虚拟仪器技术+chap1

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1、第1章虚拟仪器概述本章概述1.1虚拟仪器的基本概念1.2虚拟仪器的形成和发展1.3虚拟仪器的系统结构1.4虚拟仪器的软件系统1.5虚拟仪器系统设计及系统集成1.6虚拟仪器技术应用本章总结1.1虚拟仪器的基本概念1.虚拟仪器的定义传统仪器：特定功能和仪器外观。虚拟仪器（VI，VirtualInstrumentation）：是一种以计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软件来定义的计算机仪器。如：虚拟示波器虚拟数字电压表基于虚拟仪器的温度检测与控制2.虚拟仪器

2、的特点从虚拟仪器的组成结构上来看：（1）虚拟仪器的硬件是通用的（包括通用计算机硬件平台和通用的测量功能硬件）；（2）良好的人机界面。虚拟仪器的面板（或称软面板）是虚拟的（通过“控件”虚拟出面板）；（3）功能强。虚拟仪器的功能是由用户软件定义的。（4）虚拟仪器之“虚拟”含义：虚拟仪器面板；软件实现仪器功能。如：基于高速数据采集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚拟示波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟交流数字电压表”、“虚拟频率计”、“虚拟相位计”等不同仪器。（5）因此，软件是虚拟仪器的核心，NI提出“软件即仪器”（Thesoftwareistheinstrum

3、ent）。与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点：（1）功能强、性价比高、开放性（可扩充性）好；充分利用计算机丰富的软硬资源。仪器功能可通过软件灵活设计（基于相同的硬件，通过软件设计可实现不同的虚拟仪器）。仪器升级方便，性价比高（一机多用）。基于计算机网络技术，可实现“网络化虚拟仪器”。（2）操作方便；通过图形用户界面（GUI）操作虚拟仪器面板。（3）硬件模块化、系列化；基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。比较内容虚拟仪器传统仪器系统构成软件和通用硬件。软件是关键专用硬件系统开发周期开发时间短、技术要求低、系统通用性强开发时间长、技术要求高、系统功能

4、较专一开发费用软件使得开发和维护费用降至最低开发与维修开销高技术更新周期短（1~2年）长（5~10年）价格价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵功能可塑性用户定义仪器功能，柔性厂商定义仪器功能，刚性系统开放性开放、灵活，与计算机技术同步发展封闭、固定构成复杂系统能力易与网络及其他周边设备互连功能单一的独立设备人机交互无限的显示选项、界面友好有限的显示选项虚拟仪器与传统仪器的比较：1.2虚拟仪器的形成和发展1.虚拟仪器形成的背景（1）电子测量仪器(ElectronicInstruments)及自动测试系统(AutomaticTestSystem,ATS)的

5、发展（2）仪器与自动测试系统总线技术总线（bus）：信号或信息传输的公共路径。片内总线：微处理器芯片内连接内部各逻辑单元；片间总线：元件级总线（如典型的微机“三总线结构”）。还有串行总线，如：Motorola的SPI（SerialPeripheralInterface，串行外围接口）、Philips的I2C（InterICbus，片间总线）、NS的MicroWire（串行同步双工通信接口）等。内总线：板级总线。如个人计算机的PC/XT、PC/AT、ISA、EISA、MCA、PCI，及工业控制的STD、VME、CompatPCI，仪器与测量系统的CAMA

6、C、VXI、PXI等。外总线：外部通信总线。如RS-232/485、USB、IEEE1394、EPP、SCSI；现场总线CAN、LONworks、FF；仪器与测量系统的GPIB、CAMAC、HP-IL、MXI等。通过总线技术，可实现：模块化硬件设计；标准化；便于生产、维护（维修）、升级；较好的经济性。仪器与自动测试系统几种常用总线的比较摘自：EvaluatingPXIandVXIPlatformsforyourMeasurementandAutomationNeeds，NI（2）虚拟仪器是技术发展的结果计算机技术、软件技术、总线技术、网络技术、微电子技

7、术的发展，及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，使新测试理论、测试方法、测试技术不断出现，仪器与系统的结构不断推陈出新，电子测量仪器及自动测试系统的结构也发生了质的变化，功能与性能得到不断提高。计算机（PC机）处于核心地位，计算机软件技术和仪器与测试系统更紧密结合成了一个有机整体。在上述的背景下，提出了全新概念的仪器——虚拟仪器。1986年，美国国家仪器公司（NI,NationalInstrument）提出了虚拟仪器（VirtualInstrumentation）的概念。1990年代，虚拟仪器得到业界广泛认可和应用，相继推出了基于GPIB总线（Gene

8、ralPurposeInterfaceBus）、PC-DAQ（DataAcquisition）