大学计算机课件第1讲 虚拟仪器绪论

《大学计算机课件第1讲 虚拟仪器绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学计算机课件第1讲 虚拟仪器绪论（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、Labwindows/CVI；Labview 虚拟仪器软件开发工具第1章 虚拟仪器概述 2References 1. 基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计 与应用电子工业出版社 2.2. LabWindows/CVILabWindows/CVI测试技术及工程应用，王测试技术及工程应用，王 建新，化学工业出版社建新，化学工业出版社 3. 虚拟仪器编程语言LabwindowsCvi教程 4. LabWindows/CVI开发入门和进阶北 京航空航天大学出版社 5. 虚拟仪器软件开发环境LabWindows/ CVI 6.0编程指南机械工业出版社第1章 虚拟仪器概述 3Checking1.

2、 平时 20%（出勤、课堂作业） 2. 上机考试40% 3. 期末考试40%第1章 虚拟仪器概述 4讲授内容及时间安排LabWindows LabWindows编程语言概述编程语言概述（2 2学时）学时）常用控件的使用与编程常用控件的使用与编程（4 4学时）学时）基本函数库基本函数库 （6 6学时）学时）信号分析处理库函数信号分析处理库函数 （6 6学时）学时）综合程序设计综合程序设计 （8 8学时）学时） 讲课讲课2 2学时，上机学时，上机2626学时；学时；考试：上机考考试：上机考2 2学时，笔试学时，笔试2 2学时；学时；共计共计3232学时学时教学内容（教学内容（2828学时）学时）第

3、1章 虚拟仪器概述 5上机地点：上机地点：第第1-3,5-91-3,5-9周，周二下午第周，周二下午第4 4大节：大节：3 3教教502502第1-3,5-8周，周五下午第周五下午第4 4大节：大节：3 3教教504504基本上都是上机课，所以不许旷课！基本上都是上机课，所以不许旷课！第1章 虚拟仪器概述 6第1章 虚拟仪器概述本章概述1.1 虚拟仪器的基本概念1.2 虚拟仪器的系统结构 1.3 虚拟仪器的软件系统 1.4 虚拟仪器系统设计及系统集成 1.5 虚拟仪器技术应用及发展 本章总结第1章 虚拟仪器概述 7 1.1.1 虚拟仪器形成的背景 电子测量仪器(Electronic Instr

4、uments)及自动测试系统 (Automatic Test System, ATS)的发展 电子侧量仪器发展至今，大体可分为四代:模拟仪器、分立 元件仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器.1.1 虚拟仪器的概念第1章 虚拟仪器概述 8a. 英国国家物理实验室（NPL）定义（http:/www.npl.co.uk） 虚拟仪器是在通用计算机（如PC机、Mac或工作站）中加上软件和/或硬 件，并使用计算机屏幕提供仪器虚拟界面的可重用测量仪器。 b. NI公司的定义（http:/） 虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组软件和或硬件，使用者在操作 这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用电子仪器。

5、 虚拟仪器是一种软件定义的系统，基于用户需求的软件定义了一般测量 硬件的功能。 c. VXIplug&play规范定义（http:/www.vxipnp.org） 实现传统分立仪器功能的一组软件模块，也包括与其相关或必须的硬件 资源。1.1.2虚拟仪器的基本概念第1章 虚拟仪器概述 9 1.1.2虚拟仪器的基本概念 传统仪器：特定功能和仪器外观。 虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以计 算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核心所 构成的，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面板，以 及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软件来定义 的计算机仪器。 第1章

6、 虚拟仪器概述 10 如：虚拟示波器第1章 虚拟仪器概述 11 虚拟数字电压表 基于虚拟仪器的温度检测与控制第1章 虚拟仪器概述 12“虚拟”主要包含以下两方面的含义。 虚拟的虚拟仪器的面板 虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上 的各种“器件”所完成的功能是相同的。如由各种开关、按键、显示器等实现仪器电源的“ 通”、“断”，被测信号“输入通道”、“放大倍数”等参 数设置，测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。 传统仪器面板上的器件都是实物，而且是用手动 和触摸进行操作的，而虚拟仪器面板控件是外形与 实物相像的图标，通、断、放大等对应着相应的软 件程序。 这些软件已经设计好了，用户不必

