第4章虚拟仪器概要.ppt

第4章 虚拟仪器 虚拟仪器（Virtual Instrument，VI）是计算机技术同仪器技术有机结合产生的全新概念的仪器，是仪器领域内的一次革命。 虚拟仪器经过10多年的发展，已逐渐成为热门技术，并迅速引起全世界的普遍关注和重视。 主要内容 4.1 虚拟仪器基础 4.2 虚拟仪器开发工具及方法 4.3 虚拟仪器应用 4.1 虚拟仪器基础 4.1.1 模拟仪器的发展历程 虚拟仪器发展从1986年诞生到现在，经历了三个不同的时期： 利用计算机增强传统仪器功能 构成开发式仪器 构建虚拟仪器框架 第一时期 由于GPIB总线标准的确立，计算机和外界通信成为可能，用户使用计算机控制仪器并进行数据处理。用户可以利用计算机软件来增强仪器的功能，使仪器能够分析和处理特定的数据，并显示结果。实际上．只需要把传统仪器通过GPIB或RS-232同计算机连接起来，这些新增的功能就能充分发挥作用。因而用户可以将大量独立的仪器同计算机相连形成用户自己设计的虚拟仪器。 第二时期 为了满足虚拟仪器市场不断增长的需求，仪器硬件产生了两大技术进步： 一、插入式计算机数据处理卡（Plug-in PC DAQ）； 二、VXI仪器总线标准的确立。 此外，用计算机构建虚拟仪器的平台，许多特殊功能件A/D，D／A，数字I／O，时间I／O组件都是模块化的功能块，能够直接插在仪器上与仪器内部的处理器总线相连。而虚拟仪器的功能软件以文件形式储存于硬盘和软盘上，可以被安装在任何计算机上。 第三时期 给定具有运算能力的计算机和必要的仪器硬件之后，构造和使用虚拟仪器的关键就在于软件。因此，人们意识到虚拟仪器软件框架才是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键。为此，美国国家仪器公司提出了“软件即仪器”的口号。 用户可以把I／O接口软件当成独立的程序使用，在设计自己的程序时，可以自由选择语言和操作系统。美国国家仪器公司（NI）的LabVIEW和LabWindows／CVI是两种很好的虚拟仪器软件开发平台。 4 .1.2 虚拟仪器的构成 虚拟仪器是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的。 虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机和功能模块硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面来操作这台计算机，完成对被测量的采集、分析。判断、显示、数据存储等。 虚拟仪器划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能块。 虚拟仪器的内部功能划分图 虚拟仪器构成基本框图 虚拟仪器技术中的关键技术 虚拟仪器技术中的关键技术是数据采集和分析处理软件。分析处理软件将用不同方法获取的数据，归并成相同的数据组来实现不同类型的仪器。 例如，通过标定和数据点的显示，虚拟仪器可作为一台简易的存储示波器；而对捕获的数据进行FFT变换，则又可成为一台频谱分析仪。 虚拟仪器的构成方式 4.1.3 虚拟仪器的特点1-3 ①在通用虚拟仪器硬件平台确立后；决定仪器功能的是软件而非硬件。 ②仪器功能及二次开发是由用户根据需要由软件来定义及实现，而不是事先由厂家定义好了的，这自然更灵活，功能也更强，更能满足用户不断变化的需要。 ③VI的性能价格比高，能同时对多个参数进行实时高效的测量和处理。 ④软件是虚拟仪器的核心，而信号分析和处理是软件的核心。 特点5-8 ⑤在虚拟仪器中，信号的传送和数据处理都是靠数字信号或软件来实现的，大大降低了环境干扰和系统误差的影响。 ⑥由计算机的显示器取代了传统仪器的前面板，能够通过友好的图形显示界面显示更丰富多彩的内容。 ⑦虚拟仪器的灵活、开放、可与计算机同步发展的优势，使得虚拟仪器技术更新周期更短。 ⑧虚拟仪器具有和其他设备或系统互连的能力，如和VXI或现场总线等的接口能力，和Internet的连接能力，决定了虚拟仪器具有更广阔的应用领域。 4．2 虚拟仪器开发工具及方法 NI公司提供了两种（LabWindows／CVI,LabVIEW）比较好的虚拟仪器开发环境和工具，它们把所有必要的硬、软件组合成一个单一的集成开发环境，并带有高级的特定仪器驱动程序、数据分析和显示工具。这两种开发工具又各有侧重，LabWindows／CVI更适合于那些习惯于用C／C++或BASIC进行程序设计的用户，而LabVIEW则更适合于偏好图形化设计而不是传统的文本式编程的用户。 LabWindows／CVI LabWindows／CVI（C for Virtual Instrumentation）是面向仪器与测控过程的交互式 C／C＋十开发平台，它是一个用C语言构建仪器系统的交互式软件开发环境，可以模块化方式对C语言进行编辑、编译。连接和调试。 LabWindows／CVI软件把C语言的有力与柔性同虚拟仪器的软件工具库结合起来，包含了GPIB，RS－232，VXI总线，数据采集