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1、第1页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第2页第第1 1章章 虚拟仪器概述虚拟仪器概述1.1 1.1 虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念1.2 1.2 虚拟仪器的形成和发展虚拟仪器的形成和发展 1.3 1.3 虚拟仪器的系统结构虚拟仪器的系统结构 1.4 1.4 虚拟仪器的软件系统虚拟仪器的软件系统 1.5 1.5 虚拟仪器技术应用虚拟仪器技术应用 第3页1.1 虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念u1. 1. 虚拟仪器的定义虚拟仪器的定义虚拟仪器的定义虚拟仪器的定义传统仪器：特定功能和仪器外观。传统仪器：特定功能和仪器外观。传统仪器：特定功能和仪器外观。传统仪器：特定功能和仪器外观。第4页虚拟仪器虚
2、拟仪器第5页虚拟仪器虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）是一种以计算机和测是一种以计算机和测是一种以计算机和测是一种以计算机和测试模块的试模块的试模块的试模块的硬件为基础硬件为基础硬件为基础硬件为基础、以计算机以计算机以计算机以计算机软件为核心软件为核心软件为核心软件为核心所所所所构成的，并且在计算机构成的，并且在计算机构成的，并且在计算机构成的，并且在计算机屏幕上显示虚拟的仪器屏幕上显示虚拟的仪器屏幕上显示虚拟的仪器屏幕上显示虚拟的仪器面板，可由用户软件来面板，可由用户软件来面板，可由用户软件来面板，可由用户软件来定义仪器功能的仪器。定义仪器功能的仪器。定义仪器功
3、能的仪器。定义仪器功能的仪器。 第6页虚拟数字电压表虚拟数字电压表虚拟数字电压表虚拟数字电压表基于虚拟仪器的基于虚拟仪器的基于虚拟仪器的基于虚拟仪器的 温度检测与控制温度检测与控制温度检测与控制温度检测与控制第7页uu2. 2. 虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点从虚拟仪器的组成结构上来看：从虚拟仪器的组成结构上来看：从虚拟仪器的组成结构上来看：从虚拟仪器的组成结构上来看：（1 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）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）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）虚拟仪器的硬件是通用的（包括通
4、用计算机硬件平台和通用的测量功能硬件）；的测量功能硬件）；的测量功能硬件）；的测量功能硬件）；（2 2）虚拟仪器的面板是虚拟的）虚拟仪器的面板是虚拟的）虚拟仪器的面板是虚拟的）虚拟仪器的面板是虚拟的（3 3）虚拟仪器的功能是由用户软件定义的。）虚拟仪器的功能是由用户软件定义的。）虚拟仪器的功能是由用户软件定义的。）虚拟仪器的功能是由用户软件定义的。测量仪器的三个基本功能第8页与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点：与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点：与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点：与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点：（1 1）功能强、性价比高、开放性（可扩充性）好；）功能强、性价比高、开放性（可扩充性
