工化-13年第2次课-虚拟仪器

1、虚拟仪器技术及应用自动化学院 吴卓葵仲恺农业工程学院1（3）虚拟仪器展示2数字电压表示波器频谱仪34（2）基于VB的电压监测系统（3）基于LabVIEW的电压监测系统56（4）现代温室测控系统6（4）虚拟仪器有哪些优点？7（1）传统仪器模拟仪器、数字仪器、智能仪器传统仪器：特定功能和仪器外观。缺点？系统功能单一、功能固定、开发与维修开销高、技术更新周期长、价格昂贵、有限的界面显示。8（2）虚拟仪器虚拟仪器：软件即仪器。优点？用户定义仪器功能，开放，灵活，与计算机技术同步发展，软件使得开发和维护费用降至最低，价格低，可复用，无限的显示选项，界面友好。数据分析与处理电压（物理量）A/D转换测量数据

2、（数字量）仪器面板9（5）虚拟仪器的结构10虚拟仪器由哪两部分组成？虚拟仪器由硬件和软件两部分组成，其中硬件是基础，软件是核心。11数据分析与处理电量（物理量）A/D转换测量数据（数字量）仪器面板虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采集与控制、数据分析与处理、结果表示与输出三大功能模块。信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用硬件平台，并配合仪器驱动程序共同完成，而数据分析与处理、结果表达与输出则主要由用户应用软件完成。虚拟仪器的软硬件是怎么配合的？12虚拟仪器的硬件由哪两部分组成？硬件包括测量硬件和普通计算机。13测量硬件与普通计算机如何连接？测量硬件接口和线缆普通计算机14有哪些接口类型？能否说出常

3、见的几种？测量硬件接口和线缆普通计算机15有哪些接口类型？能否说出常见的几种？测量硬件接口和线缆普通计算机（1）串口RS-232/48516有哪些接口类型？能否说出常见的几种？测量硬件接口和线缆普通计算机（2）USBUSB接口17USB接口（2）USB全称是Universal Serial Bus，即通用串行总线。具有支持热插拔、传输速率高等优点，是目前外部设备的主流接口方式。广泛应用于U盘、手机、数码相机、打印机、扫描仪、摄像头等。18USB接口什么是USB 1.1和USB 2.0?USB 1.1和USB 2.0都是USB的接口规范，其差异主要表现在速度上。USB 1.1 最高传输速率只有1

4、.5MB/s，USB 2.0 最高传输速率可达60MB/s。 USB 1.1已接近淘汰，USB 2.0向下兼容USB 1.1。19有哪些接口类型？能否说出常见的几种？测量硬件接口和线缆普通计算机（3）PCI个人电脑接口（Personal Computer Interface）PCI20有哪些接口类型？能否说出常见的几种？测量硬件接口和线缆普通计算机（4）GPIB可编程的通用接口总线GPIB (General Purpose Interface Bus)，也称此总线为IEEE488。缺点为总线的传输速度不够高（最大为1MB/s) 。GPIB21有哪些接口类型？能否说出常见的几种？测量硬件接口和线

5、缆普通计算机（5）VXIVXIVXI(VME bus eXtensions for Instrumentation)VXI：40MB/s，1987年提出。22有哪些接口类型？能否说出常见的几种？测量硬件接口和线缆普通计算机（5）PXIPXI（PCI eXtension for Instrumentation) PXI：132-264MB/s，1997年提出。PXI23（1）基于PC总线的虚拟仪器内置PC总线（如PCI）的通用数据采集卡 （DAQ，Data Acquisition）。（2）基于GPIB通用接口总线的虚拟仪器国际标准（IEEE488.1和IEEE488.2），技术成熟；但其数据传输

6、速度一般低于500Kb/s，对测试速度要求很高的场合不太适用。24（3）基于VXl总线的虚拟仪器具有模块化、系列化、通用化、“即插即用”及VXI仪器的互换性和互操作性。但价格相对较高，适合于高端的测试领域。（4）基于PXI总线的虚拟仪器兼容PCI总线产品。集Compact PCI的高性能和VXI可靠性，性价比最好。252627计算机与测量硬件连接后如何控制测量硬件？控制硬件必须安装硬件驱动程序。28如何设计数据处理、数据显示程序？虚拟仪器软件必须使用编程软件设计。293031如果有测量硬件，按怎样的步骤设计虚拟仪器系统?仪器驱动程序设计或安装应用软件设计。32虚拟仪器硬件的驱动程序应该怎样设计

