基于虛擬儀器技術(shù)的電子測量工作站設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：為了解決實驗室儀器價格昂貴，操作復(fù)雜，不適合大規(guī)模現(xiàn)場測試等問題，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的采集及轉(zhuǎn)換，運用虛擬儀器技術(shù)及LabVIEW開發(fā)平臺，實現(xiàn)了由示波器、邏輯分析儀等15種儀器組成的電子測量工作站。工作站可進行各測量模塊之聞的同步以及計算機數(shù)據(jù)存儲、分析和制圖，具有使用方便、便攜性好等特點，可有效解決設(shè)備應(yīng)急搶修的問題。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；電子測量工作站；邏輯分析儀

現(xiàn)代工業(yè)和國防工業(yè)的迅速發(fā)展，使電子測量技術(shù)進入廣泛使用、綜合測量階段，大型設(shè)備、系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)控和測試設(shè)備是一個方興未艾的新市場。綜合測試設(shè)備的核心由多類別、高性能的電子測量儀器集群和計算機構(gòu)成，重視用戶接口信號的適用范圍和設(shè)備適應(yīng)惡劣工作環(huán)境的能力。隨著大規(guī)模綜合測試在設(shè)備、系統(tǒng)中的廣泛使用，對大規(guī)?，F(xiàn)場測試設(shè)備的需求將日益成長。電子測量工作站的出現(xiàn)恰好彌補了這一空缺，可有效解決設(shè)備應(yīng)急搶修的問題。電子測量工作站運用虛擬儀器技術(shù)把計算機、儀器硬件、計算機軟件等結(jié)合起來，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)儀器不能及的先進功能，具有高度靈活性，突破了在數(shù)據(jù)處理、傳送及存儲方面的限制。USB接口已成為PC機的標準配置，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虛擬儀器開發(fā)平臺構(gòu)建便攜式的綜合測量系統(tǒng)，對設(shè)備進行頻域、時域的參數(shù)測量，完成對設(shè)備的狀態(tài)檢測和故障排除。

1 虛擬儀器
虛擬儀器是指計算機為硬件核心平臺，配備相應(yīng)測試功能的硬件作為信號輸入／輸出端口，利用儀器開發(fā)軟件在計算機上虛擬出儀器的面板和功能按鈕，通過鼠標、鍵盤來操作的儀器。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。美國國家儀器公司設(shè)計的LabV-IEW軟件是一種圖形化的編程環(huán)境，實現(xiàn)了虛擬儀器的概念。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器實現(xiàn)了測量儀器的智能化、模塊化、多樣化，具有全自動化的測試過程，并且可以方便地進行二次開發(fā)，以及較低的成本。

2 系統(tǒng)設(shè)計
2．1 電子測量工作站簡介
電子測量工作站是將15種電子測量儀器與計算機組合為一體的新型測量設(shè)備，是當今電子儀器界一個重要的創(chuàng)新，它具有體積小、攜帶方便、堅固、耐高溫、抗振、抗沖擊、絕對密封防水、防腐、防潮、防塵的特點，尤其是其強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)急測試等情況下為設(shè)備提供必要的搶修平臺。電子測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)當前電子測量多元化、綜合化的趨勢，以工作站的形式取代傳統(tǒng)的分立型臺式儀器，為工業(yè)界、科學(xué)界和教育界提供了一種新型電子測量設(shè)備，它功能完善、使用方便、通用性好、性價比高，因此電子測量工作站產(chǎn)品具有成為當今電子儀器領(lǐng)域中重要增長點的潛力。電子測量工作站的基本特征如下：將多通道、多功能電子測量儀器群與計算機集成為一個系統(tǒng)的電子測量設(shè)備，具有大規(guī)模的綜合測量能力；具有標準的目標硬件適配接口；具有標準的目標軟件適配接口。
2．2 系統(tǒng)組成
電子測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)輔助電路模塊來完成信號的采集及轉(zhuǎn)換，模塊電路有雙向數(shù)字信號適配器電路、數(shù)字存儲示波器電路、高速采樣存儲器電路、數(shù)據(jù)模型波形存儲器電路、任意波形電壓源信號發(fā)生器電路、電壓信號波形存儲器電路、任意波形電流源信號發(fā)生器電路、電流信號波形存儲器電路、萬用表電路、直流穩(wěn)壓電源電路、通信控制模塊電路。
軟件部分運用美國國家儀器公司的LabVIEW圖形化編程軟件，儀器驅(qū)動器完成對某一特定儀器控制與通信的軟件程序，并由計算機進行數(shù)據(jù)的存儲和分析。
2．3 系統(tǒng)功能
電子測量工作站以系統(tǒng)同步控制模塊為電路核心，控制各個儀器和功能模塊同步工作。在測量中，通過測量接口適配器將被測目標與電子測量工作站中的對應(yīng)儀器相連接，完成所需信號的發(fā)送和測量，測量數(shù)據(jù)由計算機進行處理，顯示出測量數(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。