朱燕立
天津容大机电科技有限公司 天津市 300387
摘要：随着时代的更新和变换，虚拟仪器正在一步步地发展成为人们在生产工作时常用的工具。本文基于虚拟示波器的应用现状出发，分析了目前情况下，虚拟仪器的使用情况和问题，并针对FPGA和LabVIEW技术的虚拟示波器进行了深入的探究，明确其各模块的设计、应用方式，给实验设计，工程检测等工作提供了进一步的参考。
关键词：FPGA；LabVIEW；虚拟示波器
前言：虚拟仪器就是利用计算机作为系统核心，分析用户需求进而针对性的实现虚拟控制和功能测试的智能化应用平台，近些年来广泛被应用在工业试验和产品生产环节当中。基于FPGA和LabVIEW的虚拟示波器不仅可以在试验过程中实现数据的同频传输，还能够有效改善传统示波器的步骤繁琐、占地面积大等问题，因此相关单位应该注意对于该类型示波器的研究和应用。
一、虚拟示波器的应用现状
虚拟仪器的典型应用就是虚拟示波器，其工作原理主要是将传输中的模拟信号进行放大处理，再通过数据采集环节将模拟信号编译成数字信息，下一步将数字信息传送给计算机，再通过LabVIEW编程软件模拟出示波器的操作平台，进行信息的分析处理和远程的系统监控。相比传统的仪器系统来说，虚拟示波器具有良好的发展前景。首先，传统仪器不仅占地面积大，并且结构繁琐不好操作，而虚拟示波器不仅操作简单，能够让操作人员短时间内对于操作技术进行熟悉和了解，并且设计简单，不需要过多的放置空间[1]。其次，传统仪器的经费问题也是需要被考虑的关键，虚拟示波器技术一定程度上解放了大量购买实体仪器的经费成本，进一步保障了项目研究和试验的资金支持，实现了科研项目的高效开发。最后，利用FPGA和LabVIEW等相关的编程系统技术的融合，虚拟仪器的功能设计更加完善、更加丰富，通过虚拟示波器的应用研究，很多操作方法和试验思想都能够得到进一步的优化和更新。
近年来，很多大型的生产和实验活动中都大量应用了虚拟示波器技术，与之相关的云存储和计算水平也在一步步的提高。利用虚拟示波器，不仅能够合理的调整内部逻辑结构，更能够妥善处理好数据传输线路，更加便于用户的开发和应用。虽然目前很多行业都已经重视起了对于虚拟示波器的研究和开发，但是仍然存在着一定的问题，例如设计环节不合理、与实际应用不适配等，相关工作人员要注意对于虚拟仪器设计环节的深入探究和学习，及时扫清运作系统中的故障和问题。
二、基于FPGA与LabVIEW虚拟示波器的研究
（一）FPGA与LabVIEW示波器运作方式分析
要想深入的探究虚拟示波器的设计环节，就首先要了解FPGA和LabVIEW器件。FPGA是通过编程生成的一种半定制式的电路，能够有效解决原来的电路中部件门电路缺少等问题。主要的工作环节可以分为：编程结构、可配置逻辑模块、时间管理版块、内嵌式单元等，由于FPGA系统编程操作具有重复性、线路布置更加丰富，对于电路设计行业的工作来说具有很大的推动作用。而LabVIEW是程序开发的环境，类似于C和BASIC，是一种通用的编程系统，但他却拥有着非常庞大的函数数据库，用以处理各式各样的编程任务。
LabVIEW能够提供很多的控件仪器，类似于万用表或示波器，能够简化用户的操作界面，同时，也能够通过强大的数据处理功能，创造出更加精密的仪器。
（二）示波器系统设计探究
虚拟示波器的第一个操作处理环节是数据采集。数据采集的原理是通过系统的触发控制和通道的布局控制，对于数据进行实时的检测和管理，及时开启和停止数据采集工作。首先，数据检测要保证严谨性和精密性，相关的技术人员要注意规范操作行为，按照规定进行处理。其次采集模块完成信息采集工作以后，由FPGA处理系统实现对于PC的传输，在数据传输的硬件选择时，可以采用千兆的以太网卡。最后，要注意对于扫描率的调整和控制，可以通过手动或自动调整方式的选择来提升扫描的覆盖率。
同时，相关技术人员要注意丰富和优化波形显示的方式，对于参数分析工作水平进行提升，可以利用数据采集环节提取的具体数组，来索引出实际的电压幅值，再通过其中的实际情况来决定要不要将其与具体的时间系数解绑。下一步通过控制基值，将刚刚索引出来的电压幅值与其进行相加从而在系统上进行显示，方便操作人员的下一步操作。然后对于不同的波形周期、周期峰值和电压参数等频率进行测量，并显示其测量结果，根据最终的测量数据，操作人员应该采用FFT等控件对于各个窗口和单位进行频谱的监控和显示，再对于相应的线性和对数进行选择，最终确认其功能的设置。
最后，要注意示波器的测试工作，测试性能的各项指标能否达到最终预定的设计要求是非常关键的问题[2]。因此，相关的技术操作人员需要重视示波器的最终的验证和测试环节。可以利用150Hz的信号进行测试，对于误差的控制需要设定在2V以内，合理范围内的误差需要找到真正的导致原因，再通过系统的检测不断对于故障和问题进行优化处理。
（三）虚拟示波器的应用发展
综合考虑虚拟示波器的各项优点，很多领域的应用中，它都可以凭借良好的性能表现的非常出色。首先，虚拟示波器最开始就是应用在测试测量环节的，所以目前很多测试方面的工作中都应用了虚拟示波器。使用虚拟示波器可以非常便捷的控制这些软件、硬件装置，同时用户也能够更加简便地找到编程处理的工具包，这些处理的工具包基本可以满足用户所需要的各项开发处理操作，用户对其加以运用在进行程序开发就会更加简单。其次，是控制领域的应用，虚拟示波器的操作简单，更加智能化，对于系统的控制和管理能够实现全数字化和自动化，进一步保障了系统运行的稳定性和安全性。最后，还有一些在具体实践工作中的运用，比如工业设计方面的工作，传统的模式下，各类工具设计必须要设计师亲自动手测量原型和数据，大大浪费了人力资源且不能保证数据检测的准确性和精密度，但利用虚拟示波器技术便可以有效提升。在设计环节中，操作者可以通过示波器对于原型装置进行测量，并与新产品进行参数对照，检查得出其准确性，避免由于手工测量给实验数据带来的误差。而且，虚拟仪器操作简便，可以重复多次进行测量操作，进一步避免不同的电压幅值和温度给实验操作的数据带来的不准确性。
结束语：
综上所述，基于FPGA和LabVIEW的虚拟示波器的设计更加完善，相较传统的示波器系统拥有更加强大的功能，不仅能够提供给操作者更加稳定简单的演示界面，而且也能使得设计平台更加实用。相关企业人员应该加强对于该类型示波器系统的开发和应用设计，弥补完善不足之处，进而生产出更加安全、高效的虚拟控制工具。
参考文献：
[1]汤建鑫,黎小飞,何绮雯.基于FPGA与LabVIEW的虚拟示波器[J].科学技术创新,2020(06):72-73.
[2]陈苏妍,杨彦,曹生灿.基于Labview及FPGA的虚拟示波器和频谱仪设计[J].电子元器件与信息技术,2019(01):106-108.