字所需的电压值。 满度值：各量程有效测量范围上限值的绝对值。 测量速率：指每秒钟对被测电压的测量次数，或一次测量全过程所需的
时间。 输入特性：包括输入阻抗和零电流两个指标。输入阻抗一般指在工作状
态下从输入端看进去的输入电路的等效电阻，实际是用输入电压的变化 量和相应的输入电流的变化量之比来表示的；零电流是由仪器内部引起 的在输入电路中流出的电流，与输入信号无关，取决于仪器的电路。 抗干扰能力：要求仪器对干扰信号有一定的抵制能力，根据干扰信号 加入方式的不同，分串模和共模两类。 固有误差和工作误差：固有测量误差主要是读数误差和满度误差，通 常用测量的绝对误差表示；工作误差指在额定条件下的误差，通常也以 绝对值形式给出。
1. 示波器的分类
示波器是以短暂扫迹的形式显示一个量的瞬时值的 仪器，也是一种测量、观察、记录的仪器。可以直 观表示二个、三个及多个变量之间的瞬态或稳态函 数关系、逻辑关系、以及实现对某些物理量的变换 或存储。传统示波器大致可以分为模拟示波器和数 字示波器两大类：
（1）模拟示波器 （2）数字示波器
（2）安全可靠 选购设备要考虑环境的温度、湿度、压力、振动、粉尘 等要求，以保证在规定的工作环境下系统性能稳定、工 作可靠。
（3）有足够的抗干扰能力 有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不 产生错误的必要条件。
8.1.3 软件设计的基本原则
结构合理 操作性能好 具有一定的保护措施 提高程序的执行速度 给出必要的程序说明
8.2 虚拟仪器的设计步骤
1. 需求分析和技术方案的制定 2. 确定虚拟仪器的类型 3. 选择合适的虚拟仪器软件开发平台 4. 开发虚拟仪器应用软件 5. 系统调试 6. 编写系统开发文档
8.3 虚拟仪器软面板设计技术
8.3.1 虚拟仪器软面板的设计思想 （1）根据测试要求确定仪器功能；
（2）按照VPP规范设计软面板，使面板具有标 准化、开放性和可移植性；
（3）采用面向对象的设计方法来设计软面板。
8.3.2 虚拟仪器软面板的设计原则
（1）直接操作的原则 （2）重要性原则 （3）相关性原则 （4）控件的一致性原则 （5）窗体与其功能匹配的原则 （6）适当使用空白空间的原则 （7）保持软面板简明的原则 （8）控制颜色种类及选择中性化的原则 （9）控件的形象选择与注释的原则 （10）可用性设计原则 （11）功能的可发现性原则 （12）操作的容错性设计原则 （13）“帮助”及文档中的回答问题原则