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1、虚拟仪器概述第1页，此课件共34页哦使用教材：使用教材：虚拟仪器技术分析与设计虚拟仪器技术分析与设计编著 张重雄电子工业出版社电子工业出版社参考书籍：参考书籍：虚拟仪器技术概论虚拟仪器技术概论 编著编著 杨乐平杨乐平 电子工业出版社电子工业出版社LabVIEWLabVIEW程序设计与应用程序设计与应用 编著编著 杨乐平杨乐平 电子工业出版社电子工业出版社第2页，此课件共34页哦1 11 1 概述概述1.电子测量仪器的发展VXI ChassisDAQ Boardswith RTSIGUIIEEE488RackandStackSystemAnalogInstrumentationVirtualin
2、sIn InstrumentationFullyProgrammableSystem第3页，此课件共34页哦电子测量仪器发展至今，大体可分为四代：电子测量仪器发展至今，大体可分为四代：第一代第一代 模拟仪器模拟仪器 第三代第三代 智能仪器智能仪器第二代第二代 数字化仪器数字化仪器第四代第四代 虚拟仪器虚拟仪器第4页，此课件共34页哦 计算机和仪器的密切计算机和仪器的密切结合结合是目前仪器发展的是目前仪器发展的一个重要方向：一个重要方向：一种是将一种是将计算机装入仪器计算机装入仪器，其典型的例子就是所，其典型的例子就是所谓谓智能化的仪器智能化的仪器。另一种是将另一种是将仪器装入计算机仪器装入计算
3、机。以通用的计算机硬。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。如：件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。如：虚拟仪器。虚拟仪器。第5页，此课件共34页哦 美国国家仪器公司美国国家仪器公司(NationalInstrumentsCorp.(NationalInstrumentsCorp.简简称称NI)NI)于于19861986年提出。年提出。概念：概念：虚拟仪器是指在以虚拟仪器是指在以通用计算机通用计算机为核心的硬件为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具有平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟的操作面虚拟的操作面板板，测试功能由，测试功能由测试软件测试软件来实现的一种计算机仪器来
4、实现的一种计算机仪器系统。系统。第6页，此课件共34页哦（1 1）虚拟仪器面板；）虚拟仪器面板；（2 2）由软件编程来实现仪器的功能。）由软件编程来实现仪器的功能。第7页，此课件共34页哦特别指出：特别指出：虚拟仪器实质上是一种创新的仪器设计虚拟仪器实质上是一种创新的仪器设计思想，而非一种具体的仪器。思想，而非一种具体的仪器。SOFTWAREISINSTRUMENT第8页，此课件共34页哦1 1、基于数据采集卡的虚拟仪器、基于数据采集卡的虚拟仪器第9页，此课件共34页哦工作原理：工作原理：通过数据采集卡将要测量的信号或数据采集通过数据采集卡将要测量的信号或数据采集并传给计算机，然后由控制软件进
5、行分析处理，并传给计算机，然后由控制软件进行分析处理，传给用户；同时，虚拟平台通过人机界面获取用传给用户；同时，虚拟平台通过人机界面获取用户指令，再通过数据采集卡传给被控对象。户指令，再通过数据采集卡传给被控对象。第10页，此课件共34页哦2、基于、基于GPIB方式的虚拟仪器方式的虚拟仪器GPIBInterfaceGPIB电缆电缆DMM第11页，此课件共34页哦 GPIB(General Purpose Interface Bus)GPIB(General Purpose Interface Bus)是由是由HPHP公司于公司于19781978年制定的总线标准，是传统年制定的总线标准，是传统测
6、试仪器在数字接口方面的延伸和扩展测试仪器在数字接口方面的延伸和扩展 第12页，此课件共34页哦3 3、基于、基于VXI总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器 主控主控计算机计算机CPU 仪器仪器1 仪器仪器2 RAM仪器仪器3单单CPU系统系统第13页，此课件共34页哦 虚拟仪器技术中最引人注目的应用是基于虚拟仪器技术中最引人注目的应用是基于VXI总线（总线（VMEbusExtensionforInstrumentation）平台技术的自动测试仪器系统。）平台技术的自动测试仪器系统。由于由于VXI总线具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐总线具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步准确、模块
