虚拟仪器技术第一章

1、,主讲教师：王颖,虚拟仪器技术,信息科学与技术学院,Virtual Instrument Technology,2,虚拟仪器技术,参考书目,杨乐平：虚拟仪器技术概论，电子工业出社，2003 张重雄：虚拟仪器技术分析与设计，电子工业出版 社，2007 陈光禹：VXI总线测试技术平台，成都电子科技大学 出版社，1996 肖忠祥：数据采集原理，西北工业大学出版社，2001,3,第一章 绪论,1.1 自动测试技术,测试和测量是人类认识自然、并对所认识的事物进行改造的一种手段。随 着科学技术和大工业生产发展的需要，对测试技术和测试仪器系统提出了 越来越高的要求，主要表现在： 测试内容日益增加； 测试工作

2、量急剧增加，功能逐渐深入； 测试速度和测试精度要求越来越高。 测试测量技术逐步从人工测试发展到自动测试的阶段。 自动测试就是计算机按照预定程序对测试激励、采样和测量实施控制。,4,第一章 绪论,自动高效率获取客观世界定量信息，涉及多学科领域的综合技术 获取客观世界定量信息，涉及多学科领域的 综合技术。 研究包括测量原理、测量方法、测量系统和 数据处理等。,1.1 自动测试技术,5,第一章 绪论, 测量原理：测量所据的物理原理，新的测量原理的研 究与探索是测试技术发展的研究领域。 测量方法：依据测量原理完成测量的具体方式。直 接、间接和组合三种方式。间接、组合测 量误差较大。,6,第一章 绪论,

3、 测量系统：完成具体测量任务的各种仪器仪表组成的 实际系统。数字式和模拟式两种。 数据处理：测量精度与数据处理密切相关。先进快速 高效的数据处理算法及数据采集、分析、 管理和显示为一体的数据处理系统和软件 是现代测试系统的重要发展方向。,7,第一章 绪论, 过程控制仪表：各种传感器、变送器、调节器、控制 器和调节阀等设备。基地气动式、电 动单元组合式、DCS系统、FCS系 统。 电子测量仪器：数字表、示波器、信号源、频谱仪等 通用基础测量仪器，面向专门领域的 仪器：通信、微波测量等专用仪器。,8,第一章 绪论, 总线仪器系统：GPIB、VXI、PXI、LXI总线仪器系 统。标准化、模块化、开放

4、式系统结构的 自动测试与虚拟仪器系统，充分利用计算 机技术，是现代仪器仪表的发展方向。,9,第一章 绪论,1.1.3 仪器仪表技术的发展 模拟仪器（18世纪末至20世纪初）解决了物理量的测量问题。如伏特表、安培表、压力表以及电桥电位差计等磁电式仪表，后来出现了电子仪表如记录仪、电子示波器以及信号发生器等。 数字仪器：上个世纪50至60年代出现，和晶体管和集成电路有关，如数字电压表、数字电流表以及记忆示波器等。可以将模拟信号的测量转变成对数字信号的测量，并用数字形式显示和输出结果。,10,第一章 绪论,1.1.3 仪器仪表技术的发展 智能仪器：是计算机技术和仪器仪表技术结合的产物，仪 器具有数据

5、存储、数据处理以及逻辑判断、自 动选程、自动补偿和仪器自检等功能，是以硬 件为主的仪器。 虚拟仪器：（20世纪80年代）提出了软件即仪器的概 念，利用微机和测试仪器相结合取代原来由 硬件完成的功能并完成硬件不能完成的功 能，因此这种软件化仪器即被称为虚拟仪器。 是仪器技术和计算机软硬件技术和总线技 术紧密结合的产物。,11,第一章 绪论, 微型化、智能化、网络化是仪器仪表开发的主导方 向； 注重系统集成和性能价格比； 采用EDA、CAM、DSP、 ASIC和计算机技术结合； 集成的多功能仪器平台，取代传统的各种功能仪器。,12,第一章 绪论, 概念：以计算机为核心的硬件平台上，由用 户定义仪器

