【正文】 上點(diǎn)擊相應(yīng)的功能模塊，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，然后進(jìn)行相對應(yīng)的操作。這樣使學(xué)生容易理解各個(gè)電路的功能以進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練和自主學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生的能力培養(yǎng)。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 虛擬儀器 概述 從儀器的發(fā)展史可以看出，儀器領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)歷了兩次技術(shù)革命。第一次是由數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展引起的，使儀器進(jìn)入數(shù)字化儀器時(shí)代；第二次儀器革命是由于微處理器的廣泛應(yīng)用引起的，使儀器進(jìn)入智能儀器時(shí)代。而現(xiàn)在正在進(jìn)行著第三次儀器革命即虛擬儀器時(shí)代，這和通用計(jì)算機(jī)硬軟件技術(shù)的進(jìn)步密不可分的。 一 、 虛擬儀器的簡介 美國 國家 儀器公司 NI（ National Instruments）提出 了 虛擬測量儀器（ Virtual Instrument，簡稱 VI）的 概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來，從而開創(chuàng)了 “ 軟件即是儀器 ” 的先河。 虛擬儀器 (VI)是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字化測量測試儀器， 用計(jì)算機(jī)屏幕形象、方便地模擬各種儀器的調(diào)控面板，以各種需要的形式表達(dá)輸出檢測結(jié)果；用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)大部分信號(hào)的分析和處理，完成各種調(diào)控和測試功能。 “ 軟件即是儀器 ” ，在虛擬儀器系統(tǒng)中，軟件發(fā)揮著核 心作用，在其中，硬件僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，而核心功能以軟件來完成，基于虛擬儀器，用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能，通過軟件修改的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。 因此利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源，配以獨(dú)特設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用軟件，可以實(shí)現(xiàn)普通儀器的全部功能以及一些在普通儀器上無法實(shí)現(xiàn)的特殊功能 [1]。 VI 是計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測量技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)晶，代表著當(dāng)今儀器發(fā)展的最新趨勢。 自美國國家儀器公司在 1986 年提出虛擬儀器的概念之后，虛擬儀器技術(shù)便一直成為發(fā)達(dá)國家自動(dòng)測控領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和應(yīng)用前沿。 20 多 年來，無論是初學(xué)乍用的新手還是經(jīng)驗(yàn)豐富的程序開發(fā)人員，虛擬儀器在各種不同的工程應(yīng)用和行業(yè)的測量及控制的用戶中廣受 歡迎。 二 、 虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀 國外：自 20 世紀(jì) 80 年代以來， NI 公司研制和推出了多種總線系統(tǒng)的虛擬儀大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 器，其代表產(chǎn)品是 LabVIEW 圖形編程系統(tǒng)。隨后 HP 公司也推出了 HPVEE 編程系統(tǒng)。后來世界上又陸續(xù)百家公司如 Tektronix 公司、 Racal 公司也相繼推出了各自的產(chǎn)品。 1988 年，全球只有 5家制造商推出的 30余種產(chǎn)品； 1994 年，已有 90余家近 1000 多種產(chǎn)品問世。 但最早和最具影響力的還是 NI 公司的圖形化開發(fā)平臺(tái)LabVIEW。虛擬儀器在國外已發(fā)展成為一種新的產(chǎn)業(yè)。美國是虛擬儀器的誕生地，目前也是全球最大的虛擬儀器制造國 [2]。 國內(nèi)： 20 世紀(jì) 90 年代中期開始引進(jìn)、研究和開發(fā)工作， 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)將虛擬儀器研究作為現(xiàn)代機(jī)械工程科學(xué)前沿學(xué)科之一，列入為 “十五”期間優(yōu)先資助領(lǐng)域。目前有些研究已取得可喜成績，如 863 項(xiàng)目“虛擬儀器關(guān)鍵技術(shù)的研究及其產(chǎn)業(yè)化”，所研制的“一體化虛擬儀器”就是一種不同于歐美虛擬儀器的技術(shù)。這項(xiàng)成果表明我國在虛擬儀器方面走出一條自主創(chuàng)新的路子。 據(jù) “ 國際自動(dòng)化儀 表 ” 雜志 1999 年預(yù)測：到 21世紀(jì)前十年，全世界將有 50%的儀器儀表為虛擬儀器，其生產(chǎn)廠家將超過千家，產(chǎn)品將達(dá)到數(shù)千種。市場占有率將達(dá)到電測儀器儀表的 50%以上。 三 、 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)和分類 虛擬儀器可以概括為：采集硬件 +顯示面板 +算法軟件 虛擬儀器本質(zhì)上是一個(gè)開放型的結(jié)構(gòu)，由通用計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器或其他 CPU 來提供信號(hào)處理、存儲(chǔ)和顯示功能，由數(shù)據(jù)采集板卡、 CPB 或 VXI 總線接口板進(jìn)行信號(hào)的獲取與控制，實(shí)現(xiàn)儀器的功能。根據(jù)它采用總線方式的不同 [3]，可分為以下幾種類型： 傳感器 調(diào)理器 采集器 I/O口 I/O驅(qū)動(dòng) 面板算 法 虛 擬 儀 器 硬件 軟件 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 PC 總線 —— 插卡型虛 擬儀器 這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如 LabVIEW 相結(jié)合，它可以通過各種控件自已組建各種儀器。 Labview/cvi 是基于文本編程的程序 員 提 供 高 效 的 編 程 工 具 ， 通 過 三 種 編 程 語 言 Visual C++,Visual Basic,Labviews/cvi 構(gòu)成測試系統(tǒng)，它充分利用計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及軟件的便利。但是受 PC 機(jī)機(jī)箱和總線限制，且有電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無屏蔽等缺點(diǎn)。另外， ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰， PCI 總線的虛擬儀器價(jià) 格比較昂貴。 并行口式虛擬儀器 最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測試裝置，它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上，通?？梢酝瓿筛鞣N測量測試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計(jì)、數(shù)字萬用表、功率計(jì)、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國 LINK公司的 DSO2XXX 系列虛擬儀器 ,它們的最大好處是可以與筆記本計(jì)算機(jī)相連，方便野外作業(yè)，又可與臺(tái)式 PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用，非常方便。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種 教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。 GBIB 總線方式的虛擬儀器 GPIB 技術(shù)是 IEEE488 標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測量獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測試系統(tǒng)發(fā)展，典型的 GPIB 系統(tǒng)由一臺(tái) PC機(jī)、一塊 GPIB 接口卡和若干臺(tái) GPIB 形式的儀器通過 GPIB 電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊 GPIB 接口可帶多達(dá) 14 臺(tái)儀器，電纜長度可達(dá) 40 米。 GPIB 技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺(tái)儀器組合起來，形成自動(dòng)測量系統(tǒng)。 GPIB 測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單，主要應(yīng)用于臺(tái)式 儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。 VXI 總線方式虛擬儀器 VXI 總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線 VME 總線在 VI 領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的 RFI/EMI 屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過十多年的發(fā)展， VXI 系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢。然而，組建 VXI 總線要求有機(jī)箱、零槽管 理器及嵌入式控制器，造價(jià)比較高。 PXI 總線方式虛擬儀器 PXI 總線方式是 PCI 總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求形成的