课程设计实验报告-基于labview的虚拟仪器技术_精品.doc

基于LabVIEW的虚拟仪器技术 【实验目的】 1、了解虚拟仪器技术的基本概念； 2、熟悉并掌握LabView7.1软件的开发环境及基本使用方法； 3、学习编写基于USB接口的虚拟数据采集器的方法。 【仪器设备】 计算机1台（运行Windows操作系统，并已安装了LabView7.1软件），NIUSB6008多通道 数据采集器1只，便携式数字万用表1只，示波器1台，函数信号发生器1台，1.5V电池1只， 钟表用一字螺丝批1把，导线若干。 【安全注意事项】 1、在整个实验过程中，NIUSB6008多通道数据采集器的任何一个模拟信号输入端口 的输入电压的峰值不能大于10V，而数字信号端口的输入输出电压峰值不能大于5.8V，否 则会造成损坏。该设备价值近两千元，在使用前请认真阅读说明书。 2、在“D:\学生实验数据\物理系2004级”中相应的专业目录下以“学号姓名”（例如：三）为名创建一个子目录，实验过程中编制的所有程序都保存在该目录下，以 便教师批改实验报告时检查。 【原理概述】 测控仪器已经经历了模拟（指针）式仪器、数字式仪器、智能化仪器等三个阶段，现在 的重要发展方向是虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）技术。为了便于与VI区分，我们 称前三种仪器为传统仪器。目前实验室中使用的各种能脱离计算机“独立”使用的仪器， 如数字万用表、函数信号发生器、示波器等都属于传统仪器。此类仪器在使用过程存在几 个明显的缺点： （1）一台传统仪器只能实现较单一的功能，扩展性、互换性、升级性较差。如数字万用表不能作为函数信号发生器使用，数字电桥不能作为示波器使用一样。科研工作者和工程师在实际工作过程中若要完成某种稍微复杂一些的测试任务，往往需要购买示波器、 数字万用表、频谱分析仪、函数信号发生器、多通道数据采集器等多种设备，成本高昂。而 且这些仪器还相对独立，绝大多数无法升级。随着测量任务的改变，往往需要购买性能更 强的同类仪器，甚至是其它种类的仪器。 （2）在需要自动测量和控制的情况下，特别是需要自行开发专用的测控系统时，通常 都需要编制控制程序。在虚拟仪器技术出现以前，这些工作大部分是用汇编、C或BASIC 等顺序执行的文本编程语言来完成的。对于一些涉及多台仪器的较大型测试系统，或是 功能越来越复杂的数字化、智能化仪器，其控制程序少则数千行，多则数万行甚至更多， 开发过程非常困难，费时费力。 随着个人计算机的出现，将计算机与测控仪器紧密结合在一起的虚拟仪器技术很好 地克服了传统仪器的上述缺陷。计算机和仪器的结合是目前仪器发展的一个重要方向， 这种结合大概有两种方式。一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的 仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。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。虚拟仪器主要是指这种方式。 1、虚拟仪器技术简介 所谓虚拟仪器是指基于计算机的测控平台，它可以代替传统的测控仪器，如示波器、 逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成于自动控制、工业控制系统；可自由构建 成专有仪器系统。如图1所示，一台完整实用的虚拟仪器主要由三个部分组成：虚拟仪器 平台、开发软件、模块化I/O硬件。 （1）虚拟仪器平台是虚拟仪器的核心，其运行着虚拟仪器开发软件，控制着整台虚拟 仪器的工作。该平台可以是我们平时使用的台式计算机、笔记本计算机、PDA，也可以是 NI公司生产的专用PXI平台等。 （2）虚拟仪器开发软件可实现对各种模块化I/ O设备的控制。目前应用最广、发展最 快、功能最强的虚拟仪器开发软件当属美国国家仪器（National Instruments，简称NI）公司 生产LabVIEW。 （3）模块化I/O硬件是指通过PCI、PXI、PCMCIA、USB、1394、GPIB等各种接口与虚 拟仪器平台连接，以实现各种测控功能的硬件设备。例如类似于插在计算机内部插槽上 的PXI模块化仪器，通过USB口连接的多功能数据采集器等。这些硬件大多是完成一些最 基本的物理量的测控，通过这些基础硬件的不同组合，就可以实现多种测控仪器的功能。 由于这些仪器本身都没有面板，其控制和显示都通过计算机屏幕上出现的“虚拟面板”来 完成，而不是传统意义上的一台“独立”的仪器，因此称为虚拟仪器。 （1）虚拟仪器平台 （2）虚拟仪器开发软件 （3）模块化I/ O硬件 （4）被测控系统 图1 虚拟仪器主要结构 虚拟仪器将计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的测控能力结合起来，大大缩小 了仪器硬件的成本和体积，并能随着计算机技术的发展而不断升级。因此，广义来说，任 何利用计算上由软件实现的“虚拟面板”来控制和操作的仪器，都可以称为虚拟仪器。但 需要保持清醒的是，VI虽有许多传统仪器不可替代的优点，但任何技