【文章內(nèi)容簡介】 采用 面向?qū)ο?的編程思想，所以 開發(fā)了框架 封裝 任何用戶構(gòu)建虛擬儀器需要知道的東西 ，使用戶的操作更為便捷 。硬軟件 所涉及的行業(yè) 直接 導(dǎo)致了很多的 行業(yè) 有了自己 的 準(zhǔn)則 ，某些 虛擬儀器平臺(tái) 也就成為了該行業(yè)的 權(quán)威準(zhǔn)則 工具 4 并 得 到認(rèn)可。 至此 ， 人們也逐漸認(rèn)識(shí)到了 框架對(duì)于 虛擬儀器 的重要性， 若想要實(shí)現(xiàn)一般儀器所具有的功能，例如：數(shù)據(jù)采集方面，框架就是實(shí)現(xiàn)目的的重點(diǎn) 。 虛擬儀器的分類 微型計(jì)算機(jī)在不斷的隨著時(shí)代的發(fā)展而 發(fā)展 ，虛擬儀器的關(guān)鍵部分也隨著微型計(jì)算機(jī)而發(fā)展，另外它所 采用總線方式的不同，可 將虛擬儀器分 為五種 類別 ： 一、 PC 總線 —— 插卡型虛擬儀器 這個(gè)種類是由 數(shù)據(jù)采集卡 插入計(jì)算機(jī)內(nèi)再加上 專用的軟件 形成 的 ， 如LabVIEW 相 配合 的 圖形化 界面的 編程工具 ， 它可以 自已 自由的 組建各種 需要的 儀器 。 Labview/cvi 是一種讓 文本編程 更 高效 的編程 開發(fā) 工具，它 讓 計(jì)算機(jī)的 硬件和性能得到了 充分的利用 。但是 也有很多缺點(diǎn)。例如：由于 受 個(gè)人電腦 機(jī)箱 的 限制 ，首先機(jī)箱內(nèi)的噪聲比較大，然后是 插槽數(shù)目 太少 而且 尺寸不符合 等 。另外， PCI總線 虛擬儀器 的 價(jià)格比較昂貴。 二、并行口式虛擬儀器 這一類是一種測(cè)試裝置 。這種裝置 是 聯(lián)結(jié) 到計(jì)算機(jī) 的 并行口 進(jìn)行的 ， 然后 在一個(gè)采集盒 中集成 它的 儀器硬件 。在計(jì)算機(jī)上 安裝儀器軟件 ， 一般 可以完成 對(duì) 各種 儀器 測(cè)量測(cè)試 的功能 。美國 LINK 公司 開發(fā)的 虛擬儀器 ， 功能比較豐富，對(duì)并行口運(yùn)用恰到好處。他們讓虛擬儀器既可以與 臺(tái)式電腦相連，還能夠和筆記本電腦 相連 ，非常方便。 而且 這種虛擬儀器 的價(jià)格比較低，比較受廣大群眾的歡迎，從而比較廣泛的適用于研發(fā)人員和各個(gè) 實(shí)驗(yàn)室。 三、 GBIB 總線方式的虛擬儀器 這種 虛擬儀器 的出現(xiàn) 直接實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對(duì)儀器的控制 ，替代傳統(tǒng)的人工操作方式， 而且 我們可以將以前的傳統(tǒng)方式的 電子測(cè)量 進(jìn)一步發(fā)展，將多臺(tái)儀器組合，讓人工操作單臺(tái)的系統(tǒng) 向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展 。 測(cè)量系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單這些是 GPIB 的特色， 而且這種方式不要求長期應(yīng)用處于 高速傳輸狀況 的計(jì)算機(jī) ，只是對(duì)臺(tái)式機(jī)器的精準(zhǔn)度要求比較高 。 四、 VXI 總線方式虛擬儀器 不會(huì)隨意變動(dòng)的電源，十 分強(qiáng)悍 的冷卻能力 以及完美無缺 的 RFI/EMI 屏蔽 能力，這是 VXI 總線具有 的特征。它 是一種 VI 領(lǐng)域的擴(kuò)展 的 高速計(jì)算機(jī)總線 VME總線 。 VXI 系統(tǒng) 歷經(jīng)十多年的發(fā)展也越來越成熟，它 的組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量 5 系統(tǒng) 也越來越得到廣大群眾的認(rèn)可，特別是 對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合 ，這中優(yōu)勢(shì)是其他 儀器無法比擬的。 但是它的造假比較高，而且組裝 VXI 總線方式虛擬儀器 有一定的困難 。 