5、）好；）功能强、性价比高、开放性（可扩充性）好；）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。充分利用计算机丰富的软硬资源。充分利用计算机丰富的软硬资源。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（基于相同的硬件，通过软件仪器功能可通过软件灵活设计（基于相同的硬件，通过软件仪器功能可通过软件灵活设计（基于相同的硬件，通过软件仪器功能可通过软件灵活设计（基于相同的硬件，通过软件设计可实现不同的虚拟仪器）。设计可实现不同的虚拟仪器）。设计可实现不同的虚拟仪器）。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）。仪器升级方便，性价比高（一机多用）
6、。仪器升级方便，性价比高（一机多用）。仪器升级方便，性价比高（一机多用）。基于计算机网络技术，可实现基于计算机网络技术，可实现基于计算机网络技术，可实现基于计算机网络技术，可实现“ “网络化虚拟仪器网络化虚拟仪器网络化虚拟仪器网络化虚拟仪器” ”。（2 2）操作方便；）操作方便；）操作方便；）操作方便；通过图形用户界面（通过图形用户界面（通过图形用户界面（通过图形用户界面（GUIGUI）操作虚拟仪器面板，人机交互好。）操作虚拟仪器面板，人机交互好。）操作虚拟仪器面板，人机交互好。）操作虚拟仪器面板，人机交互好。（3 3）硬件模块化、系列化；）硬件模块化、系列化；）硬件模块化、系列化；）硬件模块
7、化、系列化；基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。第9页1.2 虚拟仪器的形成和发展虚拟仪器的形成和发展u1.2.1. 1.2.1. 虚拟仪器形成的背景虚拟仪器形成的背景虚拟仪器形成的背景虚拟仪器形成的背景 测试技术及仪器的发展历程示意图测试技术及仪器的发展历程示意图测试技术及仪器的发展历程示意图测试技术及仪器的发展历程示意图第10页1.2.2 1.2.2 虚拟仪器的提出虚拟仪器的提出虚拟仪器的提出虚拟仪器的提出uu19861986年，年，年，年，美国国家仪
8、器公司（美国国家仪器公司（美国国家仪器公司（美国国家仪器公司（National Instrument NINational Instrument NI）提出了虚拟仪器（提出了虚拟仪器（提出了虚拟仪器（提出了虚拟仪器（Virtual InstrumentationVirtual Instrumentation）的概念）的概念）的概念）的概念 , ,同同同同年年年年1010月正式发布月正式发布月正式发布月正式发布图形化编程的图形化编程的图形化编程的图形化编程的虚拟仪器设计软件虚拟仪器设计软件虚拟仪器设计软件虚拟仪器设计软件LabVIEWLabVIEW。uu9090年代虚拟仪器的概念在世界范内得到广
9、泛的认同和应用，年代虚拟仪器的概念在世界范内得到广泛的认同和应用，年代虚拟仪器的概念在世界范内得到广泛的认同和应用，年代虚拟仪器的概念在世界范内得到广泛的认同和应用，许多公司相继推出了基于许多公司相继推出了基于许多公司相继推出了基于许多公司相继推出了基于GPIBGPIB总线、总线、总线、总线、PC-DAQPC-DAQ（Data Data AcquisitionAcquisition）和）和）和）和VXIVXI总线等多种虚拟仪器系统。总线等多种虚拟仪器系统。总线等多种虚拟仪器系统。总线等多种虚拟仪器系统。uu虚拟仪器技术至今经历了虚拟仪器技术至今经历了虚拟仪器技术至今经历了虚拟仪器技术至今经历了
10、2020余年的快速发展。余年的快速发展。余年的快速发展。余年的快速发展。第11页1.2.3 虚拟仪器的发展虚拟仪器的发展u（1 1）新的总线技术的应用）新的总线技术的应用）新的总线技术的应用）新的总线技术的应用 总线的能力直接影响虚拟仪器系统的总体性能。总线的能力直接影响虚拟仪器系统的总体性能。总线的能力直接影响虚拟仪器系统的总体性能。总线的能力直接影响虚拟仪器系统的总体性能。 u（2 2）模块化、集成化是硬件发展的主流）模块化、集成化是硬件发展的主流）模块化、集成化是硬件发展的主流）模块化、集成化是硬件发展的主流 系统体积减小、速度提高。系统体积减小、速度提高。系统体积减小、速度提高。系统体
