《虚拟仪器系统》PPT课件

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1、返回总目录第7章虚拟仪器系统概述一.虚拟仪器的概念第一代仪器是模拟式仪器仪表。它们的主要结构是基于电磁机械式机构，其测量结果是依靠指针显示，也称为模拟指针仪表，如模拟万用表、模拟函数发生器、指针式电压表等。第二代是数字化仪器。它们将模拟信号转化为数字信号，以数字形式输出与显示出结果。如数字万用表、数字存储示波器、数字电压表等。第三代是智能仪器。这种仪器内部有微处理器，可以进行自动检测，可以代替人脑具有一定的数据处理能力，故称“智能”仪器，其主要功能模块是硬件与固化的软件，对开发和应用仍不灵活。概述随着计算机硬件技术、软件技术、总线技术

2、的高速发展，出现了全新概念的第四代仪器——虚拟仪器(VirtualInstruments，简称VI)。1986年美国的国家仪器公司(NationalInstrumentsCorporation，简称NI)首先提出了虚拟仪器的概念。虚拟仪器完全采用新的检测理念、新的仪器结构、新的检测方法和新的开发手段，使科学仪器的功能和作用也发生了质的变化。虚拟仪器是电子测量技术与仪器领域中的一次技术飞跃。虚拟仪器是当今计算机辅助测试(CAT)领域研究和应用的热点，它为工程师和科学家提高生产率、测量精度及系统性能做出了很大的贡献。概述通常意义上说，虚拟

3、仪器就是利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，利用计算机软件来实现信号数据的运算、分析和处理，利用计算机显示器来模拟传统仪器控制面板来输出检测结果，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能强大的应用软件、低成本的硬件(例如插入式板卡)及驱动软件，它们在一起共同完成传统仪器的功能。计算机在虚拟仪器中处于核心地位，而完成仪器的各种功能和面板控件均由计算机软件完成，任何一个用户均可以在现有硬件的条件下通过修改软件来改变仪器的功能，因此软件是虚拟仪器的关键，国际上也有“软件即仪器

4、”(TheSoftwareistheInstrument)之说。1.能自由定义，仪器开放灵活如前所述，传统仪器的功能是由厂方定义的，对用户来说是封闭的、固定的，不方便进行扩展；而虚拟仪器的功能不是事先由厂家决定，而是由用户根据自己的检测需要用软件来定义的，从而使得整个仪器的功能以及操作面板就更具个性化；另外，虚拟仪器基于计算机网络技术和接口技术，比传统仪器更方便与其他仪器设备、网络等连接，易于构成自动检测系统，易于实现测量、控制过程的智能化、网络化，从而使检测系统更开放、更灵活。二.虚拟仪器的特点概述概述2.检测效果更好，精度更高利用

5、传统仪器进行检测任务时，人工干预较多，检测的速度、精度、稳定性、可靠性等要求往往难以保证，而虚拟仪器基于计算机总线和模块化仪器总线技术，硬件实现了模块化、系列化，同时利用计算机及软件将多种检测功能集成于一体的方法不仅缩短了检测时间，而且也提高了检测的精度。嵌入式数据处理器建立的一些功能性数学模型，使测试数据不会随时间发生变化，这样就保证了检测结果的稳定性和可重复性。概述3.数据表达更方便传统仪器大多需要人工进行记录数据，而虚拟仪器则利用计算机的显示、存储、打印、网络传输等功能，可以方便地把检测结果实时地保存记录下来，更可以直接进行数据

6、分析、处理。4.开发费用更低，技术更新更快传统仪器硬件是关键部分，开发维护费用很高，技术更新周期长；而虚拟仪器的关键部分是软件，减少了大量仪器硬件的制作，就使得虚拟仪器的研制周期比传统仪器大为缩短，即开发费用更低，技术更新更快。概述5.更经济实惠首先，虚拟仪器的前面板上的控件都是与实物相像“图标”，而不是传统仪器上的“实物”，并且每个图标都对应着相应的软件程序，用户可用计算机的鼠标“点击”来对其进行操作；另一方面，虚拟仪器的检测功能是在PC计算机为核心组成的硬件平台上，通过软件编程设计来实现仪器的检测功能，而且用户可以根据自己的测试需

7、要，通过软件模块的组合来实现各种不同的检测功能，从而大大缩小了仪器硬件的成本。以前，我国主要依靠进口的如数字示波器，频谱分析仪，逻辑分析仪等高档仪器价格非常昂贵，而现在就可以只采购必要的通用仪器硬件，采用虚拟仪器技术很经济地构建这些高档仪器系统。概述三.虚拟仪器的发展前景第一阶段称为初级虚拟仪器。它是利用计算机来增强传统仪器的功能。随着GPIB总线标准的确立，人们把传统仪器通过GPIB和RS-232C同计算机连接，从而可以用计算机来控制仪器。随着计算机的普及，传统仪器的功能通过这种方式得以较大扩展。第二阶段称为开放式虚拟仪器。随着插入

8、式数据处理卡的出现，如基于台式计算机PCI总线的数据采集卡(DAQ)、基于笔记本计算机PCMCIA总线的数据采集卡，特别是VXI及PXI总线的确立，使得虚拟仪器进入了开放式时代。目前比较流行的开放式虚拟仪器的开发系统是N