7、或安装？测量硬件一般由硬件厂商提供，不用设计，安装即可。自己设计的硬件，采取串口或USB接口等，应用软件编程环境一般提供有接口函数。3334串口34串口操作函数3536串口操作37虚拟仪器的用户软件应该怎样设计？包含用户界面设计和程序设计两部分。383940有哪些编程软件可以进行虚拟仪器的用户软件设计？41（1）通用的可视化软件编程环境Microsoft公司的Visual C+、Visual Basic、 Visual C#等。Inprise公司的Delphi和C+ Builder等。42（2）专用于虚拟仪器开发的软件编程环境图形化编程（G语言）环境：Agilent VEE、NI LabVIE

8、W；文本编程环境：NI LabWindows/CVI。其中，LabVIEW是目前最流行、应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件。非常适于仪器、测量与控制领域的虚拟仪器软件开发。43NI公司还推出了用于数据采集、自动测试、工业控制与自动化等领域的多种设备驱动软件和应用软件，如：1）LabVIEW的实时应用版本LabVIEW RT；2）工业自动化软件BridgeVIEW；3）工业组态软件Lookout；4）基于Excel的测量与自动化软件Measure；5）即时可用的虚拟仪器平台VirtualBench；6）生理数据采集与分析软件Biobench；7）测试执行与管理软件TestStand；8）还

9、包括NI-488.2、NI-VISA、NI-VXI、NI-DAQ、NI-IMAQ、NI-CAN、NI-FBUS等设备驱动软件；9）以及各种LabVIEW和LabWindows/CVI的增值软件工具包。44（6）虚拟仪器技术应用451.5 虚拟仪器技术应用1. 应用广泛从军事到民用；特别是仪器、测量与控制、自动化等领域。SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统 462.虚拟仪器应用案例虚拟仪器在通用仪器综合校准系统中的应用，海军航空工程学院。基于PXI总线仪器的导弹自动测试系统，军械工程学院。总线电子装备故障诊断

10、系统，海军工程大学。基于虚拟仪器的无线电引信动态性能测试系统，军械工程学院。虚拟仪器在航空测试中的应用，海军航空工程学院。虚拟仪器在标准电阻检定中的应用，上海市计量测试研究院。基于PXI总线的多通道瞬态测试记录系统，西北工业大学。在虚拟仪器平台上构建便携式车辆综合测试系统，太原机械学院。基于虚拟仪器的无纸记录仪，马钢股份公司。虚拟仪器在医学工程中的应用，广州南方医院。47（7）总结48492 虚拟仪器软件开发平台仲恺农业工程学院502.1 虚拟仪器软件开发平台介绍2 虚拟仪器软件开发平台512 虚拟仪器软件开发平台数据分析与处理模拟量（电量）A/D转换测量数据（数字量）仪器面板522.1 虚拟

11、仪器软件开发平台介绍文本式编程语言有C、Visual C+、Visual Basic、Delphi和C+ Builder和NI Labwindows/CVI等。图形化编程语言有NI公司的LabVIEW和Agilent公司的Agilent VEE等。 532.1 虚拟仪器软件开发平台介绍（一） LabWindows/CVICVI： C for Virtual Intrument用于虚拟仪器的C语言54LabWindows/CVI的特点（1）面向仪器的交互式C语言开发平台，将功能强大、使用灵活的C语言平台与用于数据获取、数据分析和显示的测控专业工具有机地结合起来。（2）为熟悉C语言的开发人员提供了

12、一个理想的虚拟仪器软件开发环境。552.1 虚拟仪器软件开发平台介绍（二） Agilent VEEAgilent VEE: Agilent Visual Engineering Environment安捷伦可视化工程环境562.1 虚拟仪器软件开发平台介绍图形化的编程提供显示和控制模块，如按钮、图表、温度指示器等。572.1 虚拟仪器软件开发平台介绍强大的数据分析与处理数理统计、类型比较、矩阵运算、微积分、信号分析与处理、数字滤波器等 。数据分析与处理模拟量（电量）A/D转换测量数据（数字量）仪器面板582.1 虚拟仪器软件开发平台介绍丰富的仪器驱动程序592.1 虚拟仪器软件开发平台介绍内置