11、积减小、速度提高。 u（3 3）软件技术）软件技术）软件技术）软件技术 软件标准化不断完善，软件开发环境及工具的提升。软件标准化不断完善，软件开发环境及工具的提升。软件标准化不断完善，软件开发环境及工具的提升。软件标准化不断完善，软件开发环境及工具的提升。u（4 4）网络化仪器系统）网络化仪器系统）网络化仪器系统）网络化仪器系统 通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、监控和诊断。监控和诊断。监控和诊断。监控和诊断。第12页1.3 虚拟仪器的系
12、统结构虚拟仪器的系统结构u1. 1. 虚拟仪器系统组成及各部分基本功能虚拟仪器系统组成及各部分基本功能虚拟仪器系统组成及各部分基本功能虚拟仪器系统组成及各部分基本功能（1 1）虚拟仪器的系统构成）虚拟仪器的系统构成）虚拟仪器的系统构成）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。硬件和软件两大部分构成，硬件是基础，软件是核心。硬件和软件两大部分构成，硬件是基础，软件是核心。硬件和软件两大部分构成，硬件是基础，软件是核心。第13页（2 2）各部分基本功能）各部分基本功能）各部分基本功能）各部分基本功能虚拟仪器的内部功能，划分为信号采集与控制、数据虚拟仪器的内部功能，划分为信
13、号采集与控制、数据虚拟仪器的内部功能，划分为信号采集与控制、数据虚拟仪器的内部功能，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。分析与处理、结果表示与输出三大功能模块。分析与处理、结果表示与输出三大功能模块。分析与处理、结果表示与输出三大功能模块。 信号采集与产生功能主要由虚拟仪器的通用硬件平台，信号采集与产生功能主要由虚拟仪器的通用硬件平台，信号采集与产生功能主要由虚拟仪器的通用硬件平台，信号采集与产生功能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、结果并配合仪器驱动程序共同完成，而数据分析与处理、结果并配合仪器驱动程序共同完成，而数据分
14、析与处理、结果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。表达与输出则主要由用户应用软件完成。表达与输出则主要由用户应用软件完成。表达与输出则主要由用户应用软件完成。 第14页uu2. 2. 通用硬件平台通用硬件平台通用硬件平台通用硬件平台通用硬件平台的基本功能模块：通用硬件平台的基本功能模块：通用硬件平台的基本功能模块：通用硬件平台的基本功能模块：（1 1）高速数据采集模块）高速数据采集模块）高速数据采集模块）高速数据采集模块 高速数据采集模块将被测的模拟信号转换为计算机可以识别的数高速数据采集模块将被测的模拟信号转换为计算机可以识别的数高速数据采集
15、模块将被测的模拟信号转换为计算机可以识别的数高速数据采集模块将被测的模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号，即数字化功能，其核心器件是字信号，即数字化功能，其核心器件是字信号，即数字化功能，其核心器件是字信号，即数字化功能，其核心器件是A/DA/D转换器，它是模拟信号过转换器，它是模拟信号过转换器，它是模拟信号过转换器，它是模拟信号过渡到数字信号的桥梁。渡到数字信号的桥梁。渡到数字信号的桥梁。渡到数字信号的桥梁。A/DA/D转换器的主要指标包括：采集速率、分辨转换器的主要指标包括：采集速率、分辨转换器的主要指标包括：采集速率、分辨转换器的主要指标包括：采集速率、分辨率、输入动态范围、采集通道数