五、 PXI 總線方式虛擬儀器 PCI 在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展 直接形成了 PXI。 它將 PCI 總線技術(shù) 擴(kuò)展 成 適合于實(shí)驗(yàn)、適合于數(shù)據(jù)采集和電氣、軟件、仿真方面的全新標(biāo)準(zhǔn) ， 以全 面形成新的虛擬儀器的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 。制訂 PXI 規(guī)范的目的 就 是為了將臺(tái)式 的個(gè)人電腦 的 性價(jià)比優(yōu)充分體現(xiàn)，并全面運(yùn)用臺(tái)式個(gè)人的電腦的硬件設(shè)施，最后將 PCI 總線 對(duì)虛擬儀器方面的擴(kuò)展結(jié)合起來， 形成一種完美、實(shí)用的虛擬儀器平臺(tái)，這必然是 虛擬儀器在 未來發(fā)展的主流方向 。 1. 3 與傳統(tǒng)儀器的比較 獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器，例如 數(shù)字信號(hào) 示波器， 與虛擬儀器做比較，只能顯示波形，雖然 性能強(qiáng)大，但是價(jià)格昂貴， 而且功能只有一方面 ，只能完成一 種類型 的工作。因此， 傳統(tǒng)儀器都無法擴(kuò)展他的功能和效果，儀器的整體結(jié)構(gòu)，電路布局，開關(guān)按鈕都是固定點(diǎn)，用戶無法修 改的 。 我們不妨把虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器加以比較。比較結(jié)果如 下 表 11所示： 傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器 主要 是硬件 主要 是軟件 開發(fā) 和 維護(hù)的費(fèi)用 較 高 開發(fā) 和 維護(hù)的費(fèi)用 較 低 技術(shù)更新 的 周期長 技術(shù)更新 的 周期短 價(jià)格高 價(jià)格低，并且可重用性與可配置性強(qiáng) 廠商定義儀器功能 用戶 設(shè)計(jì) 功能 系統(tǒng)封閉、固定 系統(tǒng)開放、靈活 不易與其他設(shè)備連接 容易與其他設(shè)備連接 表 11 從表 11 中可見 ， 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器 二者之間的主要 區(qū)別在于： 后者在 使用時(shí) 可以 自己 設(shè)計(jì)開發(fā)功能 ， 而 前者 的功能 卻 是由廠商定義好的。從 這方面 看 來，那些 儀器 如果是 功能 已經(jīng)固定了，不管是否有其他特點(diǎn)，都 不能 被我們叫做 虛擬 6 儀器。而且 ， 沒有面向科技與工程人員的圖形化開發(fā)平臺(tái)就難以涉及虛擬儀器。 但是 一些很 顯而易見的缺點(diǎn) 在 一般 的 個(gè)人電腦 上存在，例如： 用它 來建立 虛擬儀器 的 效果可能比較低 。 由于微機(jī) 化儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向是 開發(fā) 了 VXI 標(biāo)準(zhǔn)， 這種標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于讓 每一種儀器是一個(gè)插卡， 而且要保證儀器的性能和使用較多的硬件。只是 這 種 卡式儀器 采用的顯示方式，還是在計(jì)算機(jī)屏幕上以虛擬形式出現(xiàn)。 只是 VXI 儀器 的價(jià)格十分高，而后，為了解決這個(gè)問題， 又推出了一 種 PXI標(biāo)準(zhǔn)儀器 ，相 比較而言，這種儀器的價(jià)格就稍微低廉一些了 。 7 2 虛擬儀器軟件體系 虛擬儀器 概述 利用計(jì)算機(jī)的硬 硬件資源和軟 件資源，使本來需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù) 虛擬化 ，以 至于不僅僅 增強(qiáng)系統(tǒng)的 性能與功能，而且 降低系統(tǒng)成本， 是虛擬儀器技術(shù)最核心的思想 。 美國國家儀器有限公司 基于軟件在 VI 系統(tǒng)中的重要作用 ， 提出了 軟件就是儀器 的口號(hào)。 