6、的测 试功能、具有虚拟面 板、其测试功能由测试软件实现 的一 种计算机仪器系统。 由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、 过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一 种由计算机操纵的模块化系统。,1.2 虚拟仪器,13,第一章 绪论,14,第一章 绪论,15,主要仪器总线技术,15,网络化仪器,GPIB台式仪器,插卡式仪器,VXI总线仪器,CPCI/PXI总线仪器,16,第一章 绪论, 充分利用计算机技术，传统仪器的部分硬件被计 算机硬件取代，结合测试软件实现测试。 虚拟仪器的面板是虚拟的，由计算机技术实现。 虚拟仪器的测量功能由测试驱动软件实现，软件 就是仪器。,17,第一章

7、 绪论,18,第一章 绪论,虚拟仪器相对传统仪器的优势,传统仪器功能由仪器厂商定义，虚拟仪器功能由用户自己定义。 传统仪器与其它仪器设备的连接受限制，而虚拟仪器则是面向 应用的系统结构，可方便地与网络、外设及其它应用连接。 传统仪器图像界面小，人工读数，信息量少，虚拟仪器则展现图 像界面，由计算机直接读数、分析处理 硬件是传统仪器的关键部分，而虚拟仪器硬件仅是为了解决信号 的输入输出，软件才是整个仪器的关键部分，其测试功能均由软 件来实现。,19,第一章 绪论,虚拟仪器相对传统仪器的优势,传统仪器系统封闭，功能固定，虚拟仪器则是基于计算机技术的开 放灵活的功能模块，可构成多种仪器。 传统仪器扩

8、展性差，数据无法编辑，虚拟仪器数据可编辑、存储和 打印。 信号每经过一次硬件处理都会引起误差，虚拟仪器则减少了硬件的 使用，减少了测量误差。 传统仪器价格高，技术更新慢，开发和维护费用高；虚拟仪器价格 低，而且可重复利用，技术更新快，基于软件的体系结构大大节省 了开发和维护费用。,20,第一章 绪论,由硬件和软件两部分组成。 硬件获取测试对象的被测信号。 测试软件控制实现数据采集、分析、处理、显示 等功能，并将其集成为仪器操作与运行的命令环 境。软件开发平台为支撑。仪器驱动、接口软件 和应用程序,21,第一章 绪论,Signal Processing Digital Filtering Sta

9、tistics Array Operations,Graphical User interface Hardcopy Output File I/O,Plug-In DAQ Boards IEEE 488 (GPIB) RS-232,22,第一章 绪论,虚拟仪器软件平台,23,第一章 绪论,24,第一章 绪论,按虚拟仪器硬件接口分类： 数据采集插卡式（PC-DAQ）虚拟仪器。 RS232/RS422、并行接口、USB、IEEE1394等虚 拟仪器。 GPIB、VXI、PXI等虚拟仪器，采用标准程控命令,25,第一章 绪论,26,第一章 绪论,PC-DAQ,GPIB仪器,串口仪器,VXI模块,P

10、XI模块,被测信号,计算机,27,第一章 绪论,典型示例-DAQ虚拟仪器,28,第一章 绪论, 丰富和增强了传统仪器的功能； 传统仪器与其它设备仪器的连接受限，而虚拟仪器可以方 便的与网络、外设和其它应用连接； 突出了“软件就是仪器”的新概念； 传统仪器图像界面小，信息量少，人工读数，虚拟仪器则有 很好的图像界面，由计算机直接读数、分析和处理。,29,第一章 绪论, 仪器由用户自己定义； 开放的工业标准； 减少了信号的测量误差 便于构成复杂的测试系统，经济性好。 虚拟仪器具有功能软件化、功能软件模块化、模块控件化、仪器控件模块化、硬件接口标准化、系统集成化、程序设计图形化、计算可视化、硬件接口软件驱动化的特点。,30,第一章 绪论,是控制、测量仪器技术、计算机软硬件技术、总线技术、信号处理、电子学以及自动控制技术等的交叉融合。 需要具备微机原理及应用、电工与电子技术、过程控制和信号处理等课程的知识。,31,第一章 绪论, 计算机技术与仪器技术的有机结合，应用前景十分 广泛； 国民经济各领域（航空、航天、核工业、军工、通 信测试、铁道、教学等）； 科学研究； 新仪器产业的形成。,32,第一章 绪论,美军武器维修