16、量、建立时间等。率、输入动态范围、采集通道数量、建立时间等。率、输入动态范围、采集通道数量、建立时间等。率、输入动态范围、采集通道数量、建立时间等。（2 2）信号前端调理模块）信号前端调理模块）信号前端调理模块）信号前端调理模块 输入信号的动态范围受到输入信号的动态范围受到输入信号的动态范围受到输入信号的动态范围受到A/DA/D转换器特性的限制。信号前端调理转换器特性的限制。信号前端调理转换器特性的限制。信号前端调理转换器特性的限制。信号前端调理模块的作用就是将外部输入信号加以调节，向高速数据采集模块提供模块的作用就是将外部输入信号加以调节，向高速数据采集模块提供模块的作用就是将外部输入信号加
17、以调节，向高速数据采集模块提供模块的作用就是将外部输入信号加以调节，向高速数据采集模块提供符合要求的信号。调理模块可对信号进行隔离、衰减、放大、滤波等。符合要求的信号。调理模块可对信号进行隔离、衰减、放大、滤波等。符合要求的信号。调理模块可对信号进行隔离、衰减、放大、滤波等。符合要求的信号。调理模块可对信号进行隔离、衰减、放大、滤波等。信号前端调理模块将输入信号与信号前端调理模块将输入信号与信号前端调理模块将输入信号与信号前端调理模块将输入信号与A/DA/D转换器隔离，抗共模干扰，以保转换器隔离，抗共模干扰，以保转换器隔离，抗共模干扰，以保转换器隔离，抗共模干扰，以保证安全；对小信号进行放大，
18、提高分辨率；低通滤波器滤出被测信号证安全；对小信号进行放大，提高分辨率；低通滤波器滤出被测信号证安全；对小信号进行放大，提高分辨率；低通滤波器滤出被测信号证安全；对小信号进行放大，提高分辨率；低通滤波器滤出被测信号中不需要的高频成分，防止中不需要的高频成分，防止中不需要的高频成分，防止中不需要的高频成分，防止A/DA/D转换中出现混叠现象，并降低噪声，转换中出现混叠现象，并降低噪声，转换中出现混叠现象，并降低噪声，转换中出现混叠现象，并降低噪声，抗串模干扰，提高测量精确度。广义的信号调理还包括频率变换、阻抗串模干扰，提高测量精确度。广义的信号调理还包括频率变换、阻抗串模干扰，提高测量精确度。广
19、义的信号调理还包括频率变换、阻抗串模干扰，提高测量精确度。广义的信号调理还包括频率变换、阻抗变换、波形变换、参量变换等。抗变换、波形变换、参量变换等。抗变换、波形变换、参量变换等。抗变换、波形变换、参量变换等。 第15页（3 3）模拟信号产生模块）模拟信号产生模块）模拟信号产生模块）模拟信号产生模块 当仪器要向外提供测试激励信号时，需要提供一个模拟信号产生设备，当仪器要向外提供测试激励信号时，需要提供一个模拟信号产生设备，当仪器要向外提供测试激励信号时，需要提供一个模拟信号产生设备，当仪器要向外提供测试激励信号时，需要提供一个模拟信号产生设备，其核心器件是其核心器件是其核心器件是其核心器件是D
20、/AD/A转换器。转换器。转换器。转换器。D/AD/A转换器把计算机软件产生的波形数据转换转换器把计算机软件产生的波形数据转换转换器把计算机软件产生的波形数据转换转换器把计算机软件产生的波形数据转换成波形信号。成波形信号。成波形信号。成波形信号。D/AD/A转换器输出的信号也需进行信号调理，如输出信号的滤转换器输出的信号也需进行信号调理，如输出信号的滤转换器输出的信号也需进行信号调理，如输出信号的滤转换器输出的信号也需进行信号调理，如输出信号的滤波、放大、衰减等，以便输出用户所需的波形和幅值的信号。波、放大、衰减等，以便输出用户所需的波形和幅值的信号。波、放大、衰减等，以便输出用户所需的波形和
21、幅值的信号。波、放大、衰减等，以便输出用户所需的波形和幅值的信号。（4 4）大容量存储器阵列模块）大容量存储器阵列模块）大容量存储器阵列模块）大容量存储器阵列模块 在对高速信号进行测试时，当采集模块的采集速率很快，产生的数在对高速信号进行测试时，当采集模块的采集速率很快，产生的数在对高速信号进行测试时，当采集模块的采集速率很快，产生的数在对高速信号进行测试时，当采集模块的采集速率很快，产生的数据量巨大时，而又不能将数据实时地传递给计算机，或者计算机来不及据量巨大时，而又不能将数据实时地传递给计算机，或者计算机来不及据量巨大时，而又不能将数据实时地传递给计算机，或者计算机来不及据量巨大时，而又不