7、设计，只需选 用代表该种软件程序的图形控件即可，由计算机的 鼠标来对其进行操作。第1章 虚拟仪器概述 13 设计虚拟面板的过程就是在面板设计窗口中摆放 所需的控件，然后编写相应的程序。大多数初学者可 以利用虚拟仪器的软件开发工具，如 LabWindows/CVI, LabVIEW等编程语言，在短时间内 轻松完成美观而又实用的虚拟仪器前面板的设计。由软件编程来实现的虚拟仪器测量功能 在以PC为核心组成的硬件平台支持下，虚拟仪器 不仅可以通过软件编程设计来实现仪器的测试功能， 而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现 多种测试功能。 因此在硬件平台确定后有“软件就是仪器”的说法 。这也体现了

8、测试技术与计算机技术深层次的结合 第1章 虚拟仪器概述 14虚拟仪器的实质：是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的 控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、 分析和处理，利用I/O接口设备完成信号的采集、测 量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪 器系统。虚拟仪器的出现使测量仪器与个人计算机的界线模糊了第1章 虚拟仪器概述 1.1.3. 虚拟仪器的特点 从虚拟仪器的组成结构上来看： （1）虚拟仪器的硬件是通用的（包括通用计算机硬件平台和通用的测量功能硬件）； （2）良好的人机界面。虚拟仪器的面板（或称软面 板）是虚拟的（通过“控件”虚拟出面

9、板）； （3）功能强。虚拟仪器的功能是由用户软件定义的 。第1章 虚拟仪器概述 （4）虚拟仪器之“虚拟”含义： 虚拟仪器面板； 软件实现仪器功能。如：基于高速数据采集硬件，通 过计算机软件编程可实现“虚拟示波器”、“虚拟频谱 仪”、“虚拟交流数字电压表”、“虚拟频率计”、“虚拟 相位计”等不同仪器。 （5）因此，软件是虚拟仪器的核心，NI 提出“ 软件即仪器”（The software is the instrument）。第1章 虚拟仪器概述 与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点： （1）功能强、性价比高、开放性（可扩充性） 好； 充分利用计算机丰富的软硬资源。 仪器功能可通过软件灵活设计（基于

10、相同的硬件，通 过软件设计可实现不同的虚拟仪器）。 仪器升级方便，性价比高（一机多用）。 基于计算机网络技术，可实现“网络化虚拟仪器”。 （2）操作方便； 通过图形用户界面（GUI）操作虚拟仪器面板。 （3）硬件模块化、系列化； 基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。第1章 虚拟仪器概述 18比较较内容虚拟仪拟仪 器 传统仪传统仪 器系统统构成软软件和通用硬件。软软件是关键键 专专用硬件系统统开发发周期开发时间发时间 短、技术术要求低、系统统 通用性强开发时间长发时间长 、技术术要 求高、系统统功能较较 专专一 开发费发费 用软软件使得开发发和维护费维护费 用降至最 低开发发与维维修开销

11、销高技术术更新周期短（12年）长长（510年）价格价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵贵功能可塑性用户户定义仪义仪 器功能，柔性厂商定义仪义仪 器功能， 刚刚性系统统开放性开放、灵活，与计计算机技术术同步 发发展封闭闭、固定构成复杂杂系统统 能力易与网络络及其他周边设备边设备 互连连功能单单一的独立设备设备人机交互无限的显显示选项选项 、界面友好有限的显显示选项选项虚拟仪器与传统仪器的比较：第1章 虚拟仪器概述 191.2 虚拟仪器的系统结构 1.2.1 虚拟仪器系统组成及各部分基本功能 （1）虚拟仪器的系统构成 硬件和软件两大部分构成。 硬件是基础，软件是核心。第1章 虚拟仪器概述 20 （

