随着计算机技术、微电子技术和大规模集成电路技术的发展,传统仪器渐渐无法适应信息时代对仪器的需求。建立在计算机技术、现代测量技术与传统仪器相结合的基础上的虚拟仪器技术,成为当今仪器测试领域的一个重要发展方向。本文深入研究虚拟仪器技术以及USB设备的开发。虚拟仪器具有性能高、扩展性强、开发时间少的特点,灵活高效的软件和模块化的硬件使其具有出色的集成性能。USB2.0协议支持的最大传输速率高达480Mb/s,支持热插拔和PnP,并支持节电模式。本文将两者相结合,提出了一种直接外挂型高速实时数据采集仪器设计方案。该系统是以微型计算机为平台,配以用于测量和测试的数据采集卡及专用软件,以实现某些测量和测试功能而构成的通用或专用仪器系统。本文着重介绍了基于USB2.0协议的接口硬件、固件程序以及基于Windows驱动模型(WDM)的USB设备驱动程序的设计原理及具体实现。其次,本文介绍了数据采集硬件部分的实现,详细分析了信号采集的原理以及前端模拟电路的设计。再次,文中介绍了本系统中应用程序的设计方法,并实现了虚拟示波器的功能。本文详细分析了系统的设计原理,并在最后对研究和开发工作进行了总结,指出了系统设计中的不足和需要改进的地方,同时展望了虚拟仪器技术发展的前景。