【文章內(nèi)容簡介】 （ 2）可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。 （ 3）用 戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器 虛擬儀器的主要優(yōu)勢有： （ 1） 性能高。 （ 2）擴展性強。 （ 3） 開發(fā)時間少。 （ 4）無縫集成。 系統(tǒng)組成 （ 1）高效的軟件： 軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過設(shè)計或調(diào)用特定的程序模塊，工程師和科學(xué)家們可以高效地創(chuàng)建自己的應(yīng)用以及友好的人機交互界面。提供的行業(yè)標(biāo)準圖形化編程軟件 —— Lab VIEW，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲的方式，并將結(jié)果顯示給用戶。此外，還 提供了更多交互式的測量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例如連接設(shè)計與測試的交互式軟件 Signal Express、用于傳統(tǒng) C語言的 Lab Windows/CVI、針對微軟 Visual Studio 的Measurement Studio 等等，均可滿足客戶對高性能應(yīng)用的需求。 有了功能強大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測試應(yīng)用中的強大優(yōu)勢。 虛擬儀器開發(fā)者 虛擬儀 器開發(fā)者 虛擬儀器軟件面板 虛擬儀器軟件開發(fā)平 臺臺臺 tai 臺 臺 底層驅(qū)動程序 硬件模塊 操作系統(tǒng) 平頂山學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計說明書 （ 2）模塊化的 I/O 硬件： 面對如今日益復(fù)雜的測試測量應(yīng)用，已經(jīng)提供了全方位的軟硬件的解決方案。無論您是使用 PCI, PXI, PCMCIA, USB 或者是 1394 總線，都能提供相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式 I/O 到 CAN 接口等工業(yè)通訊，應(yīng)有盡有。高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開發(fā)軟件，可以為負責(zé)測試和設(shè)計工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測量系統(tǒng)，滿足各種獨特的應(yīng)用要求。 （ 3）用于集成的軟硬件平臺： 專為測試任務(wù)設(shè)計的 PXI 硬件平臺，已經(jīng)成為當(dāng)今測試、測量和自動化應(yīng)用的標(biāo)準平臺，它的開放式構(gòu)架、靈活性和 PC技術(shù)的成本優(yōu)勢為測量和自動化行業(yè)帶來了一場翻天覆地的改革。 PXI 作為 一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺，內(nèi)建有高端的定時和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的 I/O 硬件和相應(yīng)的測試測量開發(fā)軟件 ，您就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。無論是面對簡單的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，還是高端的混合信號同步采集，借助 PXI 高性能的硬件平臺，您都能應(yīng)付自如。這就是虛擬儀器技術(shù)帶給您的無可比擬的優(yōu)勢。 虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。如圖 所示。 圖 虛擬儀器 的內(nèi)部功能的劃分 I/O 接口設(shè)備 I/O 接口設(shè)備主要用來完成被測輸入信號的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換。可根據(jù)實際情況采用不同的 I/O 接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡 /板 (DAQ)、 GPIB 總線儀器、 VXI 總線儀器、串口儀器、 USB 等。虛擬儀器的構(gòu)成主要有五種類型，如圖 所示。 采集與控制 插入式數(shù)據(jù)采集板 GPIB 儀器 VXI/PXI 儀器 RS232 儀器 數(shù)據(jù)分析和處理 數(shù)字信號處理 數(shù)字濾波 統(tǒng)計分析 數(shù)值分析 結(jié)果顯示 網(wǎng)絡(luò)通信 硬盤拷貝輸出 文件 I/O 圖形用戶接口 平頂山學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計說明書 圖 虛擬儀器構(gòu)成方式 （ 1） DAQ(Data Acquisition)數(shù)據(jù)采集卡是指基于計算機標(biāo)準總線 (如 ISA、PCI、 USB 等 )的內(nèi)置功能插卡。其中 USB 是最新 技術(shù)的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點，它更加充分地利用計算機的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴展性；利用 DAQ 卡可方便快速地構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)。在性能上，隨著 A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，濾波技術(shù)和信號調(diào)理技術(shù)的發(fā)展， DAQ 卡的采樣速率已達 1GB/s，精度高達 24 位，通道數(shù)高達 64 個，并具有數(shù)字 I/O，模擬 I/O 和計數(shù)器 /定時器等通道。各儀器廠家生產(chǎn)了大量的 DAQ 卡功能模塊供用戶選擇，如示波器、串行數(shù)據(jù)分析儀、動態(tài)信號分析儀、任意波形發(fā)生器等。在計算機上掛接多個 DAQ功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以構(gòu)成一臺具有 多功能的測試儀器。