摘要：基于PCI接口的compuScope 82G型高速數(shù)據(jù)采集卡和Visual c++編程工具．設(shè)計了一種快速虛擬示波器試驗系統(tǒng)，為了保證數(shù)據(jù)采集和波形顯示的實時性，設(shè)計中采用了多線程技術(shù)。該系統(tǒng)集波形采集、數(shù)據(jù)分析、輸出、顯示為一體，實現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)的采集和動態(tài)波形的顯示，并且在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了傳統(tǒng)示波器無法實現(xiàn)的頻譜分析和數(shù)字濾波功能。

1 引言 
      虛擬儀器(VI-ViItuaIInstrument)是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C(jī)與功能化硬件結(jié)合起來，用戶可通過友好的圖形界面操作計算機(jī)，就像在操作自己定義、自己設(shè)計的單個儀器一樣，從而完成對被測量的采集、處理、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。在這種儀器系統(tǒng)中，各種復(fù)雜測試功能、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果顯示都完全由計算機(jī)軟件完成，在很多方面較傳統(tǒng)儀器有無法比擬的優(yōu)點，如使用靈活方便、測試功能豐富、價格低廉、一機(jī)多用等，這些使得虛擬儀器成為未來電子測量儀器發(fā)展的主要方向之一。

      當(dāng)今虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的Rs232串行總線、GPIB通用接口總線、VXI總線、PCI總線和IEEE 1394總線即Firewire(也叫做火線)。

      本文介紹基于PCI總線接口的CompuS,cope82G型高速數(shù)據(jù)采集卡和Visual C++編程工具的快速虛擬示波器試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)集波形采集、數(shù)據(jù)分析、輸出、顯示為一體。為了保證數(shù)據(jù)采集和波形顯示的實時性，設(shè)計中還采用了多線程技術(shù)。

2 系統(tǒng)組成和采集卡的硬件結(jié)構(gòu)
2．1 系統(tǒng)組成
      虛擬示波器系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)和專用軟件組成，其中，數(shù)據(jù)采集卡完成對輸入測量信號的調(diào)理采集和緩存，并通過計算機(jī)PCI總線送入內(nèi)存；計算機(jī)在應(yīng)用程序控制下對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運算，最后完成各種電量測試并在屏幕上用圖形或數(shù)據(jù)形式顯示。這一切均在人機(jī)交互方式下完成。

2．2 數(shù)據(jù)采集卡的硬件結(jié)構(gòu)
      本虛擬示波器采用Gage公司的CompuScope82G型高速數(shù)據(jù)采集卡作為PCI接口。采集卡的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      該數(shù)據(jù)采集卡主要由前置濾波器、可程控衰減器、可程控模擬放大電路、A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、計數(shù)，定時電路、振蕩電路、時序控制電路及PCI接口電路組成，其功能電路由數(shù)字控制邏輯電路統(tǒng)一控制。該卡是具有2個模擬量輸入通道的標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線插卡，卡上集成的2個高速8位ADC的工作頻率高達(dá)IGHz，在單通道工作模式下，2個ADC同時工作，分別在脈沖的上升沿和下降沿進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以最高采樣頻率可以達(dá)到2GHz�？ㄉ吓渲糜�16M的高速存儲器，解決了高采樣率和相對較低PCI總線數(shù)據(jù)傳輸速率的匹配問題。在使用之前必須對采集卡的硬件進(jìn)行配置，這些控制程序用到相應(yīng)的底層DAQ驅(qū)動程序。通過采集卡自帶的DLL可以在程序中靈活地對硬件進(jìn)行控制，比如輸入阻抗、輸入電壓范圍、放大器增益、采樣頻率、每次采樣點數(shù)等。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
3．1 虛擬示波器的軟件開發(fā)環(huán)境
      虛擬儀器最核心的技術(shù)是軟件技術(shù)。目前，用于虛擬儀器開發(fā)的軟件開發(fā)平臺主要有二大類：一類是通用的可視化軟件編程環(huán)境，主要有Microsoft公司的Visual C++和Visual Basic、Inprise公司的Delphi和C++Builder等；另一類是一些公司推出的專用于虛擬儀器開發(fā)軟件的編程環(huán)境，主要有NI公司的圖形化編程環(huán)境LabView及文本編程環(huán)境IabWindows／CVI、Agilent公司的圖形化編程環(huán)境Agilent VEE�？紤]到軟件的靈活性、高效性和可移植性，本設(shè)計中采用visual C++作為虛擬示波器的開發(fā)環(huán)境。

3．2 軟件功能模塊
    該虛擬示波器有5大功能模塊：信號采集、用戶界面、頻譜分析、數(shù)字濾波、波形顯示。

3．2．1信號采集模塊
      信號采集