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虚拟仪器技术
VirtualInstrumentation-
ComputerBasedInstruments
林君lin_jun@
吉林大学仪器科学与电气工程学院
第九章智能仪器的新发展
1.从智能仪器到虚拟仪器
2.虚拟仪器的定义
3.虚拟仪器的分类
4.虚拟仪器的特点
5.虚拟仪器的应用
6.国内外虚拟仪器发展现状
7.虚拟仪器开发相关资源
8.自主研发的虚拟仪器实验平台
AnalogInstrumentation
FLEXIBLITY
模
电子仪器的发展历程
9.1.1从智能仪器到虚拟仪器
VirtualInstrumentation
i!
号号
GUI
IEEE488RackandStackSystem
FullyProgrammableSystem
DAQBoardswithRTSl
系统
VXIChassis
被测量输入输出
电路电路
一模拟量输入/输出人-机接口通信接口
智能仪器结构框图
数据存储器
(RAM)
内部总线
回顾智能仪器
程序存储器(ROM)
标准协议通信接口
外部仪用标准总线
微处理器(MPU)
键盘、显示接口
键盘显示
A/D
转换器
D/A转换器
主机电路
I/O接口
动态信号分析仪器
典型智能仪器一动态信号分析仪
从智能仪器到虚拟仪器一信号发生器
(1)台式仪器(2)虚拟仪器软面板
(1)台式仪器(2)虚拟仪器软面板
从智能仪器到虚拟仪器-数字多用表
(1)台式仪器(2)虚拟仪器软面板
NATIONAL
INSTRUMENT⁵
000.1251
案Am类
0aD1YE
*Fs
Range
Hz
Ⅱ4072EileEditHelp
ΩCL
VDC
VT
虚拟数字存储示波器
软件
和硬件
虚拟数字多用表
虚拟仪器
虚拟信号发生器
1986年,美国N公司(NationalInstruments)提出了“软件
即仪器”的口号,将日益普及的计算机技术与仪器仪表技术完
美地结合起来,使用户在操作计算机时,如同在操作自己定义的仪器,方便灵活,不仅减少了单个传统仪器的成本,更是提高了用户的工作效率,从而为现代仪器测控技术掀起了崭新的
一页。虚拟仪器技术的出现,彻底打破了传统仪器由厂家定义、
用户无法改变的模式,引起了测控领域的一场革命。
7NATIONAL
INSTRUMENTS|
NI定义:
虚拟仪器一词中“虚拟”有以下两方面含义
(1)虚拟仪器面板(人机交互)软件化
传统仪器中,操作人员通过操作仪器物理面板上安装的各种开关、旋钮等来实现诸如电源的通断、通道选择、量程切换、放大倍数等参数的设置,并通过面板上的LED、CRT等来显示仪器状态和测量结果。
虚拟仪器通过基于计算机平台的软件操作界面替代物理面板,操作人员通过鼠标或键盘操纵软件界面中的控件实现
对仪器的控制。
虚拟的仪器面板
传统仪器面板
在虚拟仪器系统中,仪器功能是由软件编程来实现,测量
所需的各种激励信号可由软件产生波形数据,再通过D/A转换实现;系统硬件很难实现的一些强大数据处理功能,如FFT分析、小波分析、数字滤波、回归分析、统计分析等,可以由软件编程来实现。通过不同软件模块的组合,可以
基于相同硬件设备实现不同仪器功能。也就是所谓“软件即仪器”说法由来
采集卡+软件=示波器/频谱分析仪/……
实现多种自动测试功能。
(2)仪器功能的软件化
仪器功能自定义
“SoftwareisInstrument”的认识
这句话说明了软件就是仪器,但并没有说仪器就是软
件。它只是突出软件在虚拟仪器中的地位,因为虚拟仪器的功能基于一定硬件平台之上的用户自定义的软件。基于相同的硬件平台,开发不同的软件,可以实现不同的仪器功能。从这一点上来说,软件在虚拟仪器中占核心主导地位。但是,不同的应用,有不同的信号获取方法、不同的指标要求,除了共性之外,还存在个性差异。因此,虚拟仪器不仅离不开硬件,而且硬件的地位十分突出,它是整个仪器系统成败的关键。只不过,虚拟仪器技术使得软件和硬件联系的更加紧密,浑然一体。
特别强调:
虚拟仪器的本质是一种创新的仪器设计思想,是计算
机软件技术应用于仪器仪表领域的一次升华;“虚拟”不代表不存在,而是体现一种软件思想;虚拟仪器技术不同
于计算机仿真技术和虚拟现实(VR)技术,它需要有硬件的
支持。
模块化
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