第1讲 虚拟仪器的技术背景与基本概念

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1、声明本课件供《虚拟仪器技术》、《自动测试技术》等相关课程教师授课使用与参考.教师可根据课程需要和实际情况在此课件基础上增删内容本课件版权属NI(中国)公司所有，供中国大陆地区高校教师无偿使用或在课程中引用，但使用或引用之前请联系NI(中国)公司高校市场部获得免费使用授权(联系方式zheng.xu@ni.com)本课件不得用于公开出版或其他商业用途.如需在公开出版物中引用其中部分内容,请与NI(中国)公司高校市场部联系获得授权虚拟仪器技术基础课程背景虚拟仪器技术最早于上世纪90年代由美国国家仪器（NationalInstruments）公司提出概念主要思想是利用模块化硬件，结合软件完成各种测

2、试、测量和自动化应用使测控领域充分利用计算机技术发展,带来仪器技术的革新应用领域随着计算机、软件、以及电子技术的快速发展，虚拟仪器技术的应用早已突破最初的仪器控制和数据采集的范畴不仅可用于构建大型的自动化测试系统，还常常用于控制系统、嵌入式设计等应用包括电子电气、射频与通信、装备自动化、汽车、国防、航空航天、能源电力、生物医电、土木工程、环境工程等等虚拟仪器技术的内涵与外延各种硬件模块图形化编程环境或基于文本语言的开发环境自动化测试自动控制课程学习内容与目标虚拟仪器技术的基本概念、工作原理、关键技术和实际应用，全面了解测控技术领域前沿的技术发展与应用通过LabVIEW软件编程练习和结合硬件

3、的数据采集实验，掌握图形化编程方式(G语言)与虚拟仪器平台的基本操作，培养实际动手能力通过分组课程设计(Project)建立起系统设计的概念，同时培养创新能力、独立思考与解决实际问题的能力课时安排周时课程内容方式1-2周虚拟仪器技术背景与基本概念课堂讲授3-8周LabVIEW程序设计与数据采集基本概念课堂讲授LabVIEW编程与数据采集练习实验室/课后作业9-16周虚拟仪器技术的应用与最新发展课堂讲授课程设计分组自主完成作业、实验、课程设计使用软件LabVIEW学生版(选课学生免费发放)需提交有清楚注释的LabVIEW源程序文件(.vi文件)使用硬件实验室基于NIELVIS多功能实验平台课

4、后练习及课程设计基于NImyDAQ数据采集平台考核方式LabVIEW程序设计作业(30%)硬件数据采集实验(30%)课程设计(40%)参考资源参考书虚拟仪器设计基础教程LabVIEW2009中文版虚拟仪器从入门到精通网络参考资源GSDzone.net(LabVIEW图形化设计中文门户网站)ni.com(NI公司官方网站)第一讲虚拟仪器的技术背景与基本概念背景:伴随摩尔定律的技术飞速发展晶体管数量每18个月提高1倍≈处理器性能每18个月提高1倍性能提升体积减小成本降低仪器技术与系统的发展趋势伴随着半导体技术、处理器技术、计算机总线技术、网络技术、软件技术等快速发展，仪器与测控系统出现了如下的

5、一些发展趋势:数字化自动化综合化模块化标准化虚拟化智能化网络化1.数字化模拟量转换成数字量并进行处理，具有精确度高、稳定度高，速度快，便于数字处理计算和远传等特点ADCDAC处理器接口存储器数字化摩尔效应驱动ADC的革新数字化半导体的摩尔效应ADC类型：积分型ADC压频变换型ADCΣ-ΔADC逐次逼近型ADCADC向高速、低功耗、高分辨率等方向演进……数据采集硬件价格的降低16-BitADC价格12-BitADC价格NI数据采集硬件价格(折算成单通道价格)NIM系列数据采集卡GraphSource:NationalInstruments&aLeadingADCSupplierNIE系列数据

6、采集卡以NI公司的数据采集板卡为例，性价比随时间不断提高数字化2.自动化程序控制代替手动操作，提高效率，减轻操作者劳动强度.自动化程度愈高，速度愈快自动化3.综合化利用一台多功能仪器代替多台单功能仪器系统，提高灵活性和可靠性，并降低成本，减小体积例如:相同的通用射频硬件结合不同软件程序实现多种无线协议测试以及射频参数测试等功能综合化WLANGSM/EDGEGPSWCDMAWiMAXZigBee4.模块化插卡或模块代替传统台式仪器，在系统应用时节省系统重复资源，减少体积和重量模块化促进模块化仪器发展的更多半导体技术内存芯片PCIe桥接芯片处理器FPGADSP电源管理模块化摩尔定律促使仪器体积

7、的减小模块化16.8”7.0”21.9”5.1”4.0”8.5”总线的概念总线的概念目的:实现不同的仪器(分立仪器或模块化仪器)与计算机处理器之间的连接(传递控制命令与测量数据)接口控制器接口功能部分接口功能部分接口功能部分12n……总线模块化模块化仪器架构的出现软件共享的电源定时控制可编程的用户界面测量硬件开放总线PC处理器,OS模块化仪器系统模块2模块4模块3模块5模块6固件电源定时控制固定的用户界面测量子系统内部总