7、可重复利用、众多能力强、定时和同步准确、模块可重复利用、众多厂家支持等优点得到广泛应用。厂家支持等优点得到广泛应用。第14页，此课件共34页哦4 4、基于、基于PXI总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器第15页，此课件共34页哦PXI（PCIeXtensionsforInstrumentation）总总线线是是NI公公司司在在1997年年9月月1日日推推出出的的全全新新的的开开放放性性、模模块块化化仪仪器器总总线线规规范范。它它以以CompactPCI为为基基础础，是是PCI总线面向仪器领域的扩展。总线面向仪器领域的扩展。第16页，此课件共34页哦5、基于、基于LXI总线方式的虚拟仪器总线方式
8、的虚拟仪器第17页，此课件共34页哦2004年年9月，月，VXI科技公司和安捷伦公司共科技公司和安捷伦公司共同推出一种适用于自动测试系统的新一代基于局域同推出一种适用于自动测试系统的新一代基于局域网（网（LAN）的模块化测量仪器接口标准）的模块化测量仪器接口标准LXI（LAN-basedeXtensionsforInstrumentation），即），即LAN的仪器扩展的仪器扩展。第18页，此课件共34页哦一组成：一组成：应用软件仪器功能应用软件仪器功能 应用软件虚拟面板应用软件虚拟面板仪器驱动器软件仪器驱动器软件输入输入/输出接口软件输出接口软件通用计算机通用计算机外围硬件设备外围硬件设备软
9、件软件硬件硬件被测系统被测系统用户用户图图1-1虚拟仪器的系统构成虚拟仪器的系统构成第19页，此课件共34页哦1硬件（虚拟仪器工作的基础）硬件（虚拟仪器工作的基础）通用计算机：通用计算机：笔记本电脑笔记本电脑、台式计算机台式计算机或或工工作站作站等。等。外围硬件设备：外围硬件设备：可以选择可以选择GPIB系统、系统、VXI系系统、统、PXI系统、数据采集或其它系统。也可以系统、数据采集或其它系统。也可以选择两种或两种以上构成混合系统选择两种或两种以上构成混合系统第20页，此课件共34页哦第21页，此课件共34页哦 硬件的主要功能：硬件的主要功能：是获取真实世界中的被测是获取真实世界中的被测信号
10、。信号。(采集、传输、存储处理和输入采集、传输、存储处理和输入/输出等输出等)按照测控功能硬件的不同，按照测控功能硬件的不同，VI可分为可分为GPIB、VXI、PXI、DAQ和和LXI等等标准体系结构。标准体系结构。第22页，此课件共34页哦2软件（软件（虚拟仪器技术最核心的思想虚拟仪器技术最核心的思想）第23页，此课件共34页哦输入输入/输出接口软件（输出接口软件（VISA）：）：对仪器内存储单元对仪器内存储单元进行直接读取数据、为仪器驱动器提供信息传递进行直接读取数据、为仪器驱动器提供信息传递的底层软件。的底层软件。仪器驱动器仪器驱动器：仪器驱动程序是连接上层应用软仪器驱动程序是连接上层应
11、用软件和低层件和低层I/OI/O软件的纽带和桥梁。仪器生产厂家软件的纽带和桥梁。仪器生产厂家在提供仪器模块的同时提供仪器驱动程序在提供仪器模块的同时提供仪器驱动程序第24页，此课件共34页哦应用软件应用软件：一般是在仪器硬件厂商提供的一般是在仪器硬件厂商提供的I/O接接口软件口软件仪器驱动程序基础上进行应用软件开发。仪器驱动程序基础上进行应用软件开发。任务：利用计算机强大的图形功能实现虚拟仪器任务：利用计算机强大的图形功能实现虚拟仪器面板，给用户提供操作仪器、显示数据的人机接面板，给用户提供操作仪器、显示数据的人机接口，以及数据采集、分析处理、显示和存储等。口，以及数据采集、分析处理、显示和存
12、储等。分为：实现仪器功能（数据分析处理软件）分为：实现仪器功能（数据分析处理软件）、实现虚拟面板实现虚拟面板(仪器面板控制软件仪器面板控制软件)第25页，此课件共34页哦虚拟仪器应用软件的编写虚拟仪器应用软件的编写，大致可分为两种方式，大致可分为两种方式通用编程软件：通用编程软件：主要有主要有Microsoft公司的公司的VisualBasic与与VisualC+、Borland公司的公司的Delphi、Sybase公司的公司的PowerBuilder；专业图形化编程软件：专业图形化编程软件：如如HP公司的公司的VEE、NI公司的公司的LabVIEW和和Labwindows/CVI等。等。软件
