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1、毕 业 设 计 任 务 书,题目：基于IVI模型的虚拟仪器驱动器的设计 设计（论文）内容： 第二章 虚拟仪器技术 第三章 虚拟仪器驱动器的设计研究 第四章 基于IVI模型的仪器驱动器的设计 第五章 实验测试 第六章 总结与展望,选题背景,虚拟仪器是对传统测试仪器的重大突破，它把计算机技术与仪器技术完美的结合起来，以较高的性能价格比、较强的灵活性独特优势进入测量领域。随着全球信息化需求的急剧增加和微电子技术的飞速发展，尤其是计算机通信和网络技术的发展，虚拟仪器在技术、功能、结构和成本等各方面必将发生更大的变化，在测试领域中将占据越来越重要的地位 。 在VXI虚拟仪器系统中，仪器驱动器是处理对某一
2、特定仪器进行通信和控制的一种软件，在VXI虚拟仪器系统中起着关键作用。 VPP规范提供了一个开放性的系统软件结构，使系统软件的开发和使用标准化，减少了系统开发周期，降低系统成本，真正做到“即插即用”。IVI规范是在VPP规范基础上制定的，把仪器的互操作性的概念推广到仪器级。本课题就是基于IVI模型的虚拟仪器驱动器的设计。,选题意义,如果说硬件是虚拟仪器的骨架，那么软件就是虚拟仪器的灵魂，仪器驱动器就是为用户组建测试系统、完成控制和通讯的软件。所以仪器驱动器的设计对于研究和开发虚拟仪器有着重要的意义。 基于IVI模型的仪器驱动器不仅能够简化系统调试和维护，还能够提高系统内仪器的互换性，既为仪器驱
3、动器开发者节约开发周期和开发费用，也为操作使用者减轻了操作难度和费用支出，所以本课题具有很大的经济效益，并为虚拟仪器的进一步扩展奠定了基础。,虚拟仪器技术,虚拟仪器的概念最初是随着PC卡式仪器的发展而提出来的，由于PC卡式仪器不带仪器面板，须借助PC机作为其数据分析和数据显示的工具，并建立图形化的软面板，这种仪器称为虚拟仪器。 虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，其核心思想是充分利用计算机技术，用计算机去实现尽可能多的仪器功能单元的作用，并在一定的计算机硬件支持下最大限度的发挥软件的作用，用软件实现不同的仪器功能。 对于虚拟仪器技术，主要从硬件平台和软件平台方面来讨论,虚拟仪器硬件平台,计算机是虚
4、拟仪器的硬件基础，也是其功能强大、价格低廉的运行平台。目前，虚拟仪器的硬件平台范围不断扩展，至今为止共有四种总线：PC总线的虚拟仪器、VXI总线的虚拟仪器， GPIP总线的虚拟仪器和 PVI总线的虚拟仪器。本课题所做的基于IVI模型的仪器驱动器就是基于VXI总线的虚拟仪器。 它的突出优点在于灵活性好、标准化程度高、互换性和互操作性强，可把多供货商的产品方便地集成在一个系统中；另外，系统的体积小、便携性强，具有64位扩展能力，数传率最高可达80M Bytes/s。在组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合，有其他仪器无法比拟的优势，最终成为程控仪器的主流总线。,虚拟仪器软件框架,操
5、作系统：Windows98和Windows NT是虚拟仪器的主流操作系统，它们具有图形界面，采用了多线成技术。 应用软件开发环境：主要有两种，基于文本的编程语言（如C、VB、LabWindows/CVI等）和基于图形化的编程语言（LabVIEW、HP-VEE等） 仪器驱动程序：一个虚拟仪器驱动程序将所有与具体仪器有关的命令串都打包在一个具有统一形式的软件模块内，并以函数库的形式为用户提供一个访问仪器的高层软件的接口。 I/O接口软件：执行与接口有关的特殊功能，VISA是VPP联盟制定的新一代虚拟仪器I/O接口软件标准，具有平台独立性，仪器驱动器将以此软件作为I/O控制的低层函数集。,仪器驱动器
6、软件开发平台,本课题采用LabWindows/CVI作为软件开发平台，它是美国NI公司于1998年推出来的虚拟仪器软件开发平台，其特点如下： 简单直观的图形用户界面设计。具有人机交互界面编辑器，运用可视化交互技术实现“所见即所得”，使人机交互界面直观简便。 提供了功能强大、使用方便的库函数。如ANSI C、硬件驱动（GPIP、VXI和RS-232）、数据采集和仪器驱动、高级数据分析等库函数 集成开发平台。将原码编程、C程序编译、调试、连接等集成在一个交互开发环境中，使用户可以快捷地编程、调试和修改应用程序，并形成可执行文件。 多种灵活的程序调用手段 交互编程方法 完善的兼容性 网络功能,仪器驱
