检测与转换技术 教学课件 ppt 作者 郑骊 主编 霍平 主审第12章 虚拟仪器系统.pptVIP

* 第12章 虚拟仪器系统 12.1概述 12.2虚拟仪器的组成结构 12.3图形化编程语言——LabVIEW简介 12.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例 1986 年美国国家仪器公司（NI）提出了虚拟仪器的概念，标志着一种完全采用新检测理念、新仪器结构、新检测方法、新开发手段的仪器系统的诞生。 通常意义上说，虚拟仪器就是利用I/O 接口设备完成信号的采集、测量与调理，利用计算机软件来实现信号数据的运算、分析和处理，利用计算机显示器来模拟传统仪器控制面板来输出检测结果，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。 虚拟仪器基于计算机总线和模块化仪器总线技术，硬件实现了模块化、系列化，同时利用计算机及软件将多种检测功能集成于一体的方法不仅缩短了检测时间，而且也提高了检测的精度。 12.1概述 12.1.1虚拟仪器用于检测技术的背景 计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及，有力地促进了多年来发展相对缓慢的仪器技术。目前正在研究的第三代自动测试系统中，计算机处于核心地位，计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成了一个有机整体，仪器的结构概念和设计观念等都发生了突破性的变化，这种突破性变化所带来的是新的仪器概念——虚拟仪器VI（Virtual Instrument）。 12.1概述 12.1.2虚拟仪器的基本概念 第一代仪器是模拟式仪器仪表。主要结构是基于电磁机械式机构，其测量结果是依靠指针显示，也称为模拟指示仪表，如模拟万用表、模拟函数发生器、指针式电压表等。 第二代是数字化仪器。将模拟信号转化为数字信号，以数字形式输出与显示出结果。如数字万用表、数字存储示波器、数字电压表等。 第三代是智能仪器。内部有微处理器，可进行自动检测，可以替人脑具有一定的数据处理能力，故称“智能”仪器，其主要功能模块是硬件与固化的软件，对开发和应用仍不灵活。 随着计算机硬件技术、软件技术、总线技术的高速发展，出现了全新概念的第四代仪器——虚拟仪器。 虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合在一起，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。在以PC机为基础的虚拟仪器中，一个典型的虚拟仪器系统包括：计算机、VI软件、数据采集卡、硬件接口、电荷放大器、传感器和连接电缆等。其中，VI软件占主导地位。 12.1概述 12.1.3虚拟仪器的应用前景 自1986 年NI 公司提出了虚拟仪器的概念后，虚拟仪器技术得到了迅速发展，在科研、开发、测量、计量、测控等领域得到了广泛的应用。 由于虚拟仪器的接口具有通用性、开放性，很容易将现有设备仪器联网，实现远程检测与控制，实现大规模自动化，而且仪器资源的充分利用、检测成本的降低，测控系统的功能提高，其应用范围的大大拓展等特点，在将来的发展中定会使其在全球优胜劣汰中脱颖而出。专家分析预测在中国市场将有50%的仪器为虚拟仪器。 12.2虚拟仪器的组成结构 12.2.1虚拟仪器的功能组成 如图12-1所示，虚拟仪器应用程序将可选硬件（如GPIB、VXI、RS232、DAQ板）和软件结合在一起实现仪器模块之间的通信、定时和触发。软件为检测人员构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的软件模块。 12.2虚拟仪器的组成结构 12.2.2虚拟仪器的实现基础 1．虚拟仪器的硬件基础 在虚拟仪器中，插入式数据采集卡（DAQ）是最常用的接口形式之一，其功能是将现场数据采集到计算机中。目前插入式数据采集卡已具有兆赫级的采样速度，精度高达24位，具有可靠性高、功能灵活、性能/价格比高等特点。用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件，便可构成各种数据采集控制仪器/系统，如信号发生器、电路和器件测试仪等。 2．虚拟仪器的软件基础 在虚拟仪器系统中强调“软件构成仪器”的概念，硬件仅仅是为了解决信号的输入与输出，软件才是整个仪器的关键。用户可以根据自己需要定义仪器的功能，通过修改软件的方法很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，并可以方便地同外设、网络及其他应用连接。 虚拟仪器的软件结构主要包括：仪器I/O接口软件、仪器驱动程序和应用软件三部分。 12.3图形化编程语言——LabVIEW简介 12.3