13、的功能：软件的功能：实现数据采集、分析、处理、显示，并实现数据采集、分析、处理、显示，并将其集成为一起操作与运行的命令环境。将其集成为一起操作与运行的命令环境。第26页，此课件共34页哦按照构成虚拟仪器的接口总线接口总线不同分为：数据采集插卡式（数据采集插卡式（DAQDAQ）、IEEE1394IEEE1394、RS232/RS422RS232/RS422、并行接口、并行接口、USBUSB、GPIBGPIB、VXIVXI、PXIPXI、LXILXI。第27页，此课件共34页哦一特点一特点丰富和增强了传统仪器的功能丰富和增强了传统仪器的功能。突出突出“软件即仪器软件即仪器”的概念。的概念。仪器由用
14、户自己定义仪器由用户自己定义。开放的工业标准开放的工业标准。便于构成复杂的测试系统便于构成复杂的测试系统。第28页，此课件共34页哦1、仪器的构成元素、仪器的构成元素传统仪器传统仪器硬件硬件(电子线路电子线路)硬件硬件(显示器与旋钮显示器与旋钮)数据采集数据采集信号处理信号处理结结果果表表达达与与仪器控制仪器控制虚拟仪器虚拟仪器硬件硬件(电子线路电子线路)硬件硬件(电子线路电子线路)计算机软件计算机软件(算法算法)计算机硬件计算机硬件 (显示器与虚拟按钮显示器与虚拟按钮)计算机系统资源计算机系统资源第29页，此课件共34页哦2VI与传统仪器的比较与传统仪器的比较VIVI传统仪器传统仪器软件使得
15、开发和维护费用降低软件使得开发和维护费用降低开发与维护开销高开发与维护开销高技术更新周期短（技术更新周期短（12年）年）技术更新周期长（技术更新周期长（510年）年）关键是软件关键是软件关键是硬件关键是硬件价格低、可复用与可重配置性强价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵价格昂贵用户定义仪器功能用户定义仪器功能厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，可与计算机技术保开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展持同步发展封闭、固定封闭、固定与网络及其它周边设备方便互联与网络及其它周边设备方便互联的面向应用的仪器系统的面向应用的仪器系统功能单一、互联有限的独立设备功能单一、互联有限的独立设备第30页，
16、此课件共34页哦二、虚拟仪器的应用二、虚拟仪器的应用第31页，此课件共34页哦自从自从NINI于于19861986年提出虚拟仪器的概念至今，虚拟仪器的年提出虚拟仪器的概念至今，虚拟仪器的发展大约可分为三个阶段：发展大约可分为三个阶段：第一阶段：利用计算机增强仪器的功能第一阶段：利用计算机增强仪器的功能 利用利用GPIBGPIB总线和总线和RS-232RS-232总线同计算机连接起来，用户总线同计算机连接起来，用户就可以用计算机控制仪器。就可以用计算机控制仪器。第二阶段：开放式的仪器结构第二阶段：开放式的仪器结构 一是插入式计算机数据处理卡；二是一是插入式计算机数据处理卡；二是VXIVXI仪器总
17、仪器总线标准的确立线标准的确立第三阶段：虚拟仪器框架得到广泛认同和采用第三阶段：虚拟仪器框架得到广泛认同和采用 几个虚拟仪器平台已经得到认可几个虚拟仪器平台已经得到认可,并逐渐成为虚拟并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具仪器行业的标准工具第32页，此课件共34页哦SUMMARY虚拟仪器是这样的一种仪器系统：在用虚拟仪器是这样的一种仪器系统：在用户需要某种测试功能时，可由用户自己户需要某种测试功能时，可由用户自己通过计算机平台利用图形软件对测量模通过计算机平台利用图形软件对测量模块进行分层组合，以生成所需要的测试块进行分层组合，以生成所需要的测试功能。功能。第33页，此课件共34页哦习习 题：题：1、什么是虚拟仪器？虚拟仪器有什么特什么是虚拟仪器？虚拟仪器有什么特点？点？2、简述虚拟仪器的结构和组成方式。、简述虚拟仪器的结构和组成方式。3、软件在虚拟仪器中有什么作用？、软件在虚拟仪器中有什么作用？第34页，此课件共34页哦