13、的程序编译器交互式编译器技术 灵活的程序调试手段可设断点、单步、分步。支持多种系统平台 网络功能602.1 虚拟仪器软件开发平台介绍（三） LabVIEWLabVIEW: Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench实验室虚拟仪器工程平台（1）LabVIEW是NI公司于1986年推出的一种高效的图形化软件开发环境。612.1 虚拟仪器软件开发平台介绍（2）LabVIEW是一种图形化编程语言（G语言），技术人员不用掌握太多的计算机编程知识，只需通过定义和连接代表各种功能模块的图标，就能方便快速地建立起通常只有编程技巧高超的程序员才能编制出

14、的应用程序。622.1 虚拟仪器软件开发平台介绍（3）LabVIEW的特点：图形化的仪器编程环境提供测量和控制领域广泛使用的图形显示和控制对象，如表头、旋钮、图表等。用户可以采用流程图式的编程方法简单迅速地编写程序。632.1 虚拟仪器软件开发平台介绍内置高效的程序编译器编译方式运行32位应用程序 ，执行速度与C语言不相上下。内置代码评估器，可以将程序中对时间要求苛刻的部分代码进行分析和优化。LabVIEW可将程序转换为“*.EXE”独立可执行文件。642.1 虚拟仪器软件开发平台介绍灵活的程序调试手段用户可以在程序中设置断点或单步执行程序。在程序的数据流上设置探针，观察程序运行过程中数据的变

15、化。652.1 虚拟仪器软件开发平台介绍支持各种数据采集与仪器通信应用支持ISA、EISA、PCI、PCMCIA和MacintoshNuBus等各种总线，提供工业I/O设备的驱动程序，以及符合工业标准的VISA、GPIB、VXI和RS232驱动程序库。PCMCIA: PERSONAL COMPUTER MEMORY CARD INTERNATIONAL ASSOCIATION专门用在笔记本或PDA、数码相机等便携设备上的一种接口规范662.1 虚拟仪器软件开发平台介绍支持各种数据采集与仪器通信应用支持ISA、EISA、PCI、PCMCIA和MacintoshNuBus等各种总线。Macinto

16、sh：Macintosh是苹果公司的出品的苹果电脑,简称为Mac。NuBUS是Macintosh个人电脑使用的总线，与其他系列电脑的总线不兼容，地址总线仍为32位，数据传输率为20MBPS，它具有系统规划自动化的功能，成为欧洲共同规格标准。672.1 虚拟仪器软件开发平台介绍Macintosh：该电脑上使用的操作系统Mac OS是世界上第一个商用成功的图像化操作系统。Mac OS：1 时间上Mac更早推出,在80年代；而Windows则是九十年代。2 Mac比Windows更加易用和华丽,但大多数软件支持Windows而不是Mac。682.1 虚拟仪器软件开发平台介绍功能强大的数据处理和分析函

17、数库包括数值函数、字符串处理函数、数据运算函数和文件I/O函数，还包括概率与统计、回归分析、线性代数、信号处理、数字滤波器、窗函数、三维图形处理等高级分析函数。 数据分析与处理模拟量（电量）A/D转换测量数据（数字量）仪器面板692.1 虚拟仪器软件开发平台介绍支持各种系统平台LabVIEW支持Windows、PowerMacintosh、Agilent-UX、SUNSPARC、Linux等各种操作系统。在任何一个平台上开发的LabVIEW应用程序均可直接移植到其他平台上。702.1 虚拟仪器软件开发平台介绍开放的开发式平台LabVIEW提供了DLL库接口和CIN接口，使用户能够在LabVIE

