虚拟仪器概念论

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1、.虚拟仪器概念虚拟仪器（VirtualInstrument,简称VI）是现代计算机技术和仪器技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试（CAT）领域的一项重要技术。1.1虚拟仪器的基本概念所谓虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器。虚拟仪器的出现使测量仪器与个人计算机的界线模糊了。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算，分析和

2、处理，利用I/O接口设备完成信号的采集，测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。“虚拟“应包括以下两方面的含义。1.2虚拟的虚拟仪器面板虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。如由各种开关，按键，显示器等实现仪器电源的“通”，“断”，被测信号“输入通道”，“放大倍数”等参数设置，测量结果的“数值显示”，“波形显示”等。传统仪器面板上的器件都是事务，而且是用手动和触摸进行操作的，而虚拟仪器面板控件事外形于实物相像的图标，通，断，放大等对应着相应的软件程序。这些软件已经设计好了，用户不必设计，只需选用代表该种软件程序

3、的图形控件即可，由计算机的鼠标来对其进行操作。因此，设计虚拟面板的过程就是在面板设计窗口中摆放所需的控件，然后编写相应的程序。大多数初学者可以利用虚拟仪器的软件开发工具，如Labview等编程语言，在段时间内轻松完成轻松而又实用的虚拟仪器前面板设计。1.3由软件编程来实现虚拟仪器测量功能..在以PC为核心组成的硬件平台支持下，虚拟仪器不仅可以通过软件编程来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。因此在硬件平台确定后有“软件就是仪器”的说法。这也体现了测试技术与计算机技术深层次的结合。1.4通用仪器硬件平台虚拟仪器的硬件平台有两

4、部分构成：（1）计算机一般为一台PC机或者工作站，它是硬件平台的核心。（2）I/0接口设备它主要完成被测输入信号的采集，放大，模/数转换。根据采用不同的总线及其相应的I/O接口硬件设备，如利用PC机总线的数据采集卡/板（DAQ）,GPIB总线仪器，VXI总线仪器模块，串口总线仪器等，虚拟仪器的构成方式主要有5种类型，如图1.1所示:I/O接口设备PC-DAQ系统GPIB系统计算机串口系统PXI系统VXI系统被测信号图1.1虚拟仪器的构成框图1．PC-DAQ系统：它是以数据采集板，信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系统才要PCI和ISA计

5、算机本身的总线，故将数据采集卡/板（DAQ）插入计算机的空槽即可。..2．GPIB系统：它是以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。3．VXI系统：它是以VXI标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。4．PXI系统：以PXI标准总线仪器模块玉计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。5．串口系统：它是以SERIAL标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。无论上述哪种VI系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合，其中PC-DAQ测量系统是构成VI的最基本的方式，也是最廉价的方式。2.软件结构虚

6、拟仪器软件由两大部分组成。（1）应用程序此包括两个方面：a)实现虚拟面板功能的前板软件程序：b)定义测试功能的流程图软件程序。（2）I/O接口仪器驱动程序I/O接口仪器驱动程序完成特定外部硬件设备的筐子，驱动与通信。开发虚拟仪器必须有合适的软件工具，目前的虚拟仪器软件开发工具有如下两类：a)文本式编程语言如VISUALC++,VISUALBASIC,LABWINDOWS/CVI等；b)图形化编程语言如LABVIEW,HPVEE等。这些软件开发工具为用户设计虚拟仪器应用软件提供了最大限度的方便条件与良好的开发环境。本设计介绍的是LABVIEW图形化编程语言。虚拟仪器的

7、发展及特点2.1虚拟仪器的发展..电子测量仪器发展至今，大体可分为四代：模拟仪器，分立元件仪器，数字化仪器，智能仪器和虚拟仪器。（1）第一代模拟仪器这类仪器在某些实验室仍能看到，是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表，指针式电压表等，这类指针式仪器借助指针来显示最后结果。（2）第二代分立元件式仪器当20世纪50年代出现电子管，60年代出现晶体管时，便产生了以电子管或晶体管电子电路为基础的第二代测试仪器――分立元件式仪表。（3）第三代数字化仪器20世纪70年代，随着集成电路的出现，诞生了以集成电路芯片为基础的第三代仪器——数字式仪器。这类仪器现在相