测试系统技术 教学课件 作者 郭军 第1－8章第5章.ppt

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1、第5章虚拟仪器技术5.1概述5.2虚拟仪器的构成形式5.3虚拟仪器开发平台5.4应用实例习题与思考题5.1概述5.1.1虚拟仪器的概念1986年美国国家仪器公司(NI，NationalInstruments)首先提出虚拟仪器的概念，它突破了传统仪器以硬件为主体的模式，强调用软件来开发仪器功能，提出了“软件就是仪器”的全新理念。利用虚拟仪器，用户可以很方便地组建各种计算机辅助测试系统。虚拟仪器的定义可以归纳为以计算机为核心，最大限度地利用计算机的软硬件资源，使计算机在仪器中不仅能完成测试过程控制、数据运算处理，而且还可以使用功能强大的软件去代替传统仪器的某些硬件功能，

2、直接产生激励信号，实现测试功能。5.1.2虚拟仪器的发展历史及趋势随着智能仪器和个人计算机(PC机)的大量应用，在工程技术人员的工作台上常常会出现多台带有微机的仪器与PC机同时使用。一个系统中拥有多台微机、多套存储器、显示器和键盘，但又不能相互补充或替代，造成了资源的极大浪费。1982年，美国西北仪器系统公司推出了第一台个人仪器(PersonalInstrument),个人仪器也称为PC仪器(PCInstrument)或卡式仪器。在个人仪器(或个人仪器系统)中，通用的个人计算机代替了智能仪器中的微机及其键盘、显示器等人机接口部分，由置于个人计算机扩展槽或专门的仪器扩展

3、箱中的插卡或模块来实现仪器功能。这些仪器插卡或模块通过PC总线直接与计算机相连。个人仪器充分利用了PC机的软件和硬件资源，相对于传统仪器大幅度地降低了系统成本、缩短了研制周期，因此，个人仪器得以十分迅速的发展。到20世纪90年代，PC机的发展更加迅速，面向对象和可视化编程技术在软件领域为更多易于使用、功能强大的软件开发提供了可能性，图形化操作系统Windows成为PC机的通用配置。虚拟现实、虚拟制造等概念纷纷出现，发达国家更是在虚拟技术领域的研究上投入了巨资，希望有朝一日能在它的带动下率先进入信息时代。在这种背景下，虚拟仪器的概念在世界范围内得到广泛的认同和应用。美国N

4、I公司、HP公司、Tektronix公司、RacalDana公司等相继推出了基于GPIB总线、PC-DAQ(DataAcquisition)和VXI总线等多种虚拟仪器系统。在虚拟仪器得到人们认同的同时，虚拟仪器的相关技术规范也在不断地完善。1993年9月，为了使VXI总线更易于使用，保证VXI总线产品在系统级的互换性，GenRad、NI、RacalInstruments、Tektronix和Wavetek公司发起成立了VXI即插即用(VXIPlug&Play，VPP)系统联盟，并发布了VPP技术规范。作为对VXI总线规范的补充和发展，VPP规范定义了标准的系统软件结构框架

5、，对VXI总线系统的操作系统、编程语言、仪器驱动器、高级应用软件工具、虚拟仪器软件体系结构(VISA)、产品实现和技术支持等方面做了详细的规定，从而真正实现了VXI总线系统的开放性、兼容性和互换性，进一步缩短了VXI系统的集成时间，降低了系统成本。VXI总线系统也因此成为虚拟仪器系统的理想硬件平台，完整的虚拟仪器技术体系得以建立。为了进一步方便虚拟仪器用户对系统的使用和维护，解决测试软件的可重用和仪器的互换性问题，1997年春季，NI公司又提出了一种先进的可交换仪器驱动器模型——IVI(InterchangeableVirtualInstruments，可互换式虚拟仪器

6、)。1997年夏天，IVI基金会成立并发布了一系列IVI技术规范。在VPP规范的基础上，IVI规范建立了一种可互换的、高性能的、更易于维护的仪器驱动器，并且支持仿真功能、状态缓冲、状态检查、互换性检查和越界检查等高级功能。IVI规范允许测试工程师在系统中更换同类仪器的同时，无需改写测试软件；也允许开发人员在系统研制阶段或价值昂贵的仪器没有到位之前，利用仿真功能开发仪器测试代码。这无疑将有利于节省系统开发、维护的时间和费用，增加了用户在组建虚拟仪器系统时硬件选择的灵活性。目前，IVI技术规范仍在不断完善之中。从20世纪80年代NI公司提出虚拟仪器的概念至今只有短短的十余年

7、时间，但虚拟仪器产品已占有了世界仪表仪器市场10%左右的份额。从事测试系统研究和研制的科学家和工程师们清楚地认识到虚拟仪器不仅是21世纪仪器发展的方向，而且必将逐步取代传统的硬件化电子仪器，使成千上万种传统仪器都融入计算机体系中。到那时，电子仪器在广义上已不是一个独立的分支，而是已演变成为信息技术的本体。5.1.3虚拟仪器的特点及优势虚拟仪器概念是对传统仪器概念的重大突破，是计算机与测试技术相结合的产物。与传统仪器相比，虚拟仪器具有很高的灵活性，用户可以通过编制软件来定义它的功能。概括地说,它主要有以下特点：(1)软件是