22、能将数据实时地传递给计算机，或者计算机来不及进行实时处理，此时就需要将测试数据暂时保存在快速大容量存储器阵进行实时处理，此时就需要将测试数据暂时保存在快速大容量存储器阵进行实时处理，此时就需要将测试数据暂时保存在快速大容量存储器阵进行实时处理，此时就需要将测试数据暂时保存在快速大容量存储器阵列模块中，然后用适当的速率传送给计算机，再进行后处理。列模块中，然后用适当的速率传送给计算机，再进行后处理。列模块中，然后用适当的速率传送给计算机，再进行后处理。列模块中，然后用适当的速率传送给计算机，再进行后处理。（5 5）数字信号输入）数字信号输入）数字信号输入）数字信号输入/ /输出模块输出模块输出模
23、块输出模块 数字信号输入数字信号输入数字信号输入数字信号输入/ /输出模块常常用于过程控制的场合，它通常提供输出模块常常用于过程控制的场合，它通常提供输出模块常常用于过程控制的场合，它通常提供输出模块常常用于过程控制的场合，它通常提供TTLTTL电平的数字逻辑信号。由于数字信号输入电平的数字逻辑信号。由于数字信号输入电平的数字逻辑信号。由于数字信号输入电平的数字逻辑信号。由于数字信号输入/ /输出模块一般提供的是低电平输出模块一般提供的是低电平输出模块一般提供的是低电平输出模块一般提供的是低电平和小电流，当使用该模块的和小电流，当使用该模块的和小电流，当使用该模块的和小电流，当使用该模块的TT
24、LTTL数字数字数字数字I/OI/O端口去监视与控制工业系统中的端口去监视与控制工业系统中的端口去监视与控制工业系统中的端口去监视与控制工业系统中的高电压、大电流设备时，需要增加适当的数字驱动或隔离模块，将高电压、大电流设备时，需要增加适当的数字驱动或隔离模块，将高电压、大电流设备时，需要增加适当的数字驱动或隔离模块，将高电压、大电流设备时，需要增加适当的数字驱动或隔离模块，将TTLTTL信号转换为功率信号。信号转换为功率信号。信号转换为功率信号。信号转换为功率信号。第16页通用硬件平台的组成通用硬件平台的组成通用硬件平台的组成通用硬件平台的组成第17页3 3、 虚拟仪器通用硬件平台的构成形式
25、虚拟仪器通用硬件平台的构成形式虚拟仪器通用硬件平台的构成形式虚拟仪器通用硬件平台的构成形式主要有主要有主要有主要有PCPC总线的数据采集模块（总线的数据采集模块（总线的数据采集模块（总线的数据采集模块（PC-DAQPC-DAQ）、）、）、）、GPIBGPIB总总总总线仪器、线仪器、线仪器、线仪器、VXIVXI总线仪器模块、总线仪器模块、总线仪器模块、总线仪器模块、PXIPXI总线仪器模块、总线仪器模块、总线仪器模块、总线仪器模块、RS-RS-232232串口、串口、串口、串口、USBUSB接口仪器等类型，或多种类型的组合。接口仪器等类型，或多种类型的组合。接口仪器等类型，或多种类型的组合。接口
26、仪器等类型，或多种类型的组合。第18页（1 1）基于）基于）基于）基于PCPC总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器数据采集卡数据采集卡数据采集卡数据采集卡DAQDAQ插入插入插入插入PCPC内置总线内置总线内置总线内置总线 。PCPC总线总线总线总线(ISA(ISA、PCIPCI等等等等) )的虚拟仪器测试系统在灵活性、易用的虚拟仪器测试系统在灵活性、易用的虚拟仪器测试系统在灵活性、易用的虚拟仪器测试系统在灵活性、易用性和低价格等方面具有优势。性和低价格等方面具有优势。性和低价格等方面具有优势。性和低价格等方面具有优势。 NINI的的PCI-DAQPCI-DAQ产品示例产品