這種基于計算機的儀器，既具有高檔儀器的測量品質(zhì)，又能滿足測量需求的多樣性。對我國大多數(shù)用戶來說，它具有很高的性價比，是一種特別適合我國國情的虛擬儀器方案。 （ 2） GPIB(General Purpose Interface Bus)通用接口總線，是計算機和儀器的標(biāo)準通信協(xié)議。 GPIB 的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議以納入國際工業(yè)標(biāo)準 和 ，它是最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配備了遵循IEEE488 的 GPIB 接口。典型的 GPIB 測試系統(tǒng)包括一臺計算機，一塊基于 GPIB總線的接口卡和多臺 GPBI 儀器軟件及相應(yīng)的傳感模塊硬件。每臺 GPIB 儀器有單獨的地址，由計算機控制操作。系統(tǒng)中的儀器可以增加、減少或更換，只需對計算機的控制軟件作相應(yīng)的改動?；?GPIB 總線結(jié)構(gòu)的接口卡數(shù)據(jù)傳輸速率一般低于 500kb/s，不適合對系統(tǒng)速度要求較高的應(yīng)用。 （ 3） VXI(VME bus extension for Instrumentation )是 VME 總線在儀器領(lǐng)域的擴展，上個世紀 1993 年 VXI 總線 版本被批準為 IEEE1155 標(biāo)準，成為開放式工業(yè)標(biāo)準。儀器專用總線在吸收 IEEE488 的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上，增加了10MHz 時鐘線、模擬和數(shù)字混合總線、星形總線等高速總線，定時關(guān)系嚴格，兼有計算機總線和儀器總線的優(yōu)點。 （ 4） PXI(PCI extension For Instrumentation)是 Compact PCI 總線在儀被測信號 PXI 模塊 VXI 模塊 串口儀器 GPIB 儀器 PCDAQ 計算機 平頂山學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計說明書 器領(lǐng)域 的擴展，是 NI 公 司于 1997 年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是 Compact PCI 結(jié)構(gòu)和 Microsoft Windows 軟件。 PXI 是在 PCI 內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。 PXI增加了用于多個板卡同步的觸發(fā)總線和 10MHz 參考時鐘，用于精確定時的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等，來滿足實驗和用戶的要求。 （ 5）串口系統(tǒng)是以 Serial 標(biāo)準總線儀器與計算機為儀器精簡平臺組成的虛擬測試系統(tǒng) [10]。 RS232 總線是早期采用的通用串行總線，將帶有 RS232標(biāo)準總線接口的 儀器作為 I/O 接口設(shè)備，通過 RS232 串口總線與計算機組成虛擬儀器系統(tǒng)目前仍然是虛擬儀器構(gòu)成方式之一，主要適用于速度較低的測試系統(tǒng)。 軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應(yīng)用軟件。以美國 NI公司的軟件產(chǎn)品 LABVIEW和 Lab Windows/CVI 為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。這些軟件開發(fā)平臺提供了強大的儀器軟面板設(shè)計工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅(qū)動程序模塊， 簡化了虛擬儀器的設(shè)計工作。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復(fù)用化以及各種硬件儀器驅(qū)動軟件的模塊化、標(biāo)準化，虛擬儀器軟件開發(fā)將變得更加快速、方便。 圖 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器的軟件開發(fā) 虛擬儀器的開發(fā)語言 虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標(biāo)準 C、 Visual C++、 Visual Basic 等通用程序開發(fā)語言。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當(dāng)難度的，除了要花大量時間進行測試系統(tǒng)面板設(shè)計外，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動 程序和底層控制程序。這些工作對于那些不熟悉這方面知識的工程設(shè)計人員來說，需要花費大量時用戶界面 數(shù)據(jù)處理 硬件驅(qū)動程序 平頂山學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計說明書 間和精力，這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。除了通用程序開發(fā)語言以外，還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語言和軟件，其中有影響的開發(fā)軟件有： NI 公司的 LABVIEW 和 Lab Windows/CVI。 LABVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。 Lab Windows/CVI 是為熟悉 C 語言的開發(fā)人員準備的，是在 Windows環(huán)境下的標(biāo)準 ANSIC 開發(fā)環(huán)境。除此以外還有 HP公司的 HPVEE ， HPTIG 開發(fā)平臺，美國 Tektronix 公司的 TEKTest， TEKTNS平臺軟件，這些都是國際上公認的優(yōu)秀的虛擬儀器開發(fā)軟件平臺 [4]。 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺 LABVIEW LABVIEW(Laborator