【正文】 觀的圖形化編程語(yǔ)言 (Graphics Language)。 圖形化軟件開發(fā)平臺(tái)的提出使編程人員不再需要文本方式編程，因而可以減輕系統(tǒng)開發(fā)人員的工作量，使其可將主要精力集中投入到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，而不再是具體軟件細(xì)節(jié)的推敲上。 應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境目前有多種選擇，具體的選擇因人而異，一般取決于開發(fā)人員的喜好，目前，可供開發(fā)人員選擇的虛擬儀器系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境主要包括兩種： (1) 基于傳統(tǒng)的文本語(yǔ)言式的平臺(tái)。對(duì)于應(yīng)用程序來說，它對(duì)儀器的操作是通過儀器驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)的；儀器驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ趦x器的操作與管理，又是通過 I/O軟件所提供的統(tǒng)一基礎(chǔ)與格式的函數(shù)庫(kù) (VISA)的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)的。 I/O接口軟件存在于儀器 (即 I/O接口設(shè)備 )與儀器驅(qū)動(dòng)程序之間，是一個(gè)完成對(duì)儀器寄存器進(jìn)行直接存取數(shù)據(jù)操作，并為儀器與儀器驅(qū)動(dòng)程序提供信息傳遞的底層軟件，是實(shí)現(xiàn)開放的、統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心。具體測(cè)量?jī)x器硬件模塊是指各種傳感器、信號(hào)調(diào)理器、 A/D轉(zhuǎn)換器 (ADC)、 D/A轉(zhuǎn)換器 (DAC)、數(shù)據(jù)采集器 (Data AcQuisition，簡(jiǎn)稱 DAQ)，同時(shí)包括外置測(cè)試設(shè)備。虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和測(cè)控功能硬件兩部分。以 PC機(jī)和工作站為基礎(chǔ)，通過 Inter網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)控，不僅可以充分利用儀器資源、降低檢測(cè)成本，也可以提高測(cè)控系統(tǒng)的功能，拓展其應(yīng)用的范圍。 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 概 述 第三階段稱為虛擬儀器框架。隨著計(jì)算機(jī)的普及，傳統(tǒng)儀器的功能通過這種方式得以較大擴(kuò)展。以前，我國(guó)主要依靠進(jìn)口的如數(shù)字示波器，頻譜分析儀，邏輯分析儀等高檔儀器價(jià)格非常昂貴，而現(xiàn)在就可以只采購(gòu)必要的通用儀器硬件，采用虛擬儀器技術(shù)很經(jīng)濟(jì)地構(gòu)建這些高檔儀器系統(tǒng)。嵌入式數(shù)據(jù)處理器建立的一些功能性數(shù)學(xué)模型，使測(cè)試數(shù)據(jù)不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，這樣就保證了檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。一套虛擬儀器系統(tǒng)就是一臺(tái)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)或工作站配上功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件、低成本的硬件 (例如插入式板卡 )及驅(qū)動(dòng)軟件，它們?cè)谝黄鸸餐瓿蓚鹘y(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器完全采用新的檢測(cè)理念、新的儀器結(jié)構(gòu)、新的檢測(cè)方法和新的開發(fā)手段，使科學(xué)儀器的功能和作用也發(fā)生了質(zhì)的變化。 第三代是智能儀器。它們的主要結(jié)構(gòu)是基于電磁機(jī)械式機(jī)構(gòu)，其測(cè)量結(jié)果是依靠指針顯示，也稱為模擬指針儀表，如模擬萬(wàn)用表、模擬函數(shù)發(fā)生器、指針式電壓表等。 第二代是數(shù)字化儀器。這種儀器內(nèi)部有微處理器，可以進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，可以代替人腦具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，故稱“智能”儀器，其主要功能模塊是硬件與固化的軟件，對(duì)開發(fā)和應(yīng)用仍不靈活。虛擬儀器是電子測(cè)量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的一次技術(shù)飛躍。計(jì)算機(jī)在虛擬儀器中處于核心地位，而完成儀器的各種功能和面板控件均由計(jì)算機(jī)軟件完成，任何一個(gè)用戶均可以在現(xiàn)有硬件的條件下通過修改軟件來改變儀器的功能，因此軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，國(guó)際上也有“軟件即儀器” (The Software is the Instrument)之說。 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 概 述 3. 