27、示例第19页（2 2）基于）基于）基于）基于GPIBGPIB通用接口总线的虚拟仪器通用接口总线的虚拟仪器通用接口总线的虚拟仪器通用接口总线的虚拟仪器 构造简单，技术成熟；充分利用了现有分立式仪器构造简单，技术成熟；充分利用了现有分立式仪器构造简单，技术成熟；充分利用了现有分立式仪器构造简单，技术成熟；充分利用了现有分立式仪器的测量功能，与计算机共同组成一个系统，但其数的测量功能，与计算机共同组成一个系统，但其数的测量功能，与计算机共同组成一个系统，但其数的测量功能，与计算机共同组成一个系统，但其数据传输速度一般低于据传输速度一般低于据传输速度一般低于据传输速度一般低于500Kb/s500Kb/
28、s，不适合对系统速度，不适合对系统速度，不适合对系统速度，不适合对系统速度要求较高的应用领域。要求较高的应用领域。要求较高的应用领域。要求较高的应用领域。 NINI的的PCI-GPIBPCI-GPIB卡卡第20页（3 3）基于）基于）基于）基于VXlVXl总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器 具有模块化、系列化、通用化及具有模块化、系列化、通用化及具有模块化、系列化、通用化及具有模块化、系列化、通用化及VXIVXI仪器的互换性和互仪器的互换性和互仪器的互换性和互仪器的互换性和互操作性。操作性。操作性。操作性。价格相对较高，适合于高端的测试领域。价格相对较高，适合于高端的测试
29、领域。价格相对较高，适合于高端的测试领域。价格相对较高，适合于高端的测试领域。VXI产品示例产品示例第21页（4 4）基于）基于）基于）基于PXIPXI总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器性价比介于性价比介于性价比介于性价比介于PCIPCI总线和总线和总线和总线和VXIVXI总线之间，是构建测试总线之间，是构建测试总线之间，是构建测试总线之间，是构建测试平台性价比最好的总线。平台性价比最好的总线。平台性价比最好的总线。平台性价比最好的总线。第22页1.4 虚拟仪器的软件系统虚拟仪器的软件系统u1. 1. 虚拟仪器的软件结构虚拟仪器的软件结构虚拟仪器的软件结构虚拟仪器的软件结
30、构虚拟仪器系统的软件结构包括虚拟仪器系统的软件结构包括虚拟仪器系统的软件结构包括虚拟仪器系统的软件结构包括I/OI/O接口软件、仪器驱接口软件、仪器驱接口软件、仪器驱接口软件、仪器驱动程序和应用软件三部分。动程序和应用软件三部分。动程序和应用软件三部分。动程序和应用软件三部分。虚拟仪器软件结构框架第23页（1 1）I/OI/O接口软件（接口软件（接口软件（接口软件（VISAVISA库）库）库）库） 存在于仪器设备（即存在于仪器设备（即存在于仪器设备（即存在于仪器设备（即I/OI/O接口设备）与仪器驱动接口设备）与仪器驱动接口设备）与仪器驱动接口设备）与仪器驱动程序之间，是一个完成对仪器寄存器进
31、行直接存取程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的传递的传递的传递的底层软件底层软件底层软件底层软件。（2 2）仪器驱动程序）仪器驱动程序）仪器驱动程序）仪器驱动程序 是应用程序与底层是应用程序与底层是应用程序与底层是应用程序与底层I/OI/O接口仪器的纽带和桥梁。接口仪器的纽带和桥梁。接口仪器的纽带和桥梁。接口仪器的纽带和
32、桥梁。是完成对某一特定仪器（模块）的控制的软件程序是完成对某一特定仪器（模块）的控制的软件程序是完成对某一特定仪器（模块）的控制的软件程序是完成对某一特定仪器（模块）的控制的软件程序集合。集合。集合。集合。（3 3）应用软件）应用软件）应用软件）应用软件 直接面对用户操作，要求直观、友好的操作界直接面对用户操作，要求直观、友好的操作界直接面对用户操作，要求直观、友好的操作界直接面对用户操作，要求直观、友好的操作界面、完成数据分析与处理，显示和存储等。面、完成数据分析与处理，显示和存储等。面、完成数据分析与处理，显示和存储等。面、完成数据分析与处理，显示和存储等。第24页2. 2. 虚拟仪器的软
