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1、Virtual Instrumentation-Computer Based Instruments虚拟仪器主要内容主要内容 从智能仪器到虚拟仪器从智能仪器到虚拟仪器 虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点 虚拟仪器的体系虚拟仪器的体系 虚拟仪器的硬件虚拟仪器的硬件 虚拟仪器的软件虚拟仪器的软件 虚拟仪器的应用虚拟仪器的应用一、从智能仪器到虚拟仪器一、从智能仪器到虚拟仪器仪器的发展历史仪器的发展历史VXI ChassisDAQ Boardswith RTSIFully Programmable SystemGUIIEEE 488 Rack and Stack SystemAnalog Instrumen
2、tationVirtual Instrumentation微处理器微处理器MPUMPU程序存储器程序存储器（ROMROM）数据存储器数据存储器（ROMROM）I/OI/O接口接口键盘显示接口键盘显示接口标准仪用标准仪用通信接口通信接口 A/DA/D转换器转换器 D/AD/A转换器转换器键盘键盘显示显示外部仪用外部仪用标准总线标准总线信号信号调理调理 模拟模拟执行器执行器通信接口通信接口人机接口人机接口模拟量输入输出模拟量输入输出被测量被测量智能仪器的基本结构智能仪器的基本结构ISA/PCIISA/PCI插卡式仪器插卡式仪器RS232/485RS232/485串行通信串行通信 仪器仪器 打印口打
3、印口并行通信并行通信 仪器仪器 GPIB/GPIB/VXI/PXIVXI/PXI总线仪器总线仪器 计算机计算机 USBUSB串行通信串行通信 仪器仪器 测控对象测控对象INTERNETINTERNET基于计算机的仪器系统基于计算机的仪器系统 虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（National National InstrumentInstrument）在）在19861986年提出的，但其雏形可以追溯到年提出的，但其雏形可以追溯到19811981年年由美国西北仪器系统公司推出的由美国西北仪器系统公司推出的Apple IIApple II为基础的数字存储为
4、基础的数字存储示波器。这种仪器和个人计算机的概念相适应，当时被称为示波器。这种仪器和个人计算机的概念相适应，当时被称为个人仪器。（个人仪器。（Personal InstrumentPersonal Instrument）。）。虚拟仪器概念的提出 1986年，NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabVIEW，标志着虚拟仪器软件设计平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。VI定义虚拟仪器(VI-Virtual Instrumentation)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器
5、一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。与传统仪器一样，如果忽略它的跨网络的位置透明性，它同样划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能模块。插入式插入式DAQDAQ卡卡VXIVXI仪器仪器GPIBGPIB仪器仪器RS232RS232信号处理信号处理统计统计数字滤波数字滤波分析分析网络传输网络传输文件文件I/OI/O硬复制硬复制图形用户接口图形用户接口虚拟仪器功能模块划分虚拟仪器功能模块划分二、虚拟仪器的特点二、虚拟仪器的特点 仪器=A/D+CPU+软件The Software Is Instruments传统仪器传统仪器虚拟仪器虚拟仪器关键是硬件关键是硬件关键是软件
6、关键是软件开发与维护费用高开发与维护费用高开发与维护费用低开发与维护费用低技术更新周期长技术更新周期长技术更新周期短技术更新周期短价格高价格高价格低，并且可重用性与可配置性强价格低，并且可重用性与可配置性强厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能用户定义仪器功能用户定义仪器功能系统封闭、固定系统封闭、固定系统开放、灵活，与计算机的进步同系统开放、灵活，与计算机的进步同不易与其他设备连接不易与其他设备连接容易与其他设备连接容易与其他设备连接VI与传统仪器的比较虚拟仪器的优势：丰富和增强了传统仪器的功能。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理。仪器由用户自己定义。开放的工业标准
