第1章 虚拟仪器及应用_

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1、虚拟仪器及应用第1章LabVIEW概述1.1虚拟仪器的基本概念1.2LabVIEW简介1.3练习实验本章小结1.1虚拟仪器的基本概念1.1.1什么是虚拟仪器20世纪80年代末美国研制成功了虚拟仪器。虚拟仪器的发展标志着自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个崭新方向。所谓虚拟仪器(VirtualInstrument，简称VI)，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标点击虚拟面板，就可操作这台计算机系统硬件平台，就如同使用一台专用电测量仪器。虚

2、拟仪器的出现，使测量仪器与个人计算机的界线模糊了。虚拟仪器是利用PC计算机显示器(CRT)的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用PC计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。“虚拟”二字主要包含两方面的含义：第一，虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。如由各种开关、按键、显示器等实现仪器电源的“通”、“断”；被测信号“输入通道”、“放大倍数

3、”等参数设置；测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。传统仪器面板上的器件都是“实物”，而且是由“手动”、“触摸”来进行操作的，而虚拟仪器面板控件是外形与实物相像的“图标”，“通”、“断”、“放大”等，对应着相应的软件程序。因此，设计虚拟面板的过程就是在“前面板”设计窗口中，从控制模板选取、摆放所需的图形“控件”。大多数初学者多可以利用虚拟仪器的软件开发工具，尤其是LabVIEW图形化编程语言，在短时间内轻松完成一个美观而又实用的“虚拟仪器前面板”的设计，整个设计过程轻松而有趣。第二，虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的。在以

4、PC计算机为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能，因此有在硬件平台确定后“软件就是仪器”的说法。它体现了测试技术与计算机深层次的结合。1.1.2虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点可归纳为：在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的，而不是事先由厂家定义好的。仪器性能的改进和功能扩展只需进行相关软件的设计更新，而不需购买新的仪器。研制周期较传统仪器大为缩短。虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同

5、步发展，可与网络及其它周边设备互联。决定虚拟仪器具有上述传统仪器不可能具备的特点的根本原因在于：“虚拟仪器的关键是软件”。虚拟仪器在工程应用和社会经济效益方面具有突出优势。目前，我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加工工艺复杂，对制造水平要求高，生产突破有困难，而采用虚拟仪器技术，可以通过只采购必要的通用仪器硬件来设计自己的高性能价格比的仪器系统。1.1.3虚拟仪器的构成及其分类虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简称硬件平台)和应用软件两大部分构成。1.1.3.1通用仪器硬件平台构成虚拟仪器

6、的硬件平台有两部分：(1)计算机：一般为一台PC机或者工作站，它是硬件平台的核心。(2) I/O接口设备：主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换。可根据实际情况采用不同的I/O接口硬件设备，如数据采集卡/板(DAQ)、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口仪器等。虚拟仪器的构成方式主要有五种类型，如图1–1框图所示。图1–1虚拟仪器的构成方式PC–DAQ系统：是以数据采集板、信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。采用PCI或ISA计算机本身的总线，故将数采卡/板(DAQ)插入计算机的空槽中即可。

7、GPIB系统：以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。VXI系统：以VXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。PXI系统：以PXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。串口系统：以Serial标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。无论上述哪种VI系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合。其中，PC–DAQ测量系统是构成VI的最基本的方式，也是最廉价的方式。1.1.3.2软件结构虚拟仪器软件由两大部分构成。(1)应用程序。

8、它包含两个方面的程序：①实现虚拟面板功能的前面板软件程序。②定义测试功能的流程图软件程序。(2) I/O接口仪器驱动程序。这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。开发虚拟仪器，必须有合适的软件工具，目前已有多种虚拟仪器的软件开发工具。文本式编程语言：如C、Visu