基于虛擬儀器技術(shù)的電子測(cè)量工作站設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為了解決實(shí)驗(yàn)室儀器價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，不適合大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等問(wèn)題，采用基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡，配備相應(yīng)輔助電路模塊完成信號(hào)的采集及轉(zhuǎn)換，運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)及LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了由示波器、邏輯分析儀等15種儀器組成的電子測(cè)量工作站。工作站可進(jìn)行各測(cè)量模塊之聞的同步以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和制圖，具有使用方便、便攜性好等特點(diǎn)，可有效解決設(shè)備應(yīng)急搶修的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；電子測(cè)量工作站；邏輯分析儀

現(xiàn)代工業(yè)和國(guó)防工業(yè)的迅速發(fā)展，使電子測(cè)量技術(shù)進(jìn)入廣泛使用、綜合測(cè)量階段，大型設(shè)備、系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和測(cè)試設(shè)備是一個(gè)方興未艾的新市場(chǎng)。綜合測(cè)試設(shè)備的核心由多類別、高性能的電子測(cè)量?jī)x器集群和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，重視用戶接口信號(hào)的適用范圍和設(shè)備適應(yīng)惡劣工作環(huán)境的能力。隨著大規(guī)模綜合測(cè)試在設(shè)備、系統(tǒng)中的廣泛使用，對(duì)大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備的需求將日益成長(zhǎng)。電子測(cè)量工作站的出現(xiàn)恰好彌補(bǔ)了這一空缺，可有效解決設(shè)備應(yīng)急搶修的問(wèn)題。電子測(cè)量工作站運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)把計(jì)算機(jī)、儀器硬件、計(jì)算機(jī)軟件等結(jié)合起來(lái)，除了傳承傳統(tǒng)儀器的已有功能之外，還增加了很多傳統(tǒng)儀器不能及的先進(jìn)功能，具有高度靈活性，突破了在數(shù)據(jù)處理、傳送及存儲(chǔ)方面的限制。USB接口已成為PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，并且支持熱插拔功能，數(shù)據(jù)傳輸率高。
基于NI公司的USB系列數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)構(gòu)建便攜式的綜合測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行頻域、時(shí)域的參數(shù)測(cè)量，完成對(duì)設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)和故障排除。

1 虛擬儀器
虛擬儀器是指計(jì)算機(jī)為硬件核心平臺(tái)，配備相應(yīng)測(cè)試功能的硬件作為信號(hào)輸入／輸出端口，利用儀器開(kāi)發(fā)軟件在計(jì)算機(jī)上虛擬出儀器的面板和功能按鈕，通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤來(lái)操作的儀器。硬件采用數(shù)據(jù)采集卡，用戶就可以虛擬出任意功能的儀器。美國(guó)國(guó)家儀器公司設(shè)計(jì)的LabV-IEW軟件是一種圖形化的編程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了虛擬儀器的概念。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器實(shí)現(xiàn)了測(cè)量?jī)x器的智能化、模塊化、多樣化，具有全自動(dòng)化的測(cè)試過(guò)程，并且可以方便地進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，以及較低的成本。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 電子測(cè)量工作站簡(jiǎn)介
電子測(cè)量工作站是將15種電子測(cè)量?jī)x器與計(jì)算機(jī)組合為一體的新型測(cè)量設(shè)備，是當(dāng)今電子儀器界一個(gè)重要的創(chuàng)新，它具有體積小、攜帶方便、堅(jiān)固、耐高溫、抗振、抗沖擊、絕對(duì)密封防水、防腐、防潮、防塵的特點(diǎn)，尤其是其強(qiáng)大的儀器集群綜合工作能力，特別適用于在環(huán)
境惡劣、應(yīng)急測(cè)試等情況下為設(shè)備提供必要的搶修平臺(tái)。電子測(cè)量工作站中的各種儀器能夠同步工作，形成協(xié)同作戰(zhàn)的儀器集群，它順應(yīng)當(dāng)前電子測(cè)量多元化、綜合化的趨勢(shì)，以工作站的形式取代傳統(tǒng)的分立型臺(tái)式儀器，為工業(yè)界、科學(xué)界和教育界提供了一種新型電子測(cè)量設(shè)備，它功能完善、使用方便、通用性好、性價(jià)比高，因此電子測(cè)量工作站產(chǎn)品具有成為當(dāng)今電子儀器領(lǐng)域中重要增長(zhǎng)點(diǎn)的潛力。電子測(cè)量工作站的基本特征如下：將多通道、多功能電子測(cè)量?jī)x器群與計(jì)算機(jī)集成為一個(gè)系統(tǒng)的電子測(cè)量設(shè)備，具有大規(guī)模的綜合測(cè)量能力；具有標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)硬件適配接口；具有標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)軟件適配接口。
2．2 系統(tǒng)組成
電子測(cè)量工作站由硬件和軟件兩部分組成。
硬件部分基于USB總線數(shù)據(jù)采集卡，配備相應(yīng)輔助電路模塊來(lái)完成信號(hào)的采集及轉(zhuǎn)換，模塊電路有雙向數(shù)字信號(hào)適配器電路、數(shù)字存儲(chǔ)示波器電路、高速采樣存儲(chǔ)器電路、數(shù)據(jù)模型波形存儲(chǔ)器電路、任意波形電壓源信號(hào)發(fā)生器電路、電壓信號(hào)波形存儲(chǔ)器電路、任意波形電流源信號(hào)發(fā)生器電路、電流信號(hào)波形存儲(chǔ)器電路、萬(wàn)用表電路、直流穩(wěn)壓電源電路、通信控制模塊電路。
軟件部分運(yùn)用美國(guó)國(guó)家儀器公司的LabVIEW圖形化編程軟件，儀器驅(qū)動(dòng)器完成對(duì)某一特定儀器控制與通信的軟件程序，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析。
2．3 系統(tǒng)功能
電子測(cè)量工作站以系統(tǒng)同步控制模塊為電路核心，控制各個(gè)儀器和功能模塊同步工作。在測(cè)量中，通過(guò)測(cè)量接口適配器將被測(cè)目標(biāo)與電子測(cè)量工作站中的對(duì)應(yīng)儀器相連接，完成所需信號(hào)的發(fā)送和測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，顯示出測(cè)量數(shù)據(jù)和圖像。它所控制的儀器和功能模塊電路如圖1所示。