7、。虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，使资源的可重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开发费用降低。便于构成复杂的测试系统。可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。可节约仪器购买和维护费用。三、虚拟仪器的体系三、虚拟仪器的体系虚拟仪器典型的体系结构虚拟仪器典型的体系结构 虚拟仪器的分类 按接口总线类型不同划分数据采集卡式数据采集卡式 DAQ DAQ RS232/RS485RS232/RS485虚拟仪器虚拟仪器并行接口虚拟仪器并行接口虚拟仪器USBUSB虚拟仪器虚拟仪器GPIBGPIB虚拟仪器虚拟仪器VXIVXI虚拟仪器虚拟仪器PXIPXI虚拟仪器虚拟
8、仪器IEEE1394IEEE1394接接口口虚虚拟拟仪仪器器四、虚拟仪器的硬件四、虚拟仪器的硬件自行研制的基于自行研制的基于USBUSB总线的数据采集卡总线的数据采集卡自行研制的自行研制的Seed-2000PCISeed-2000PCI总线数据采集卡总线数据采集卡自行研制的自行研制的基于基于USB的信号发生卡及的信号发生卡及LCRLCR测试仪测试仪自行研制的嵌入式自行研制的嵌入式TCP/IPTCP/IP模块模块NINI的的PCI-GPIBPCI-GPIB卡卡操操 作作 系系 统统：DOS,OS,Windows2000/9x/NTWindows2000/9x/NT最大最大I/0I/0速度：速度：
9、1.5 Mbytes/s 1.5 Mbytes/s（IEEE488.1)IEEE488.1)7.7 Mbytes/s7.7 Mbytes/s (HS488)(HS488)尺寸：尺寸：133x107 mm133x107 mmGPIBGPIB产品示例产品示例屏蔽的屏蔽的2424芯芯GPIBcableGPIBcable及定义及定义NINI的的DAQDAQ及及VXIVXI产品示例产品示例PXIPXI产品产品MXIMXIGPIBGPIBVXI or VMEStand-aloneStand-alone Instrument InstrumentPXI SystemPXI SystemModulesModu
10、lesModulesModulesCompactPCIPXIModulesLinktoOtherStandardsPXIModulesLinktoOtherStandardsMXI-3MXI-3五、虚拟仪器的软件五、虚拟仪器的软件用用LabVIEWLabVIEW开发的虚拟仪器的软面板示例开发的虚拟仪器的软面板示例 虚拟数字示波器的软面板虚拟数字示波器的软面板虚拟仪器软件分层结构虚拟仪器软件分层结构软件平台软件平台LabVIEWLabVIEW 美国的美国的NINI（National InstrumentNational Instrument）公司开发。公司开发。LabSceneLabScene
11、吉林大学智能仪器与测控技术研究所研制开发。吉林大学智能仪器与测控技术研究所研制开发。其他：其他：LabWindowsLabWindows，V VEE EE 等等 基于图形的程序 每一个前面板都有一个框图程序与之相对应，它用每一个前面板都有一个框图程序与之相对应，它用G G语言编写，由节点语言编写，由节点(Node)(Node)、端口和数据连线端口和数据连线(Wire)(Wire)组成。组成。节点：类似硬件中的芯片，执行某些功能的单元，它有四类：功能函数、结构、节点：类似硬件中的芯片，执行某些功能的单元，它有四类：功能函数、结构、代码及文本接口节点代码及文本接口节点(CIN)(CIN)、子、子V
12、I(SubVIVI(SubVI)。端口：类似硬件中的管脚，是数据在前后面板、节点之间传递的通道。有两类端端口：类似硬件中的管脚，是数据在前后面板、节点之间传递的通道。有两类端口：控制和指示端口、节点端口。口：控制和指示端口、节点端口。数据连线：它是数据端口之间的数据通道，在线中数据是单向树状流动。数据连线：它是数据端口之间的数据通道，在线中数据是单向树状流动。LabVIEWLabVIEW和和LabWindowsLabWindows/CVI/CVI详详 细细 教教 程程 可可 以以 到到或或 下载下载六、虚拟仪器的应用六、虚拟仪器的应用虚拟仪器技术应用领域虚拟仪器技术应用领域航空航空航天航天教学教学核工业核工业军工军工通信测试通信测试铁道铁道.虚拟仪器的实际应用虚拟仪器的实际应用 you for yourattention!