12、2）各部分基本功能 虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采集与控制、数 据分析与处理、结果表示与输出三大功能模块。 信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用硬件平台，并 配合仪器驱动程序共同完成，而数据分析与处理、结 果表达与输出则主要由用户应用软件完成。第1章 虚拟仪器概述 21 1.2.2. 虚拟仪器的通用硬件平台 （1）通用硬件平台的基本功能 信号采集（模拟、数字输入）； 信号产生（模拟、数字输出）； 信号调理（信号幅度、频率、驱动、隔离等）； 定时与计数； 大容量数据存储。 实时信号处理。 总线与通信。第1章 虚拟仪器概述 22 （2）通用硬件平台的组成第1章 虚拟仪器概述 23 1.2.3.

13、虚拟仪器通用硬件平台的构成形式 通常为带有某种标准总线接口的各种测试设备（ 分立式或模块式仪器），主要有PC总线的数据采 集模块（PC-DAQ）、GPIB总线仪器、VXI总线 仪器模块、PXI总线仪器模块、RS-232串口、 USB接口仪器等类型，或多种类型的组合。第1章 虚拟仪器概述 24 （1）基于PC总线的虚拟仪器 内置PC总线（如ISA、PCI、PC/104）的通用数据采集 卡 （DAQ，Data AcQuisition）。 （2）基于GPIB通用接口总线的虚拟仪器 国际标准（IEEE488.1和IEEE488.2），技术成熟； 但其数据传输速度一般低于500Kb/s，对测试速度要求

14、很高的场合不太适用。 （3）基于VXl总线的虚拟仪器 具有模块化、系列化、通用化、“即插即用”及VXI仪器 的互换性和互操作性。 但价格相对较高，适合于高端的测试领域。 （4）基于PXI总线的虚拟仪器 兼容PCI总线产品。 集CompactPCI的高性能和VXI可靠性，性价比最好。第1章 虚拟仪器概述 25虚拟仪器的结构示意图 第1章 虚拟仪器概述 26DAQ、 GPIB、VXI和PXI四种标准接口总线或接口标准。1) DAQ(Data AcQuisition)数据采集接口DAQ指的是基于计算机标准总线(如ISA、PCI、PC/104等)的内置功能插卡，它更加充分地利用计算机的资源，大大增加了

15、测试系统的灵活性和扩展性。利用DAQ，可方便快速地组建虚拟仪器，实现“一机多型”和“一机多用”。在性能上，随着A/D转换技术、仪器放大技术、抗混叠滤波技术与信号调理技术的迅速发展，DAQ的采样速率已达到1 Gb/s，精度高达24位，通道数高达64个，并能任意结合数字I/O、模拟I/O、计数器/定时器等通道。 第1章 虚拟仪器概述 27仪器厂家生产了大量的DAQ功能模块可供用户选择，如示波器、数字万用表、串行数据分析仪、动态信号分析仪、任意波形发生器等。在PC机上挂接若干DAQ功能模块，配合相应的软件，就可以构成一台具有若干功能的虚拟仪器，如图1.3所示。DAQ虚拟仪器既具有高档仪器的测量品质，又能满足测量需求的多样性。对大多数用户来说，这种方案不但实用，而且具有很高的性能价格比，是一种特别适合于我国国情的虚拟仪器方案。 第1章 虚拟仪器概述 28图1.3 台式机DAQ虚拟仪器 第1章 虚拟仪器概述 29图1.2 采用GPIB接口总线的虚拟仪器 2) GPIB(General Purpose Interface Bus)接口总线GPIB是计算机和仪器间的标准通信协议，GPIB的硬件 规格和软件协议已纳入国际工业标准IEEE 488.1和IEEE 48