基于虚拟仪器技术的电子测量工作站设计与实现

摘要：为了解决实验室仪器价格昂贵，操作复杂，不适合大规模现场测试等问题，采用基于USB总线的数据采集卡，配备相应辅助电路模块完成信号的采集及转换，运用虚拟仪器技术及LabVIEW开发平台，实现了由示波器、逻辑分析仪等15种仪器组成的电子测量工作站。工作站可进行各测量模块之闻的同步以及计算机数据存储、分析和制图，具有使用方便、便携性好等特点，可有效解决设备应急抢修的问题。
关键词：虚拟仪器；LabVIEW；电子测量工作站；逻辑分析仪

现代工业和国防工业的迅速发展，使电子测量技术进入广泛使用、综合测量阶段，大型设备、系统的现场监控和测试设备是一个方兴未艾的新市场。综合测试设备的核心由多类别、高性能的电子测量仪器集群和计算机构成，重视用户接口信号的适用范围和设备适应恶劣工作环境的能力。随着大规模综合测试在设备、系统中的广泛使用，对大规模现场测试设备的需求将日益成长。电子测量工作站的出现恰好弥补了这一空缺，可有效解决设备应急抢修的问题。电子测量工作站运用虚拟仪器技术把计算机、仪器硬件、计算机软件等结合起来，除了传承传统仪器的已有功能之外，还增加了很多传统仪器不能及的先进功能，具有高度灵活性，突破了在数据处理、传送及存储方面的限制。USB接口已成为PC机的标准配置，并且支持热插拔功能，数据传输率高。
基于NI公司的USB系列数据采集卡和LabVIEW虚拟仪器开发平台构建便携式的综合测量系统，对设备进行频域、时域的参数测量，完成对设备的状态检测和故障排除。

1 虚拟仪器
虚拟仪器是指计算机为硬件核心平台，配备相应测试功能的硬件作为信号输入／输出端口，利用仪器开发软件在计算机上虚拟出仪器的面板和功能按钮，通过鼠标、键盘来操作的仪器。硬件采用数据采集卡，用户就可以虚拟出任意功能的仪器。美国国家仪器公司设计的LabV-IEW软件是一种图形化的编程环境，实现了虚拟仪器的概念。与传统仪器相比，虚拟仪器实现了测量仪器的智能化、模块化、多样化，具有全自动化的测试过程，并且可以方便地进行二次开发，以及较低的成本。

2 系统设计
2．1 电子测量工作站简介
电子测量工作站是将15种电子测量仪器与计算机组合为一体的新型测量设备，是当今电子仪器界一个重要的创新，它具有体积小、携带方便、坚固、耐高温、抗振、抗冲击、绝对密封防水、防腐、防潮、防尘的特点，尤其是其强大的仪器集群综合工作能力，特别适用于在环
境恶劣、应急测试等情况下为设备提供必要的抢修平台。电子测量工作站中的各种仪器能够同步工作，形成协同作战的仪器集群，它顺应当前电子测量多元化、综合化的趋势，以工作站的形式取代传统的分立型台式仪器，为工业界、科学界和教育界提供了一种新型电子测量设备，它功能完善、使用方便、通用性好、性价比高，因此电子测量工作站产品具有成为当今电子仪器领域中重要增长点的潜力。电子测量工作站的基本特征如下：将多通道、多功能电子测量仪器群与计算机集成为一个系统的电子测量设备，具有大规模的综合测量能力；具有标准的目标硬件适配接口；具有标准的目标软件适配接口。
2．2 系统组成
电子测量工作站由硬件和软件两部分组成。
硬件部分基于USB总线数据采集卡，配备相应辅助电路模块来完成信号的采集及转换，模块电路有双向数字信号适配器电路、数字存储示波器电路、高速采样存储器电路、数据模型波形存储器电路、任意波形电压源信号发生器电路、电压信号波形存储器电路、任意波形电流源信号发生器电路、电流信号波形存储器电路、万用表电路、直流稳压电源电路、通信控制模块电路。
软件部分运用美国国家仪器公司的LabVIEW图形化编程软件，仪器驱动器完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序，并由计算机进行数据的存储和分析。
2．3 系统功能
电子测量工作站以系统同步控制模块为电路核心，控制各个仪器和功能模块同步工作。在测量中，通过测量接口适配器将被测目标与电子测量工作站中的对应仪器相连接，完成所需信号的发送和测量，测量数据由计算机进行处理，显示出测量数据和图像。它所控制的仪器和功能模块电路如图1所示。