1 引言

超低频虚拟数字存储示波器实质上是以PC586为工作平台，配置了具有特定功能的扩展摇接口卡MS，并用微机屏幕模拟显示实际仪器的控制和操作面板，形象、直观；而在功能上，超低频虚拟数字存储示波器能完全取代传统类型示波器。它充分利用了微机的控制、处理能力和图形功能，因而使用起来更为方便。

面向对象的可视化编程工具Delphi，由于它拥有大量的定制控件和可视化组件，为我们提供了开发虚拟数字存储示波器的最佳捷径。因而大大提高了编程效率。

2 工作原理

超低频虚拟数字存储示波器的组成框图如图1所示。

由于输入信号的幅值可能较小，为了提高A/D转换精度，需对信号进行放大。本通道采用了一个可编程放大器，对各路大小不同的信号由CPU控制给予不同的放大倍数，以提高转换精度。采样保持器在采样周期内采纳信号，在保持期内维持其输入在最后一瞬间的采样数值上，A/D转换器将采样保持器输出的阶梯形模拟信号转换成二进制的数值信号，通过I/O接口将数字信号值送入CPU。

3 数字存储示波器的界面接口设计

3.1 虚拟数字存储示波器的界面

超低频虚拟数字存储示波器既可单路输入，也可双路同时输入，只要用鼠标分别双击左键即可。图2屏幕左边为实时波形显示窗口，大小为256×256像素。右边依次为采样周期，采样点数，电压最大值、最小值。右下角为二路电压灵敏度。时基及X轴扫描扩展。右上角为开关按钮及功能键，记录波形数据，通过打印机打印出来。本软件的最大特点是采用同屏显示，即实时采集数据波形，按钮和选择菜单均在计算机显示屏上显示。执行文件是Oscill.exe，要求具有VGA视频卡及586以上计算机。屏幕的分辨率为1024×768个像素，256种颜色。

3.2 接口编程设计

超低频虚拟数字存储示波器对输入端口编程采用面向对象编程语言h1phi中嵌入汇编语言。由于要显示波形，需要用A/D硬件对外部信号进行采样，利用Delphi强大的内嵌汇编语言功能，自编了两个端口输入输出函数，以完成对I/0端口的访问，程序清单略。完成对I/0端口的访问，程序清单略。

4 虚拟仪器性能及改进

超低频虚拟数字存储示波器研制完成后进行了性能测试，其主要技术指标：

1)通道数：独立双通道；2)字长：12位A/D；3)频率范围：0~50kHz；4)时基范围：0.1s/格~50μs/格；5)电压灵敏度：5V/div~20mV/div；6)采样(转换)速率：可调整，最大为每A/D200ksps；7)记录容量：海量存储取决于计算机内存和硬盘空间；8)运行环境：MicrosoftWindows'95。

频率范围主要取决于A/D转换时间，由于A/D574转换时间约10μs，因此，只能工作在超低频范围。其次，12位A/D转换限制了精度(1LSB=1/4096=0.000244)。若要改善上述二项性能，可选用LTC1419A/D，采用14位800ksps模数转换器，可提高精度及频率。

5 结论

本文以软件控制技术为关键，配以接口电路，研制了超低频虚拟数字存储示波器，进行了相应的软、硬件系统的设计，并采用面向对象的Delphi来设计示波器界面，形象、直观、操作方便。对I/0端口的编程则采用Delphi中嵌入汇编语言。以提高程序运行速度。虚拟技术的采用，代表了电子仪器的发展方向，有广阔的应用前景。