數(shù)據(jù)表達(dá)更方便 傳統(tǒng)儀器大多需要人工進(jìn)行記錄數(shù)據(jù)，而虛擬儀器則利用計(jì)算機(jī)的顯示、存儲(chǔ)、打印、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，可以方便地把檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)地保存記錄下來，更可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理。 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 概 述 三 . 虛擬儀器的發(fā)展前景 第一階段稱為初級(jí)虛擬儀器。 第二階段稱為開放式虛擬儀器。由我國(guó)自主提出的“框架協(xié)議”開發(fā)系統(tǒng)，利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)封裝出虛擬儀器的功能庫(kù)、控件庫(kù)、開發(fā)系統(tǒng)、幫助模塊、成品模塊等，用戶利用這一系統(tǒng)幾乎可以“零編程”地開發(fā)出虛擬儀器。 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 虛擬儀器的結(jié)構(gòu) 一 .虛擬儀器的結(jié)構(gòu) 虛擬儀器除了測(cè)控對(duì)象、信號(hào)調(diào)理器外，其內(nèi)部主要由三大功能模塊構(gòu)成：信號(hào)的采集與控制、信號(hào)分析與處理、結(jié)果的表達(dá)與輸出。計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)可以是各種類型的計(jì)算機(jī)，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、嵌入式計(jì)算機(jī)、工控機(jī)等。 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 虛擬儀器的結(jié)構(gòu) 目前虛擬儀器的構(gòu)成方式主要有基于 PCDAQ的虛擬儀器系統(tǒng) ， 基于通用總線 GPIB接口的虛擬儀器系統(tǒng) ， 基于 VXI總線儀器實(shí)現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng) ，基于 PXI總線儀器實(shí)現(xiàn)虛擬儀器四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu) 。在 VPP系統(tǒng)規(guī)范中，詳細(xì)規(guī)定了虛擬儀器的 I/O接口軟件的特點(diǎn)、組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)規(guī)范，并將符合 VPP規(guī)范的虛擬儀器 I/O接口軟件定義為虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu) (VISA)軟件。對(duì)于應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員來說，一旦有了儀器驅(qū)動(dòng)程序，即便不了解儀器內(nèi)部操作過程，也可進(jìn)行虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。主要有 NI公司的 LabWindows/CVI，Microsoft公司的 Visual C++、 Visual Basic， Borland公司的 Delphi等。 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái) — LabVIEW簡(jiǎn)介 一 .LabVIEW的特點(diǎn)與功能 LabVIEW是英文 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench(實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái) )的首字母縮寫，它是美國(guó)國(guó)家儀器公司 (National Instruments Corporation)推出的一個(gè)圖形化的軟件開發(fā)環(huán)境。它盡可能利用了技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念。 LabVIEW提供了用于輸入 /輸出、控制、分析和數(shù)據(jù)顯示的數(shù)百個(gè)內(nèi)置函數(shù)。同時(shí)，利用 LabVIEW可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件。 (6) 支持多種操作系統(tǒng)。 (8) 集成了滿足 GPIB、 VXI、 RS232和 RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能。然后把這些 VI組合起來建成頂層的虛擬儀器，該頂層 VI就成為一個(gè)包括眾多功能的子虛擬儀器的集合。有兩個(gè)控制對(duì)象，旋鈕 (Knob)和停止鍵 (Stop)，旋鈕用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生的正弦波的幅值，停止鍵用于啟動(dòng)和停止程序的運(yùn)行。圖 圖，在該圖中可以看到程序框圖中的各組成要素。結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)包括 For循環(huán)、 While循環(huán)、順序結(jié)構(gòu)等，如圖 ②為 While循環(huán)結(jié)構(gòu)，該循環(huán)結(jié)構(gòu)反復(fù)執(zhí)行包含在循環(huán)圈 (即② )內(nèi)的程序，直至達(dá)到某個(gè)邊界條件。