33、件开发环境虚拟仪器的软件开发环境虚拟仪器的软件开发环境虚拟仪器的软件开发环境 （1）通用的可视化软件编程环境）通用的可视化软件编程环境MicrosoftMicrosoft公司的公司的公司的公司的Visual C+Visual C+和和和和Visual BasicVisual Basic、InpriseInprise公司的公司的公司的公司的DelphiDelphi和和和和C+ BuilderC+ Builder等。等。等。等。（2 2）专用于虚拟仪器开发的软件编程环境）专用于虚拟仪器开发的软件编程环境）专用于虚拟仪器开发的软件编程环境）专用于虚拟仪器开发的软件编程环境图形化编程（图形化编程（图形
34、化编程（图形化编程（GG语言）环境：语言）环境：语言）环境：语言）环境：Agilent VEEAgilent VEE、NI NI LabVIEWLabVIEW；文本编程环境：文本编程环境：文本编程环境：文本编程环境：NI LabWindows/CVINI LabWindows/CVI。其中，其中，其中，其中，LabVIEWLabVIEW是目前最流行、应用最广、发展是目前最流行、应用最广、发展是目前最流行、应用最广、发展是目前最流行、应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件。最快、功能最强的图形化软件。最快、功能最强的图形化软件。最快、功能最强的图形化软件。非常适于仪器、测非常适于仪器、测非常适
35、于仪器、测非常适于仪器、测量与控制领域的虚拟仪器软件开发。量与控制领域的虚拟仪器软件开发。量与控制领域的虚拟仪器软件开发。量与控制领域的虚拟仪器软件开发。第25页虚拟仪器系统设计及系统集成虚拟仪器系统设计及系统集成u1. 1. 虚拟仪器系虚拟仪器系虚拟仪器系虚拟仪器系统的设计过程统的设计过程统的设计过程统的设计过程主要包括测主要包括测主要包括测主要包括测试需求分析、试需求分析、试需求分析、试需求分析、系统总体方系统总体方系统总体方系统总体方案设计、系案设计、系案设计、系案设计、系统硬件设计、统硬件设计、统硬件设计、统硬件设计、系统软件设系统软件设系统软件设系统软件设计、系统集计、系统集计、系统
36、集计、系统集成及系统调成及系统调成及系统调成及系统调试等。试等。试等。试等。第26页u（1 1）测试需求分析）测试需求分析）测试需求分析）测试需求分析分析被测参数的形式（电量还是非电量、数字量还是分析被测参数的形式（电量还是非电量、数字量还是分析被测参数的形式（电量还是非电量、数字量还是分析被测参数的形式（电量还是非电量、数字量还是模拟量）、范围（幅度、频率）和数量（通道数），模拟量）、范围（幅度、频率）和数量（通道数），模拟量）、范围（幅度、频率）和数量（通道数），模拟量）、范围（幅度、频率）和数量（通道数），激励信号的形式和范围要求；激励信号的形式和范围要求；激励信号的形式和范围要求；激励
37、信号的形式和范围要求；性能指标（测量精度、速度）要求；性能指标（测量精度、速度）要求；性能指标（测量精度、速度）要求；性能指标（测量精度、速度）要求；功能（用户接口界面、数据分析与处理、存储与显示、功能（用户接口界面、数据分析与处理、存储与显示、功能（用户接口界面、数据分析与处理、存储与显示、功能（用户接口界面、数据分析与处理、存储与显示、外部通信接口等）要求。外部通信接口等）要求。外部通信接口等）要求。外部通信接口等）要求。u（2 2）系统总体方案设计）系统总体方案设计）系统总体方案设计）系统总体方案设计根据测试任务要求，确定测试方法；根据测试任务要求，确定测试方法；根据测试任务要求，确定测
