虚拟仪器技术2-软件标准.ppt

1.1 虚拟仪器的基本概念 1. 虚拟仪器的定义 传统仪器：特定功能和仪器外观。 虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软件来定义的计算机仪器。 如：虚拟示波器 虚拟数字电压表 基于虚拟仪器的 温度检测与控制 2. 虚拟仪器的特点 从虚拟仪器的组成结构上来看： （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的测量功能硬件）； （2）良好的人机界面。虚拟仪器的面板（或称软面板）是虚拟的（通过“控件”虚拟出面板）； （3）功能强。虚拟仪器的功能是由用户软件定义的。 （4）虚拟仪器之“虚拟”含义： 虚拟仪器面板； 软件实现仪器功能。如：基于高速数据采集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚拟示波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟交流数字电压表”、“虚拟频率计”、“虚拟相位计”等不同仪器。 （5）因此，软件是虚拟仪器的核心，NI 提出“软件即仪器”（The software is the instrument）。 与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点： （1）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。 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）。 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“网络化虚拟仪器”。 （2）操作方便； 通过图形用户界面（GUI）操作虚拟仪器面板。 （3）硬件模块化、系列化； 基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。 1.2 虚拟仪器的形成和发展 1. 虚拟仪器形成的背景 （1）电子测量仪器(Electronic Instruments)及自动测试系统(Automatic Test System, ATS)的发展 （2）仪器与自动测试系统总线技术 总线（bus）：信号或信息传输的公共路径。 片内总线：微处理器芯片内连接内部各逻辑单元； 片间总线：元件级总线（如典型的微机“三总线结构”）。还有串行总线，如：Motorola的SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围接口）、Philips的I2C（Inter IC bus，片间总线）、NS的MicroWire（串行同步双工通信接口）等。 内总线：板级总线。如个人计算机的PC/XT、PC/AT、ISA、EISA、MCA、PCI，及工业控制的STD、VME、CompatPCI，仪器与测量系统的CAMAC、VXI、PXI等。 外总线：外部通信总线。如RS-232/485、USB、IEEE1394、EPP、SCSI；现场总线CAN、LONworks、FF；仪器与测量系统的GPIB、CAMAC、HP-IL、MXI等。 通过总线技术，可实现： 模块化硬件设计； 标准化； 便于生产、维护（维修）、升级； 较好的经济性。 仪器与自动测试系统几种常用总线的比较 摘自：Evaluating PXI and VXI Platforms for your Measurement and Automation Needs，NI （2）虚拟仪器是技术发展的结果 计算机技术、软件技术、总线技术、网络技术、微电子技术的发展，及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，使新测试理论、测试方法、测试技术不断出现，仪器与系统的结构不断推陈出新，电子测量仪器及自动测试系统的结构也发生了质的变化，功能与性能得到不断提高。 计算机（PC机）处于核心地位，计算机软件技术和仪器与测试系统更紧密结合成了一个有机整体。 在上述的背景下，提出了全新概念的仪器——虚拟仪器。 1986年，美国国家仪器公司（NI, National Instrument）提出了虚拟仪器（Virtual Instrumentation）的概念。 1990年代，虚拟仪器得到业界广泛认可和应用，相继推出了基于GPIB总线（General Purpose Interface Bus）、PC-DAQ（Data Acquisition）和VXI总线（VMEbus eXtension for Instrumentation，1987年）、PXI总线（PCI eXtension for Instrumentation，1997年）等多种虚拟仪器系统。 虚拟仪器软件采用面向对象和可视化编程技术。 底层驱动和上层应用软件融为一体。 虚拟仪器软件的标准化： VPP（VXI即插即用，VXIplugplay，1993年） 和VISA（Virtual Instrument Software Architecture, 虚