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，從前面板控件輸入的數(shù)據(jù)就從這些端口傳送到程序框圖，而當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束后，輸出數(shù)據(jù)就從這些端口輸送到前面板的指示器。 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 虛擬儀器軟件開發(fā)臺(tái) — LabVIEW簡(jiǎn)介 3) 連線 連線是程序框圖中各個(gè)對(duì)象之間數(shù)據(jù)傳遞的通道，類似于普通程序中的變量。 類 型 顏 色 標(biāo)量 一維數(shù)組 二維數(shù)組 整形數(shù) 藍(lán)色 浮點(diǎn)數(shù) 橙色 布爾量 綠色 字符串 粉紅 文件路徑 青色 數(shù)組 隨成員變化 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 虛擬儀器軟件開發(fā)臺(tái) — LabVIEW簡(jiǎn)介 在圖 ， 由信號(hào)發(fā)生函數(shù)產(chǎn)生的正弦信號(hào)通過連線傳到顯示端口 ， 再由顯示端口傳入顯示控件顯示 ， 并由旋鈕調(diào)節(jié)正弦信號(hào)的幅值 。圖標(biāo) /連接器可以讓用戶把 VI程序變成一個(gè) VI對(duì)象 (子程序 )，然后在其他程序中調(diào)用。通過它們即可實(shí)現(xiàn)程序開發(fā)，現(xiàn)分別介紹如下。模板上方具有綠色指示燈的圖標(biāo)表示自動(dòng)選擇工具，當(dāng)選中該按鈕后，指示燈亮， LabVIEW根據(jù)光標(biāo)指示的對(duì)象與其他對(duì)象的關(guān)系自動(dòng)為用戶選擇工具。當(dāng)它用于改變對(duì)象的大小時(shí)，會(huì)變成相應(yīng)形狀 Position/Size/Select 定位與選擇工具 用于操作前面板的控制和顯示對(duì)象。通過探針窗口來觀察程序運(yùn)行的中間結(jié)果 Probe Data 探針工具 使用該工具在 VI的程序框圖的對(duì)象上設(shè)置斷點(diǎn) Set/ClearBreakpoint 斷點(diǎn)工具 使用該工具就可以不需要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游 Scroll Windows 窗口漫游工具 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 虛擬儀器軟件開發(fā)臺(tái) — LabVIEW簡(jiǎn)介 2. 控件模板 (Control Palette) 在前面板的空白處單擊右鍵或單擊 Windows菜單的 Show Controls Palette命令就可以打開控件模板。 表 74 控件子模板的名稱和功能 字符串的控制和顯示、路徑的控制和顯示、聯(lián)合框 String amp。 Table 列表和表格 數(shù)組殼、簇殼、錯(cuò)誤信息控制件和顯示件 Array amp。以同樣的方法在控件模板的 Numeric子模板中調(diào)用 Knob控件，在 Boolean子模板中調(diào)用 Stop Button?？丶谇懊姘宓呐帕幸部梢圆捎霉ぞ邨l上的對(duì)齊工具，該工具條包括頂端對(duì)齊、水平中心對(duì)齊、底端對(duì)齊和左端對(duì)齊、垂直中心對(duì)齊和右端對(duì)齊六個(gè)工具。屬性對(duì)話框?qū)崿F(xiàn)對(duì)象特有參數(shù)的基本設(shè)置，在快捷菜單上單擊 Properties可以彈出屬性對(duì)話框，在該對(duì)話框中可進(jìn)行各項(xiàng)屬性設(shè)置，使其滿足設(shè)計(jì)要求。函數(shù)模板如圖 ，其子模板的名稱及功能見表 75。包括調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)和 CIN節(jié)點(diǎn)等功能的處理模塊 Graphics amp。 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 虛擬儀器軟件開發(fā)臺(tái) — LabVIEW簡(jiǎn)介 2) 連線 在程序框圖的設(shè)計(jì)中，連線是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，在 LabVIEW中可以采用手工連線和自動(dòng)連線兩種方式。自動(dòng)布線命令可以使布線更合理，可以在手動(dòng)連線時(shí)在連線上單擊鼠標(biāo)右鍵彈出快捷菜單用 Clean Up Wire命令重新布置連線。 LabVIEW找到它認(rèn)為數(shù)據(jù)類型最匹配的端口進(jìn)行連線。停止按鈕 用于在程序運(yùn)行中非正常的停止程序運(yùn)行，在程序運(yùn)行后該按鈕由暗變亮。單擊運(yùn)行按鈕， VI程序就以較慢的速度運(yùn)行，并在程序的運(yùn)行中用氣泡顯示數(shù)據(jù)沿著連線從一個(gè)節(jié)點(diǎn)流向另一節(jié)點(diǎn)的情況。單擊工具條的單步按鈕 或 ，激活單步執(zhí)行，閃爍的節(jié)點(diǎn)表示該節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備執(zhí)行。 第七章虛擬儀器系統(tǒng) 虛擬儀器軟件開發(fā)臺(tái) — LabVIEW簡(jiǎn)介 4) 斷點(diǎn) 斷點(diǎn)工具 用于使程序在某處暫停執(zhí)行