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1、自动化测试与控制研究所自动化测试与控制研究所虚拟仪器技术虚拟仪器技术 Technique of Virtual InstrumentsTechnique of Virtual Instruments乔立岩乔立岩http:/ Email: Email: MSN: MSN: Tel: 86413532/33 ext. 526Tel: 86413532/33 ext. 526Office: Office: 科学园科学园2A2A栋栋526526*12/34Contentsw虚拟仪器概述（4学时） w虚拟仪器软件开发环境 LabWindows/CVI（16学时） w仪器驱动程序设计（4学时） w实验
2、（6学时）Date3/34Backgroundsw计算机基础wC语言w数字信号处理w自动测试系统Date4/34Referencesw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wLabWindows/CVI开发入门和进阶北 京航空航天大学出版社w虚拟仪器技术概论电子工业出版社wVXI总线即插即用规范哈尔滨工业大 学出版社Date5/34Arrangementn机房授课安排：地点：G501时间：第四九周的周一，78节n实验安排地点：电机楼4楼时间：10.14下午Date6/34Checkingw平时 30%（出勤、课堂报告）w上机 60%（三次，每次20%）
3、w期末总结10%Date7/34Date8/34第一讲 虚拟仪器概述w虚拟仪器的产生 a.传统仪器满足不了测试需求现代测控不仅仅要求单台仪器进行测量，要求多 台仪器数据共享，测试结果实时分析处理；仪器越来越复杂，仪器硬件存在冗余，使用率低 ，对使用者的要求提高 b.计算机技术的进步为新型仪器提供了基础电子技术和计算机技术的进步改变了传统的设计 思想，许多过去由硬件实现的功能可以由软件实现；专业化的设计软件为高效、易用的仪器软件开发 提供了工具Date9/342. 虚拟仪器的概念a. 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、Ma
4、c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 。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 nVirtual Instrument Software Architecture (VISA)Interchangeable Virtual Instruments (IVI)A Broad-Based Environment for Test (ABB
5、ET) IEEE1226早期的仪器命令标准：Standard Commands for Programmable Instrument (SCPI)IEEE488.2Date23/345. 虚拟仪器的组成按照虚拟仪器的组成划分，它可以分为计 算机、应用软件和仪器硬件三个部分。计算机：提供虚拟仪器通用平台，数据存 储，显示等仪器硬件：获取被测信号，产生激励信号 等应用软件：控制数据采集、控制、分析、 处理和显示等，是虚拟仪器的关键Date24/34按照虚拟仪器的功能划分，可以分为数据采集数据分析结果表达虚拟仪器的内部功能划分Date25/346. 虚拟仪器的分类可以按应用领域分类，也可以按测量功
6、能分类，最常用 是按总线接口类型划分：插卡式（DAQ）虚拟仪器串行口（RS232/422）虚拟仪器USB接口虚拟仪器IEEE1394虚拟仪器GPIB虚拟仪器VXI虚拟仪器PXI虚拟仪器LXI虚拟仪器 Date26/347. 虚拟仪器的结构Date27/348.虚拟仪器使用通用计算机的资源和开发环境a. 计算机资源：标准I/O硬件（如串行口，PCI/ISA扩展槽 或其它硬件标准）用户界面，特别是图形用户界面（GUI）通用软件执行平台，如操作系统和各种动 态连接库和其它计算机和设备连网，用于分布式测 控互联网，为用户提供远程测量和监控功能Date28/34b.软件开发环境：通用软件开发环境，包括各
7、种版本的 C/C+（包括Visual C+、Borland C+ Builder等），Visual Basic，Delphi，Java ，Visual S等测控专用软件开发环境，LabVIEW、 LabWindows/CVI、Agilent VEE等其它测控软件工具（如NI公司的 ComponentWorks、HIQ、SPC Toolkit、 SQL Toolkit等，Agilent公司的T&M Programmers Toolkit等，以及其他厂商的 ActiveX控件等）Date29/349. 与传统仪器比较 项项目目传统仪传统仪 器器虚虚拟仪拟仪 器器 仪器定义仪器厂商用户 中心环节硬件
8、是关键软件是关键 功能设定仪器的功能、规模 均已固定系统功能和规模可通过软 件修 改和增减 开放性封闭的系统，与其 它设备连 接受限基于计算机的开放系统，可方 便地同外设、网络及其它设备 连接 性能/价格比价格昂贵价格低，可重复使用 技术更新慢（510年）快（12年） 开发维护费 用开发维护费 用高软件结构可大大节省开发和维 护费 用 应用情况多为实验 室拥有个人可以拥有一个实验 室Date30/3410. 虚拟仪器的特点（1）用户定义仪器功能 （2）软件是关键 （3）测试精度高、功能强大 （4）开放式系统 （5）价格低、技术更新快 （6）便于组件自动测试系统Date31/3411. 虚拟仪器
9、设计的关键（1）虚拟仪器软硬件标准的研究 （2）硬件接口的设计 （3）仪器驱动程序和应用软件设计 （4）设计过程中使用货架产品（COTS） 提高设计效率 Date32/3412. 虚拟仪器的发展趋势（1）和计算机的结合更加紧密，集成化程度更高 （2）仪器接口更加灵活，新型总线接口应用-USB 等 （3）网络化趋势-LXI （4）组件化趋势-硬件和软件 （5）合成仪器将大量出现Date33/34术语缩写VI Virtual Instrument 虚拟仪器GPIB General Purpose Interface Bus 通用接口总线 (1972) VXI VME eXtensions for
10、Instrumentation VME在仪器的扩 展(1987) PXI PCI eXtensions for Instrumentation PCI在仪器的扩展 (1997) LXI LAN eXtensions for Instrumentation 网络在仪器的扩展(2005)SCPI Standard Commands for Programmable Instruments程控仪器标准命 令(1990) VPP VXI Plug&Play VXI即插即用 (1993) VISA Virtual Instrument Software Architecture 虚拟仪器软件结 构(1993) IVI Interchangeable Virtual Instruments 可互换虚拟仪器(1998)DAQ Data Acquire 数据采集 GUI Graphical User Interface 图形用户界面 IDE Integrated Development Environment 集成开发环境 API Application Programming Interface 应用编程接口Date
