随着电子科学技术的不断革新,电子测量测试仪器也不断进步,先后经历了模拟,数字,智能化到虚拟化的发展历程。示波器作为最重要的电子仪器之一,也逐渐虚拟化。虚拟仪器简化了传统仪器的硬件结构,将部分硬件功能交由计算机软件实现,降低了仪器的成本,可将通用的计算机升级为专用的电子仪器。但早期的虚拟仪器大多使用GPIB、PCI,RS232等总线与计算机连接,安装繁琐,降低了虚拟仪器的灵活性。基于USB的虚拟仪器,将USB的高速便携与计算机的优越性能结合起来,通过硬件电路的数据采集,将模拟信号转化为数字信号后,经过USB接口发送给计算机,由计算机软件进行数据的显示,分析处理,其安装方便,即插即用,快速灵活,通用性强,发展前景广阔。首先,论文论述了虚拟仪器的基本概念以及发展前景。然后,通过分析数字示波器的结构、原理和功能,以及USB接口的优势,提出了虚拟示波器的设计方案,设计了一种基于USB2.0的高速虚拟示波器,包括硬件采集电路和上位机显示软件,设定硬件和软件所需完成的任务。之后,论文对虚拟示波器硬件采集电路进行了具体设计,在USB供电功率有限的条件下,完成硬件电路的设计、制版、焊接与调试,其中包括：信号调理电路,用于完成±20V、20MHz信号的调整,使信号符合A/D转换电路的要求；A/D转换电路,完成高频信号的数模转换；数据存储电路,用于存储采样后的数据；USB传输电路,实现将采集数据上传至上位机的任务；核心控制电路,完成所有模块的控制。最后,论文给出了虚拟示波器上位机软件的设计与实现,不仅能够完成信号的显示,同时能够完成信号参数计算,频谱分析等功能。测试结果表明,本文设计实现的虚拟示波器能够完成规定功能,并基本达到设计指标。