VISA 庫、儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用軟件 這三部分 都 是虛擬儀器軟件的框架 。 VISA（ Virtual Instrumentation software Architecture）虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)就是標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱。一般稱這個(gè) I/O 函數(shù)庫為 VISA庫。 它是一個(gè)個(gè)可以隨便調(diào)用的函數(shù)集合，是為了讓 計(jì)算機(jī) 對(duì) 儀器 的遠(yuǎn)程控制。像這樣必須把計(jì)算機(jī)與儀器之間的軟件層聯(lián)結(jié)起來，才能達(dá)到想要的要求 ， 它 是存在與計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)之中的 VISA 庫去施行 儀器總線的一種 比較特別的 功能 。 儀器驅(qū)動(dòng)程序是完成對(duì)某一特定儀器控制與通信的軟件程序集。它是應(yīng)用程序 完成 儀器控制的 必需品 ，儀器廠商會(huì) 把其 驅(qū)動(dòng)程序 以開源形式處理 ，他們會(huì)把源代碼給客戶 。 應(yīng)用軟件 是直接面對(duì)客戶的，前提是裝好驅(qū)動(dòng)程序 ， 并且提供豐富多彩的界面，形象的圖標(biāo)給用戶使用，借以 完成自動(dòng)測(cè)試任務(wù)。 LabVIEW 簡介 LabVIEW的概念 ， 是 將前面板與流程圖結(jié)合得以勾踐虛擬儀器的工具 。LabVIEW是一種在業(yè)界領(lǐng)先的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程工具，是專門為程序員和科學(xué)家設(shè)計(jì)的直觀圖形化編程工具，它的全稱為實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器開發(fā)平臺(tái) 。 它所建立的虛擬儀器系統(tǒng)是基于軟件和計(jì)算機(jī)及各種不同的測(cè)量儀器硬件集成在一起 ， 用來 形成用戶自定義的解決方案，成為專門數(shù)據(jù)采集與儀器控制，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)而設(shè)計(jì)的圖形化編程軟件，使創(chuàng)建的程序模塊化，易于調(diào)試，理解和維護(hù)，而且程序編程簡單、直觀，因此特別適用于數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。 LabVIEW 的前面板是它的一大特色，它是一種擴(kuò)展， 因?yàn)樗粌H僅具有傳統(tǒng)儀器的效果，更是創(chuàng)建了一種的接口，類似定義一種標(biāo)準(zhǔn)，不管用戶怎么去實(shí)現(xiàn)、定義，都是按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)而來的 。 并且 ， 不像硬件前面板 ，硬件前面板只有一個(gè) 8 定死的功能，但是 軟件前面板 包含了不同的應(yīng)用場(chǎng)合不同的參數(shù)，用戶可以把整個(gè)系統(tǒng)看作一個(gè)虛擬儀器，由一對(duì)多，從一臺(tái)控 制多臺(tái)。 LabVIEW 集成了很多儀器硬件庫 ， 如 GPIB/VXI/PXI/基于計(jì)算機(jī)的儀器、RS232/485 協(xié)議、插入式數(shù)據(jù)采集、模擬 /數(shù)字 /計(jì)數(shù)器 、 I/O、信號(hào)調(diào)理、分布式數(shù)據(jù)采集、圖像獲取和機(jī)器視覺、運(yùn)動(dòng)控制、 PLC/數(shù)據(jù)日志等。 與傳統(tǒng)的編程方式相比 ， 使用 LabVIEW 效率會(huì)有很大的提高 。 LabVIEW 的開發(fā)環(huán)境 LabVIEW的開發(fā)環(huán)境分為三部分 :前面板 (panel)、框圖程序 (Diagram Programme)和圖標(biāo) /連接端口 (Icol/rermin