虚拟仪器与测量技术

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1、虚拟仪器与测量技术北京大学信息科学技术系电路基础教学中心2006年6月10日目录第一讲虚拟仪器与测试技术概述第二讲LabVIEW基础2．1LabVIEW程序的基本构成2．2LabVIEW的模板2．3子VI的创建第三讲程序结构3．1For循环结构3．2Whiler循环结构3．3顺序结构3．4选择结构3．5公式节点第四讲数据采集和信号输出4．1数据采集系统的构成4．2模拟输出4．3模拟输入实验一信号发生与显示实验二频率特性的测量利用虚拟仪器实现数据采集和信号输出实验三元件伏安特性测量1二极管正向伏安特性测量2三极管特性的测量第一讲虚拟仪器与测量技术概述虚拟仪器(VirtualInst

2、ruments)技术是检测技术与计算机和通信技术有机结合的产物，由美国国家仪器(NationalInstruments)公司于1986年提出,是指在通用计算机上添加软件和一些硬件模块构成一套根据个人需求来获取数据，分析数据和输出可视化数据的计算机仪器系统。它利用PC机的显示功能模拟真实仪器的控制面板,以多种形式表达输出检测结果,利用PC软件功能实现信号的运算、分析、处理，由I/O接口设备(卡)完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能，用户操作这台计算机就像操作一台真实的仪器。虚拟仪器系统的构成是在以计算机为核心的硬件平台支持下，通过专用软件（如LabVIEW、VEE）来实

3、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组合来实现多种测试功能；接口卡是外界电信号与计算机之间的桥梁和纽带，具有数据采集、信号控制和输出功能，它将从传感器或相应设备获取的信号经A/D转换，送给计算机，并接受计算机传来的数据或控制信号，将模拟或数字信号传递给外设。在几种主要虚拟仪器系统开发平台中，以美国国家仪器公司的LabVIEW影响最大，LabVIEW作为一个图形化的开发环境，带有大量的内置功能，能够完成仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等任务。虚拟仪器的系统构成如下图所示：被测信号PC-DAQGPI仪器串口仪器VXI模块PXI模块计算机软件结构利用虚拟仪器

4、可以构成常规仪器不易完成的测试系统，如大量重复的测量，长时间的数据采集，特性曲线的测量等。在基础电子线路实验中，测量频率响应曲线是必需和常见的实验内容，如测量滤波器的通频带、放大器的频率特性、万用表的频率特性等，传统的测试方法需要信号源、示波器和直流电源这些传统设备，测试方法是逐点设置频率，逐点测量输入输出电压，并要进行数据的处理，然后逐点绘图，完成一次测试过程需要较长的时间，并且精度不是很高，如果利用虚拟仪器技术，瞬间即可高精度地完成同样的测试过程，大大提高了效率。我们使用的传统仪器主要有三个部分：数据采集与控制、数据分析和数据显示，如我们用示波器探头采集信号，屏幕上显示信号，

5、用频谱仪进行谱分析等，而虚拟仪器（VirtualInstruments）的概念是为了适应计算机而提出的，即利用计算机的强大功能，通过图形化的人机界面，配合不同的传感器和接口卡为电路提供信号源，对电路进行测试，或者对仪器进行远程控制，所需的操作和信号的显示都是利用键盘、鼠标和显示器来完成，从而实现了传统仪器的功能，无须直接操作仪器，甚至可在一台计算机上实现几种不同仪器的功能。随着计算机技术和虚拟仪器技术的发展，同一台虚拟仪器可在更多场合应用，比如既可在电量测量中应用，又可在振动、运动和图像等非电量测量中应用，甚至在网络测控中应用。总之，虚拟仪器技术是自动测控系统的发展趋势。1．1仪

6、器与测量技术的几个发展阶段1.模拟仪器指针式万用表、晶体管电压表等。2.数字化仪器如数字电压表、数字频率计等。3.智能仪器这类仪器内置微处理器,既能进行自动测试又具有一定的数据处理功能。4.虚拟仪器1．2虚拟仪器的特点虚拟仪器软件体系结构(VISA,VirtualInstrumentationSoftwareArchitecture),使得不管虚拟仪器使用的计算机或操作系统是什么,所编写的用户应用程序都是可移植的,软件模块具有通用性。软件代替硬件、以图形代替代码、以组态代替编程、以虚拟代替真实仪器组建自动测试系统1．3虚拟仪器的优点仪器功能是用户根据需要由软件来定义。仪器性能改进

7、或功能扩展只需相关软件设计更新。研制周期相对短与计算机同步发展，灵活开放，易于网络化1．4虚拟仪器的发展虚拟仪器的发展有两条主线:GPIB→VXI→PXI总线方式(适合大型集成系统);PC插卡式→并行接口式→串行接口式(USB)(普及型系统)。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。1．5自动测量系统应用场合高速操作：例如，在短时间内要收集大量数据的脉冲功率诊断。周期长、速度低的操作：例如，环境监视和控制。重复性的操作：例如，自动化的测试和校正，以及需要