7、动程序设计的基本要求和基本原则,基本要求有两点： 能够提供一个有效的、交互的软面板，用户可以独立使用，可以利用独立运行的仪器软面板检查仪器是否安装好，功能是否正常。 提供完备的软件模块，能准确的完成用户对特定所需要的全部控制功能，以便用户在应用程序中直接应用这些模块。 基本原则有五点： 仪器驱动程序的开发以软件可重复性为重要前提，特别是应当遵循模块化、层次化、源代码形式的可访问性等基本原则来进行仪器驱动程序的设计。 模块化和层次化 源代码形式 广泛的可访问性 和结构一致性,仪器驱动器外部接口模型,IVI外部接口模型有六部分所组成： 仪器驱动程序函数体 程序开发者接口 交互开发者接口 子程序接口
8、 I/O接口 IVI引擎,IVI仪器驱动程序内部设计模型,IVI仪器驱动程序内部设计模型包含两级模型： 部件函数 应用函数,IVI模型的仪器驱动程序函数树与函数面板文件的创建,本课题采用LabWindows/CVI中内嵌的IVI驱动器开发向导自动实现这些基本函数和属性，创建驱动程序中的最小函数树和函数面板框架： （1）启动IVI驱动程序开发向导，生成驱动程序框架代码。 （2）分析驱动程序中各组成文件，删除不用的扩展代码，并添加自己的函数及代码。 （3）对独立属性实现属性回调函数。对立属性是不受其它任何属性影响属性，这些属性可用来设置和访问硬件。,虚拟仪器软面板的设计原则,软面板的布局原则 对于
9、显示元件和操作元件应该按功能分组，如线框围合法、形状区分法、颜色区分法、距离区分法等，并在布局时显示出操作元件和显示元件之间的逻辑关系。 显示元件形式的设计 对于需要定性显示的信息，可采用模拟显示方式；显示的信息，可采用数字显示信息；特殊的信息，可采用各种指示灯进行显示。 操作元件形式的设计 主要为各种形式的按钮、旋钮等直观的操作方式，另外也可以采取一些曲线、指针等直接显示信息的操作方式，增加“所见即所得”的透明性。,虚拟软面板的设计步骤,主要完成五种波形的产生、显示、调节（包括周期、幅值、点数、初相）及驱动，所以此软面板的设计主要分为六个部分：波形选择、功能操作按钮、波形参数调节、最值显示、
10、波形数据文件管理和波形显示。 波形选择：为循环滑动开关控制按钮控件 ，共有五种位置（正弦波、三角波、方波、脉冲波、任意波） 波形功能操作按钮：有两个命令按钮控件（波形产生和波形清除） 波形参数调节： 此部分是由四个数字控件（幅值、周期、点数和初相 ） 最值显示部分 和波形产生部分 波形数据文件管理：四个命令按钮控件（保存、打印、帮助、退出。）,仪器驱动程序源文件的生成,产生框架代码 ： 添加程序代码、完成控件编程 *.fp 文件的编写 生成可独立运行的*.exe文件,课题总结,归纳了虚拟仪器的技术特点、硬件平台和软件平台。 总结LabWindows/CVI的功能特点、并对其组件及其应用程序设计
11、作了详细的评述。 对IVI仪器驱动程序的外部接口模型、内部设计模型进行了研究，提出了仪器驱动程序的设计原则。 提出了仪器驱动程序的开发方法及设计步骤，设计了独立运行的虚拟波形发生器的软面板及其文件。,课题结论,微电子技术、计算机技术和网络技术的迅猛发展，促使自动测试技术向虚拟仪器技术方向发展，今后它将成为自动测试系统研究的热点。 软件是虚拟仪器的核心思想，虚拟仪器驱动器的设计在虚拟仪器开发中占有重要的意义。 本文设计开发的虚拟波形发生器是一个完备的虚拟仪器驱动程序，符合设计要求。实验测试证明，本课题所设计的波形发生器驱动程序能够可靠地波形的产生、回显、存储、打印、退出，并能驱动硬件产生所要求的
12、波形，同时可对要求产生波形实现幅值、周期、点数、初项的调节。,VXI总线虚拟仪器技术的发展趋势,VXI总线虚拟仪器技术的发展正方兴未艾，其发展趋势如下： 工作频段不断扩展：应用范围包括电子测量领域、微波、毫米波、通讯测量领域等。 MC2技术的发展：MC2技术是指把测量、计算机与通讯三者相结合的技术。VXI总线的虚拟仪器不仅在军事、航空航天显示出巨大优势，还在通讯、铁路、电力、气象、石化、冶金等领域得到越来越多应用。 专家系统在虚拟仪器中的应用：除支持软件的日益丰富和功能日益强大外，还向人工智能专家系统的方向发展。即将优秀测试专家的思维过程固化到测试软件中。 总之，VXI总线虚拟仪器从设计开发到用户使用都具有很多独特的优点。随着全球信息化需求的急剧增加和微电子技术的飞速发展，尤其是计算机通信和网络技术的发展，VXI总线虚拟仪器系统在技术、功能、结构和成本等各方面必将发生更大的变化，在测试领域中占据越来越重要的地位。,
