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虚拟仪器概述 河南科技大学电信学院自动化 林青松 2011年12月 内容 一、虚拟仪器概述 二、LabVIEW简介 一、虚拟仪器概述 仪器的发展历史 虚拟仪器定义 虚拟仪器的构成元素 与传统仪器比较 体系结构 三大组成 硬件构成方案 四大优势 硬件性能 应用领域 软件开发平台 NI公司的虚拟仪器产品 仪器的发展历史 第一代仪器：模拟仪器：如指针式万用表，它们的基本特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。 第二代仪器：数字化仪器：数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。 第三代仪器：智能仪器：智能仪器内置微处理器，能进行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动。 第四代仪器：虚拟仪器：虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。 以前的计量方法 重量：杆秤 长度：尺子、步 体积：斗、石 时间：沙漏、一柱香 第一代仪器：模拟仪器 第一代仪器：模拟仪器 电压表头 第一代仪器：模拟仪器 日本健伍VT-181E毫伏表 第二代仪器：数字化仪器 第二代仪器：数字化仪器 FLUKE F111数字电压表 第三代仪器：智能仪器 第三代仪器：智能仪器 第四代仪器：虚拟仪器 仪器技术革命 第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引起的，使仪器形态进入了数字化仪器时代； 第二次仪器革命是由于微处理器的大量应用引起的，使仪器形态进入了智能仪器时代； 第三次仪器革命，由通用计算机软硬件技术的进步引起，使仪器形态进入第四个时期： 虚拟仪器时代。 什么是虚拟仪器？ 传统仪器把所有软件和测量电路封装在一起利用仪器前面板为用户提供一组有限的功能。 虚拟仪器系统提供的则是完成测量或控制任务所需的所有软件和硬件设备，功能完全由用户自定义。 每一个虚拟仪器系统都由两部分组成——软件和硬件。 虚拟仪器的定义 虚拟仪器是一种概念仪器，迄今为止，业界还没有一个明确的国际标准和定义。 所谓的虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。 “虚拟”的含义 虚拟的仪器面板 由软件实现仪器的测量功能（软件就是仪器） 。 软件即是仪器 这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。 从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I／O部件来构建虚拟仪器。 虚拟仪器的核心－－软件算法代替硬件电路； 虚拟仪器=总线模块＋算法 仪器的构成元素 传统仪器实例 传统仪器实例 数字万用表FLUKE F189 信号发生器泰克AFG3022 噪声信号发生器NC6103 毫伏表VT-181E 数字示波器DPO4034 电源 朝阳+24V、-24V 传统仪器-操作台面板 传统仪器-内部结构 传统仪器-内部结构 信号调理电路 虚拟仪器实例 虚拟仪器实例 一体化工作站AWS-8248 虚拟仪器—数据采集卡PCI-6259 调理机箱前面板 虚拟仪器—调理电路 调理电路—底板+插板 虚拟仪器—开关切换（自研） 电路图 虚拟仪器—功能实现 虚拟仪器—界面 调试现场 虚拟仪器—基于计算机的仪器 虚拟仪器技术的三大组成部分 1．高效的软件软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块，可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。NI公司——LabVIEW 。 2．模块化的I/O硬件 使用PCI、 PXI、PCMCIA、USB、1394总线，产品种类从数据采集、信号条理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯 3．被测单元 虚拟仪器技术的三大组成部分 虚拟仪器的硬件构成 虚拟仪器的硬件构成方案 (1)基于数据采集的虚拟仪器系统 ：借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW(或LabWindows/CVI)，将模拟、数字信号采集到计算机进行分析、处理、显示等，并可通过输出实现反馈控制。 (2)基于通用接口总线GPIB接口的仪器系统 ：利用GPIB (General Purpose Interface Bus)技术，由计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，排除人为因素造成的测试测量误差。 (3)利用VXI总线仪器实现虚拟仪器系统 ：VXI(VMEbus Extension for Instrumentation)总线是一种高速计算机总线VME在仪器领域的扩展。由于其标准开放、传输速率高、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块化设计、结构紧凑、使用方便灵活，已越来越受到重视。它便于组织大规模、集成化系统，是仪器发展的一个方向。