【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。美國(guó)國(guó)家儀器公司NI（National Instruments）提出的虛擬測(cè)量?jī)x器（VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長(zhǎng)驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河?！败浖词莾x器”這是NI公司提出的虛擬儀器理念的核心思想。從這一思想出發(fā)，基于電腦或工作站、軟件和I/O部件來(lái)構(gòu)建虛擬儀器。I/O部件可以是獨(dú)立儀器、模塊化儀器、數(shù)據(jù)采集板（DAQ）或傳感器。NI所擁有的虛擬儀器產(chǎn)品包括軟件產(chǎn)品（如LabVIEW）、GPIB產(chǎn)品、數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品、信號(hào)處理產(chǎn)品、圖像采集產(chǎn)品、DSP產(chǎn)品和VXI控制產(chǎn)品等。 虛擬儀器發(fā)展現(xiàn)狀本設(shè)計(jì)利用虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW和傳感器及數(shù)據(jù)采集卡等硬件實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集和分析處理以及波形顯示。作為一種圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)的LabVIEW有了越來(lái)越多的發(fā)展空間，基于LabVIEW的電機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)試儀表具有精度高、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)諧波分析儀、示波器、電壓表、電流表、轉(zhuǎn)速表等多種儀器的功能。本設(shè)計(jì)還可用于長(zhǎng)時(shí)間高速連續(xù)采集,不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失和串道的問(wèn)題。不似其他語(yǔ)言，LabVIEW是與硬件關(guān)聯(lián)很緊密的尤其是NI的板卡產(chǎn)品，同時(shí)是一個(gè)具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，它內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性，為您提供強(qiáng)大功能的同時(shí)還保證了系統(tǒng)靈活性。LabVIEW將廣泛的數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在了同一個(gè)環(huán)境中，讓您可以在自己的平臺(tái)上無(wú)縫地集成一套完整的應(yīng)用方案。近年來(lái)，世界各國(guó)的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件，以便使用者利用這些儀器公司提供的開發(fā)平臺(tái)軟件組建自己的虛擬儀器或測(cè)試系統(tