虚拟仪器技术综述

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1、虚拟仪器技术综述摘要：本文论述了虚拟仪器的发展历程，虚拟仪器的基本概念、组成，虚拟仪器的总线技术，与传统仪器技术进行对比，虚拟仪器技术的优势，LabVIEW软件的应用，最后对虚拟仪器技术的发展趋势进行了分析总结。关键词：虚拟仪器、总线技术、LabVIEW一、虚拟仪器的发展历程1．国外发展历程随着个人电脑技术的出现，人们开始考虑使用电脑来处理传统仪器所测数据。由此，GPIB技术在20世纪70年代发展起来，这也就是IEEE488及后来的IEEE488.2标准。但由于GPIB总线带宽（1Mbytes／s）限制了数据向计算机的实时传输，所以大量的数据处理工作仍然依靠

2、仪器自身所带有的功能。20世纪80年代，随着计算机技术的进一步发展，个人电脑可以带有多个扩展槽，就出现了插在计算机里的数据采集卡。它可以进行一些简单的数据采集，数据的后处理由计算机软件完成，这就是虚拟仪器技术的雏形。1986年，美国NationalInstruments公司（以下简称NI公司）提出了“软件即仪器的口号”，推出了NI-LabVIEW直观的流程图编程风格的开发和运行程序平台，开启了虚拟仪器的先河。20世纪90年代，计算机总线速度进一步加快，PCI总线的数据传输速度达到了132Mbytes/s。1996年底，美国NI公司在PCI数据总线的基础上提出

3、了第一代PXI系统的技术规范。现在，PXI技术联盟已经有接近60家成员公司为这一平台开发产品。2．我国发展历程1985年，我国东方振动和噪声技术研究所（以下简称COINV）开始提出PC卡泰（PCCATAI）—微机卡式采集测试分析仪的概念，并推出了数据采集和信号处理软件（DASPDataAcquisition＆SignalProcessing），随后又提出了“把实验室拎着走”的口号，进而进行了虚拟仪器库平台的研发，实现了INV虚拟仪器库。DASP软件概念突破了传统的随机振动信号分析仪和FFT分析仪概念，实现了向虚拟仪器和计算机采集测试分析仪器概念的过渡。其间，

4、COINV研制成了国内第一台虚拟仪器—PC卡泰INVl01，接着又推出了台式机用的INV303和便携式笔机本式的INV306系统，并于1993年到加拿大多伦多展出，实现了VI的飞跃。二、虚拟仪器技术定义及组成虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。它是由计算机技术、测量技术和微电子技术高速发展而孕育出的一项革命性技术。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。20世纪80年代中期，美国国家仪器公司（Nationa

5、lInstrument，简称为NI）首先提出的“软件就是仪器”（TheSoftwareistheInstrument）这一概念便是对虚拟仪器最本质的论述和表达。虚拟仪器由硬件和软件两部分构成。硬件由计算机和I/O接口设备组成，按功能可分为3个主要部分：①信号输入：完成信号的采集、放大和A/D转换，将被测信号变成标准信号（一般用电压信号）以利于计算机处理。对于多量程采集卡，只需根据传感器输出选择量程即可。②信号输出：将计算机产生的数字信号经过信号调理转换成适合于被测系统的激励信号。这两部分由I/O接口设备（如：数据采集卡、GPIB总线仪器、VXI总线仪器、PX

6、I总线仪器和串口系统等）完成。③信号处理：利用计算机对所采集的信号进行分析、显示和存储等，PC机是硬件平台的核心。软件是虚拟仪器的核心，仪器的功能由用户在软件平台上编程实现。目前最常用的软件开发工具是美国NI公司的LabWindows/CVI[2]和LabVIEW。NI公司的虚拟仪器平台———LabVIEW简化了虚拟仪器系统的开发过程，缩短了系统开发和调试的周期。即使是个编程的新手，也能用全图形化方式编程的LabVIEW很快地”画”出程序来。因为LabVIEW是真正面向科学家和工程师的编程语言。三、虚拟仪器总线技术目前VI使用的总线技术主要有以下几种。1.P

7、C总线方式的虚拟仪器这种方式借助于插入PC机和工控机内的数据采集卡与专用的软件相结合，完成测试任务。它允分利用计算机总线、机箱、电源及软件的便利。插卡类型有ISA卡、PCI卡和PCMCIA卡等多种类型。ISA总线是一种8位或16位非同步数据总线，工作频率为8MHz，数据传输速率8位时为lMB／s，16位时为2MB／s。对低速数据采集来说是有效的，但对基于高性能PC机的多任务系统和高速数据采集系统而言，ISA总线则越来越成为一种瓶颈。PCI总线是一种独立于CPU的32位或64位局部总线,时钟频率为33MHz，数据传输率高达132MB／s—264MB／s，PCI

8、总线技术用无限凄写突发方式，可在一瞬间发送大量数据。