虚拟仪器概述

虚拟仪器概述使用教材：《虚拟仪器技术分析与设计》编著张重雄电子工业出版社参考书籍：《虚拟仪器技术概论》编著杨乐平

电子工业出版社《LabVIEW程序设计与应用》编著杨乐平

电子工业出版社第2页,共34页，2024年2月25日，星期天1．1概述1.电子测量仪器的发展VXIChassisDAQBoardswithRTSIGUIIEEE488RackandStackSystemAnalogInstrumentationVirtualinsInInstrumentationFullyProgrammableSystem第3页,共34页，2024年2月25日，星期天电子测量仪器发展至今，大体可分为四代：

第一代模拟仪器

第三代智能仪器第二代数字化仪器第四代虚拟仪器第4页,共34页，2024年2月25日，星期天计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向：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。如：虚拟仪器。第5页,共34页，2024年2月25日，星期天

美国国家仪器公司(National

Instruments

Corp.简称NI)于1986年提出。概念：虚拟仪器是指在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统。第6页,共34页，2024年2月25日，星期天（1）虚拟仪器面板；（2）由软件编程来实现仪器的功能。第7页,共34页，2024年2月25日，星期天特别指出：

虚拟仪器实质上是一种创新的仪器设计思想，而非一种具体的仪器。

SOFTWAREISINSTRUMENT第8页,共34页，2024年2月25日，星期天1、基于数据采集卡的虚拟仪器第9页,共34页，2024年2月25日，星期天工作原理：

通过数据采集卡将要测量的信号或数据采集并传给计算机，然后由控制软件进行分析处理，传给用户；同时，虚拟平台通过人机界面获取用户指令，再通过数据采集卡传给被控对象。第10页,共34页，2024年2月25日，星期天2、基于GPIB方式的虚拟仪器GPIBInterfaceGPIB电缆DMM第11页,共34页，2024年2月25日，星期天GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)是由HP公司于1978年制定的总线标准，是传统测试仪器在数字接口方面的延伸和扩展第12页,共34页，2024年2月25日，星期天3、基于VXI总线方式的虚拟仪器

主控计算机CPU仪器1仪器2RAM仪器3单CPU系统第13页,共34页，2024年2月25日，星期天虚拟仪器技术中最引人注目的应用是基于VXI总线（VMEbusExtensionforInstrumentation）平台技术的自动测试仪器系统。由于VXI总线具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步准确、模块可重复利用、众多厂家支持等优点得到广泛应用。

第14页,共34页，2024年2月25日，星期天4、基于PXI总线方式的虚拟仪器第15页,共34页，2024年2月25日，星期天PXI（

PCIeXtensionsforInstrumentation）总线是NI公司在1997年9月1日推出的全新的开放性、模块化仪器总线规范。它以CompactPCI为基础，是PCI总线面向仪器领域的扩展。

第16页,共34页，2024年2月25日，星期天5、基于LXI总线方式的虚拟仪器第17页,共34页，2024年2月25日，星期天2004年9月，VXI科技公司和安捷伦公司共同推出一种适用于自动测试系统的新一代基于局域网（LAN）的模块化测量仪器接口标准LXI（LAN-basedeXtensionsforInstrumentation），即LAN的仪器扩展。

第18页,共34页，2024年2月25日，星期天一．组成：应用软件－仪器功能应用软件－虚拟面板仪器驱动器软件输入/输出接口软件通用计算机外围硬件设备软件硬件被测系统用户图1-1虚拟仪器的系统构成第19页,共34页，2024年2月25日，星期天1．硬件（虚拟仪器工作的基础）

通用计算机：

笔记本电脑、台式计算机或工作站等。

外围硬件设备：可以选择GPIB系统、VXI系统、PXI系统、数据采集或其它系统。也可以选择两种或两种以上构成混合系统第20页,共34页，2024年2月25日，星期天第21页,共34页，2024年2月25日，星期天硬件的主要功能：是获取真实世界中的被测信号。

(采集、传输、存储处理和输入/输出等)

按照测控功能硬件的不同，VI可分为GPIB、VXI、PXI、DAQ和LXI等标准体系结构。第22页,共34页，2024年2月25日，星期天2．软件（虚拟仪器技术最核心的思想）第23页,共34页，2024年2月25日，星期天输入/输出接口软件（VISA）：对仪器内存储单元进行直接读取数据、为仪器驱动器提供信息传递的底层软件。仪器驱动器：仪器驱动程序是连接上层应用软件和低层I/O软件的纽带和桥梁。仪器生产厂家在提供仪器模块的同时提供仪器驱动程序第24页,共34页，2024年2月25日，星期天应用软件：一般是在仪器硬件厂商提供的I/O接口软件\仪器驱动程序基础上进行应用软件开发。任务：利用计算机强大的图形功能实现虚拟仪器面板，给用户提供操作仪器、显示数据的人机接口，以及数据采集、分析处理、显示和存储等。分为：实现仪器功能（数据分析处理软件）、

实现虚拟面板(仪器面板控制软件)第25页,共34页，2024年2月25日，星期天♦虚拟仪器应用软件的编写，大致可分为两种方式

①通用编程软件：主要有Microsoft公司的Visual

Basic与Visual

C++、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder；

②专业图形化编程软件：如HP公司的VEE、

NI公司的LabVIEW

和Lab

windows/CVI等。

♦软件的功能：实现数据采集、分析、处理、显示，并将其集成为一起操作与运行的命令环境。第26页,共34页，2024年2月25日，星期天按照构成虚拟仪器的接口总线不同分为：数据采集插卡式（DAQ）、IEEE1394、RS232/RS422、并行接口、USB、GPIB、VXI、PXI、LXI。第27页,共34页，2024年2月25日，星期天一．特点丰富和增强了传统仪器的功能。突出“软件即仪器”的概念。仪器由用户自己定义。开放的工业标准。

便于构成复杂的测试系统。第28页,共34页，2024年2月25日，星期天1、仪器的构成元素传统仪器硬件(电子线路)硬件(显示器与旋钮)数据采集信号处理结果表达与仪器控制虚拟仪器硬件(电子线路)硬件(电子线路)计算机软件(算法)计算机硬件

(显示器与虚拟按钮)计算机系统资源第29页,共34页，2024年2月25日，星期天2．VI与传统仪器的比较VI传统仪器软件使得开发和维护费用降低开发与维护开销高技术更新周期短（1－2年）技术更新周期长（5－10年）关键是软件关键是硬件价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵用户定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展封闭、固定与网络及其它周边设备方便互联的面向应用的仪器系统功能单一、互联有限的独立设备第30页,共34页，2024年2月25日，星期天二、虚拟仪器的应用第31页,共34页，2024年2月25日，星期天自从NI于1986年提出虚拟仪器的概念至今，虚拟仪器的发展大约可分为三个阶段：第一阶段：利用计算机增强仪器的功能利用GPIB总线和RS-232总线同计算机连接起来，用户就可以用计算机控制仪器。第二阶段：开放式的仪器结构一是插入式计算机数据处理卡；二是VXI仪器总线标准的确立第三阶段：虚拟仪器框架得到广泛认同和采用几个虚拟仪器平台已经得到认可,并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具第32页,共34页，2024年2月25