虚拟仪器导论及应用

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1、第一部分题目：虚拟仪器概论随着微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术的迅速发展，新的测量理论、测量方法、测量领域和新的仪器结构不断岀现，在许多方面已经突破了传统仪器的概念。尤其是以计算机为核心的仪器系统与计算机软件技术的紧密结合，导致了仪器的概念发生了突破性的变化，出现了一种全新的仪器概念一虚拟仪器。虚拟仪器要比传统的电子仪器更为通用，在组建和改变仪器的功能和技术性能方面更为灵活、更为经济，更能适应迅猛发展的当代科学技术对测量技术和测量仪器不断提岀的更新并扩展功能与性能的要求。因此，虚拟仪器发展很快。虚拟仪器是指在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己设计

2、定义,具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统。传统仪器面板上的器件都是实物，而虚拟仪器面板控件是外形与实物相像的图标，其操作对应着相应的软件程序，使用鼠标式键盘操作虚拟面板的控件。传统的仪器特别是早期的仪器，它的功能是通过硬件来实现的，而虚拟仪器是通过软件编程来实现的。自从美国国家仪器公司与1986年提出虚拟仪器的概念至今，虚拟仪器的发展大约可分为三个阶段：第一阶段是利用计算机增强仪器的功能：利用GPIB总线和RS-232总线同计算机连接起来，用户就可以用计算机控制仪器。第二阶段是开放式的仪器结构：一是插入式计算机数据处理卡；二是VXI仪

3、器总线标准的确立。第三阶段虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用：几个虚拟仪器平台已经得到认可，并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具。随着微电子技术，计算机软、硕件技术，通信技术和网络技术的飞速发展,虚拟仪器技术日新月异：（1）开放式出局采集标准将使虚拟仪器走上标准化、通用化、系列化和模块化的道路:1998年9月成立的TVT基金会努力从基本的互操作性到可互换性，为仪器驱动程序提升标准化水平。通过为仪器类制定个统一的规范，使测试工程师获得更大的硬件独立性，使用户在测试过程中不需要更改软件程序就可以替换设备，减少了软件维护和支持费用、缩短了仪器编程时间、提高了运行性能，具有极其

4、重要的现实意义和非常广阔的应用前景。（2）电子测量仪器经历了由模拟仪器、数字化仪器、智能仪器到可编程的虚拟仪器的发展历程。其中每一次飞跃无不以高性能计算机的发展为动力。近年来，计算机的处理能力一直按指数倍提高，发展之快已把传统仪器远远抛在了后面。计算机具有仪器所需要的最好的性价比、最先进的显示与存储能力，尤其是计算机总线技术的发展，在提高总线速度和推广标准化等方面都取得了很大的成就。计算机生产厂商之间的激烈竞争保证了计算机在显示、存储能力与处理性能等方面仍将高速发展。（3）NI公司与2006年8月正式推出LabVIEW8.2版木一这是专用于控制、测试和嵌入式系统开

5、发的LabVTEW图形化系统设计平台的20周年纪念版。该版本通过增加高级分析和控制设计、改进的分布式系统管理，以及新的人机交互界面等特性，加强了LabVIEW在工业测量方面的性能。此外，NI还引进了简化自定义控制器硬件开发的技术，并提供了显示目标硬件。由此可见，虚拟仪器软件环境将朝着为广大用户提供简单易用的图形化开发环境已用于测试、测量与控制应用系统开发的方向，帮助工程师和科学家们实现更高开效率的方向前进。（4）数据采集产品性能不断提高，为测试技术水平的提高提供了可靠保证。（5）网络技术的迅猛发展，给人们的生活带来了显著的变化，为仪器的网络化奠定了基础。将网络技术

6、与虚拟仪器相结合，可形成基于网络化的虚拟仪器。虚拟仪器技术的不断发展取决于3个重要因素：计算机的发展是动力，软件是主宰，高性能的A/D釆集卡、调理放大器及传感器是关键。虚拟仪器由硬件和软件两部分组成：虚拟仪器的硬件：硬件是虚拟仪器工作的基础，主要完成被测信号的采集、传输、存储处理和输入、输出等工作，由计算机和I/O接口设备组成。计算机一般为一台PC或工作站，是硕件平台的核心，它包括微处理器、存储器和输入输出设备等，用来提供实时高效的数据处理工作。I/O接口设备即釆集调理部件，包括PC总线的数据采集卡、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、PXI总线仪器模块LXT总

7、线仪器模块、串口总线一起和现场总线仪器模块等标准总线仪器，主要完成被测信号的采集、放大和模数转换。根据构成虚拟仪器接口总线的不同，可分为如下几种构成方案：（1）基于数据采集卡的虚拟仪器。（2）基于GPIB总线方式的虚拟仪器。（3）基于VXI总线方式的虚拟仪器。（4）基于PXI总线方式的虚拟仪器。（5）基于LXI总线方式的虚拟仪器。虚拟仪器的软件：软件是虚拟仪器的关键，通过运行在计算机上的软件，一方面实现虚拟仪器图形化仪器界面，给用户提供一个检验仪器通信、设置仪器参数、修改仪器操作和实现仪器功能的人机接口「另一方面使计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的分析，完成

8、数据的输入