虚拟仪器概述部分设计课件.ppt

虚拟仪器 一、概述 二、虚拟仪器技术新进展及其应用 三、虚拟仪器实验环境介绍(另) 一、概述 1.1、虚拟仪器的演化和发展历程 1.1.1 测量仪器发展阶段框图： 从十九世纪初到二十世纪末，测量仪器经历了模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器等阶段，发展到现在的虚拟仪器。 1.1.2 传统仪器构成特点 传统仪器包括模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器这几个大的方面。 第一代：模拟仪器，这类仪器是以电磁感应基本定律为基础的模拟指针试仪表。如指针式万用表、晶体管电压表等。 第二代：数字式仪表，这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。 第三代：智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动，所以习惯上称为智能仪器。但是它的功能块全部都是以硬件（或固化的软件）形式存在的，无论是在开发还是应用中，都缺乏灵活性。 传统仪器构成特点 一个独立的装置，有一机箱，有操作面板，信号输入输出端，还有开关、旋钮等。检测结果输出的方式有指针式表头、数字式和图形等，可能还有打印输出。 一般由以下三大功能块组成： 信号的采集和控制 信号的分析与处理 结果的表达与输出 功能块全部都是以硬件(或固化的软件)的形式存在。这种框架式的结构，决定了传统的仪表只能由仪器厂家来定义、制造，用户无法改变的现实。 1.1.3 虚拟仪器(Virtual Instrument)的出现 为解决以上各传统仪器出现的问题，总线式仪器与系统应运而生。这也确定了虚拟仪器、自动测试系统乃至整个测试领域的一个重要发展动向。 一般认为，虚拟仪器是在PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。 虚拟仪器的出现 计算机技术和仪器技术结合： 充分利用计算机丰富的软硬件资源，可以较大突破传统仪器在数据处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。还可以把仪器的三大功能全部放在计算机上实现。 在计算机中插入数据采集卡，然后，用软件在屏幕上生成仪器面板，用软件来进行信号处理分析，实现传统仪器的功能，这就是虚拟仪器。 后面详细介绍虚拟仪器的概念以及其特点。 1.2、虚拟仪器的概念和特点 1.2.1 虚拟仪器的概念： 关于虚拟仪器国外专家一般有以下几种说法： （1）虚拟仪器是看起来并在感觉上与物理仪器相同的软件包； （2）虚拟仪器是由计算机、仪器硬件、固件和应用软件组成的测量装置； （3）虚拟仪器通常指利用个人计算机和有关的硬件与（或）软件使之具有传统独立仪器功能的组合。 美国国家仪器公司(National Instruments Cor-poration,NI)这样定义，虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统,是一种计算机操纵的模块化仪器系统。 虚拟仪器主要由通用的计算机资源、应用软件和仪器硬件等构成。使用者利用应用软件将计算机资源和和仪器硬件结合起来,通过友好的图形界面来操作计算机,完成对测试信号的采集、分析、判断、显示和数据处理等功能。 虚拟仪器中的硬件主要用于解决信号的调理、以及输入、输出问题。软件主要用于实现对数据的读取、分析和处理、显示以及对硬件的控制等功能,这些功能在传统电子仪器中往往通过硬件来实现。 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 1.2.2 虚拟仪器的特点 虚拟仪器有以下特点： (1) 虚拟仪器的软件和硬件具有开放性、模块化、互换性以及可重复使用等特点。 (2) 在通用硬件平台搭建后,由软件来实现具体的功能,即软件在虚拟仪器中有重要的作用。 (3) 虚拟仪器的功能是是由用户根据实际需要通过软件来定义的,而不是事先由仪器厂商定义。 (4)虚拟仪器的研制周期较传统仪器大为缩短。 虚拟仪器的特点 (5)虚拟仪器的性价比较高。 (6) 由于虚拟仪器技术是建立在计算机技术和数据采集技术基础上的,因而技术更新较快、成本较低、测试自动化程序较高,而且可与网络及其他设备互联。 (7)虚拟仪器具有友好、灵活的人机界面,传统仪器的界面较呆板。 传统仪器与虚拟仪器比较 传统仪器与虚拟仪器比较 传统仪器实例：数字万用表FLUKE F189 毫伏表V