38、试方法；根据测试任务要求，确定测试方法；系统组成结构设计。系统组成结构设计。系统组成结构设计。系统组成结构设计。u（3 3）系统硬件设计）系统硬件设计）系统硬件设计）系统硬件设计自制或购买；自制或购买；自制或购买；自制或购买；硬件系统集成。硬件系统集成。硬件系统集成。硬件系统集成。第27页u（4 4）系统软件设计）系统软件设计）系统软件设计）系统软件设计选择软件开发环境；选择软件开发环境；选择软件开发环境；选择软件开发环境；底层驱动设计；底层驱动设计；底层驱动设计；底层驱动设计；上层应用软件设计（用户界面设计、测量数据分析与上层应用软件设计（用户界面设计、测量数据分析与上层应用软件设计（用户界
39、面设计、测量数据分析与上层应用软件设计（用户界面设计、测量数据分析与处理、算法设计、测量结果表达）。处理、算法设计、测量结果表达）。处理、算法设计、测量结果表达）。处理、算法设计、测量结果表达）。u（5 5）软硬件集成与调试）软硬件集成与调试）软硬件集成与调试）软硬件集成与调试功能测试；功能测试；功能测试；功能测试；指标测试；指标测试；指标测试；指标测试；系统优化。系统优化。系统优化。系统优化。第28页1.5 虚拟仪器技术应用虚拟仪器技术应用u1. 1. 应用广泛应用广泛应用广泛应用广泛从军事到民用；从军事到民用；从军事到民用；从军事到民用；特别是仪器、测量与控制、自动化等领域。特别是仪器、测
40、量与控制、自动化等领域。特别是仪器、测量与控制、自动化等领域。特别是仪器、测量与控制、自动化等领域。测试测测试测量量量量工工工工业业自自自自动动化化化化声学声学声学声学测试测试设备测试设备测试工工工工业业自自自自动动化化化化食品加工食品加工食品加工食品加工汽汽汽汽车测试车测试生物医学研究生物医学研究生物医学研究生物医学研究控制工程控制工程控制工程控制工程机器机器机器机器视觉视觉 计计量校准量校准量校准量校准电电子与非子与非子与非子与非电电子子子子测试测试石油和天然气工程石油和天然气工程石油和天然气工程石油和天然气工程制制制制药药生生生生产产光光光光纤纤校准校准校准校准光学度量和光学度量和光学度
41、量和光学度量和测测定定定定工工工工业业机器人机器人机器人机器人过过程自程自程自程自动动化化化化研研研研发调试发调试半半半半导导体体体体测试测试SCADASCADASCADASCADA统计统计流程控制流程控制流程控制流程控制通信通信通信通信测试测试振振振振动测试动测试晶片晶片晶片晶片传传送手臂送手臂送手臂送手臂机械制造机械制造机械制造机械制造第29页u参考文献参考文献参考文献参考文献11张重雄虚拟仪器技术分析与设计北京：电子工业出版张重雄虚拟仪器技术分析与设计北京：电子工业出版张重雄虚拟仪器技术分析与设计北京：电子工业出版张重雄虚拟仪器技术分析与设计北京：电子工业出版社社社社 2 NI2 NI公
42、司网站：公司网站：公司网站：公司网站：33邓炎、王磊等编著，邓炎、王磊等编著，邓炎、王磊等编著，邓炎、王磊等编著，LabVIEW 7.1LabVIEW 7.1测试技术与仪器应用测试技术与仪器应用测试技术与仪器应用测试技术与仪器应用，机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社 44侯国平、王坤、叶齐鑫编著，侯国平、王坤、叶齐鑫编著，侯国平、王坤、叶齐鑫编著，侯国平、王坤、叶齐鑫编著，LabVIEW 7.1LabVIEW 7.1编程与虚拟编程与虚拟编程与虚拟编程与虚拟仪器设计，清华大学出版社。仪器设计，清华大学出版社。仪器设计，清华大学出版社。仪器设计，清华大学出版社。 5 5 古天祥、王厚军等，电子测量原理，机械工业出版社，古天祥、王厚军等，电子测量原理，机械工业出版社，古天祥、王厚军等，电子测量原理，机械工业出版社，古天祥、王厚军等，电子测量原理，机械工业出版社， 66袁渊、古军、古天祥、习友宝等著，虚拟仪器基础教程袁渊、古军、古天祥、习友宝等著，虚拟仪器基础教程袁渊、古军、古天祥、习友宝等著，虚拟仪器基础教程袁渊、古军、古天祥、习友宝等著，虚拟仪器基础教程，电子科技大学出版社，电子科技大学出版社，电子科技大学出版社，电子科技大学出版社，
