计算机技术和信息技术的高速发展推动了仪器设备的创新，从最早的模拟化仪器到数字化设备，再经历了智能化仪器的变革，最终迎来了虚拟仪器的发展。早期的虚拟仪器通常使用GPIB、RS232、PCI等接口，由于电气特性、设计原理等技术的限制，安装和使用起来比较繁琐，直接影响到了虚拟仪器的灵活性，USB总线技术的出现完美的解决了接口限制的问题。本文就是在此思想下设计了一种基于USB总线的通用虚拟仪器系统。论文首先介绍了虚拟化仪器的发展过程和研究现状，以及USB总线协议的内容和技术优势，然后结合USB协议从系统硬件和软件两个方面给出了具体的设计过程。硬件系统设计中主要包括，芯片的选型、FPGA固件程序的设计、数据采集模块设计、USB通信接口设计和电源电路设计，整个硬件系统是以FPGA为核心的采集系统，主要完成对数据的采集和传输；软件系统设计主要包括，USB驱动和固件程序设计以及LabVIEW虚拟仪器的设计三个部分，其中USB固件设计是本文的重点部分，在Keil3环境下开发完成，是USB总线可在虚拟环境下高速稳定传输的根本保证，USB驱动程序是在NI-VISA下实现的。系统采用FPGA作为采集系统的控制核心，完成对A/D转换、FIFO缓存以及USB传输的控制，将采集到的数据通过USB总线传输到LabVIEW软件环境中，并在虚拟环境下完成对数据的处理、显示和存储功能，系统可以实现信号的滤波和频谱分析功能，最后给出了本设计的实验结果。