18、W平台上调用其他软件平台编译的模块，比如C语言。提供对OLE的支持，可与其他应用软件一起构成功能更为强大的应用程序开发环境。DLL:C语言把直接和硬件接口的函数及数据信息封装在一个动态链接库（Dynamic-Link Library，DLL）中，后缀名为.dll的文件。LabVIEW应用程序通过DLL能够方便地调用用户编写的硬件接口函数以及Windows自带的大量API函数。712.1 虚拟仪器软件开发平台介绍开放的开发式平台LabVIEW提供了DLL库接口和CIN接口，使用户能够在LabVIEW平台上调用其他软件平台编译的模块，比如C语言。提供对OLE的支持，可与其他应用软件一起构成功能更为

19、强大的应用程序开发环境。CIN:Code Interface Node用来直接调用其他编程语言（如C语言）写的代码，就可以通过调用C语言编写的驱动程序的方法实现访问硬件设备。C语言更接近硬件底层，是在硬件编程方面的灵活性和能力更具有优势。722.1 虚拟仪器软件开发平台介绍开放的开发式平台LabVIEW提供了DLL库接口和CIN接口，使用户能够在LabVIEW平台上调用其他软件平台编译的模块，比如C语言。提供对OLE的支持，可与其他应用软件一起构成功能更为强大的应用程序开发环境。OLE:Object Linking and Embedding（对象连接与嵌入）OLE定义和实现了一种允许应用程序

20、作为软件“对象”彼此进行“连接”的机制。比如在Word文档中可以插入Excel文档或者另外一个Word文档。732.1 虚拟仪器软件开发平台介绍网络功能LabVIEW支持基于ActiveX、DDE、DataSocket及TCP/IP技术实现网络连接和数据交换。ActiveX：ActiveX插件以前也叫做OLE控件或OCX控件，它是一些软件组件或对象，可以将其插入到WEB网页或其它应用程序中。例如网页上打印按钮使用ActiveX控件实现。742.1 虚拟仪器软件开发平台介绍网络功能LabVIEW支持基于ActiveX、DDE、DataSocket及TCP/IP技术实现网络连接和数据交换。DDE：

21、DDE是一种动态数据交换机制（Dynamic Data Exchange，DDE）。使用DDE通讯需要两个Windows应用程序，其中一个作为服务器处理信息，另外一个作为客户机从服务器获得信息。752 虚拟仪器软件开发平台仲恺农业工程学院762.2 LabVIEW编程初步2 虚拟仪器软件开发平台772.2.1 LabVIEW的基本VI介绍2.2 LabVIEW编程初步781. 基本VI的组成（1）LabVIEW中开发的应用程序称为虚拟仪器（Virtual Instruments）程序，简称VI，文件扩展名为.vi。（2）VI示例 79（3）一个基本的VI包括： 前面板（Front Panel）

22、 框图程序（Block Diagram） 图标/连结端口(Icon/Connector)例如：求两个数的和与差1. 基本VI的组成前面板框图程序801. 基本VI的组成图标连接端口图标/连接端口有什么作用？81a.前面板（Front Panel）是图形化的用户界面，可以形象地描述为真实仪器的面板。前面板框图程序例如：求两个数的和与差前面板（Front Panel）82b.前面板（Front Panel）上有两类控件：I.一类是用于用户输入的控件，称为控制型控件（Control）；II.另一类是用于显示输出的控件，称为指示型控件(Indicator）。前面板框图程序例如：求两个数的和与差控制型控

23、件 指示型控件 前面板（Front Panel）83a.每个前面板（Front Panel）都有一个与之对应的框图程序（Block Diagram），框图程序（Block Diagram）是VI程序的源代码，是图形化的源代码。前面板框图程序例如：求两个数的和与差框图程序（Block Diagram）84b.前面板（Front Panel）中的控件在框图程序（Block Diagram）中都有一个对应的端口。前面板框图程序例如：求两个数的和与差控制型控件 指示型控件 端口框图程序（Block Diagram）85c.除了端口（Terminal）、框图程序（Block Diagram）的组成还包括节点（Node）和数据连线（Wire）。前面板框图程序例如：求两个数的和与差数据连线节点端口框图程序（Block Diagram）86d.前面板（Front Panel）和框图程序（Block Diagram）是怎样配合的？前面板的控制型控件（Control）用以用户输入；通过端口（Terminal）的绑定作用将输入数据传递给框图程序；输入数据通过数据连线（Wire）和节点