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1、科技通报241999年1月虚拟仪器——测试技术的新领域陈隆道 周 箭 许 昌(浙江大学电机系 杭州310027)摘 要虚拟仪器是计算机技术在仪器仪表领域中应用所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类L本文较全面地论述了虚拟仪器的概念、硬ö软件基础,着重介绍了以LabVIEW为例的虚拟仪器软件开发平台,并提供了一些具体的虚拟仪器技术应用实例L关键词:虚拟仪器 VXI技术 LabVIEW软件开发平台1前 言 传统的测量仪器主要由三个功能块组成:信号的采集与控制单元、信号的分析与处理单元、结果的表达与输出单元L由于这些功能块基本上是由硬件或固化的
2、软件形式存在,仪器只能由生产厂家来定义、制造,因此传统仪器设计复杂、灵活性差,没有摆脱独立使用、手动操作的模式,整个测试过程几乎仅限于简单地模仿人工测试的步骤,在一些较为复杂和测试参数较多的场合下,使用起来很不方便L计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及,有力地促进了多年来发展相对缓慢的仪器技术L目前正在研究的第三代自动测试系统中,计算机处于核心地位,计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成了一个有机整体,仪器的结构概念和设计观点等都发生了突破性的变化,出现了新的仪器概念——虚拟仪器VI(VirtualInstrument)L由于虚拟仪器应用软件
3、集成了仪器的所有采集、控制、数据分析、结果输出和用户界面等功能,使传统仪器的某些硬件乃至整个[1]仪器都被计算机软件所代替L因此,从某种意义上可以说:软件就是仪器L2虚拟仪器的基本概念、构成及其特点 虚拟仪器是一个新型的概念,是计算机技术在仪器仪表领域的应用所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类,它是计算机硬件资源、仪器测ö控硬件和用于数据分析、过程通讯及图[1]形用户界面的软件之间的有效结合L虚拟仪器通过提供给用户组建自己仪器的可重用源代码库,处理模块间通讯、定时、触发等功能,强调在通用计算机平台的基础上,通过软件和软面板,把由厂家定义的
4、传统仪器转变为由用户定义的、由计算机软件和几种模块组成的专用仪器L虚拟仪器的出现,彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式,虚拟仪器技术给 收稿日期:1997212223 修回日期:1998205219©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第15卷第1期1期 陈隆道等. 虚拟仪器——测试技术的新领域 25了用户一个充分发挥自己能力和想象力的空间L
5、虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等L其中,硬件接口模块可以包括插入式数据采集卡(DAQ)、串ö并口、IEEE488接口(GPIB)卡、VXI控制器以及其它接口卡L目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统、GPIB仪器控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合L在这里,硬件仅仅是为了解决信号的输入输出,软件才是整个系统的关键L与传统仪器相比,虚拟仪器的特点在于:1)打破了传统仪器的“万能”功能概念,将信号的分析、显示、存储、打印和其它管理集中交由计算机来处理L由于充分利用计算机技术,完善了数据的传输、交换等性能,使
6、得组建系统变得更加灵活、简单L2)强调“软件就是仪器”的新概念,软件在仪器中充当了以往由硬件实现的角色L由于减少了许多随时间可能漂移、需要定期校准的分立式模拟硬件,加上标准化总线的使用,使系统的测量精度、测量速度和可重复性都大大提高L3)仪器由用户自己定义,系统的功能、规模等均可通过软件修改、增减,可方便地同外设、网络及其它应用连接L4)鉴于虚拟仪器的开放性和功能软件的模块化,用户可以将仪器的设计、使用和管理统一到虚拟仪器标准,使资源的可重复利用率提高,系统组建时间缩短,功[2,3]能易于扩展,管理规范,使用简便,软ö硬件生产、维护和开发的费用
7、降低L3 虚拟仪器的硬件基础 在虚拟仪器中,插入式数据采集卡(DAQ)是最常用的接口形式之一,其功能是将现场数据采集到计算机中L目前插入式数据采集卡已具有兆赫级的采样速度,精度高达24位,具有可靠性高、功能灵活、性能ö价格比高等特点L用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件,便[2,4]可构成各种数据采集控制仪器ö系统,如信号发生器、电路和器件测试仪等L目前虚拟仪器最引人注目的结构形式是采用VXI总线技术组建的自动测试系统LVXI仪器系统以SCPI为仪器程控语言,综合了GPIB仪器和DAQ板的精华,将仪器与仪器、仪器与计算机更紧密地联系在一起
8、LVXI的标准开放结构、即插即用(Plug&Play)和虚拟仪器软件体系结构VISA等允许用户在组建VXI系统时根据自己的实际情况自由选择仪器模块,而
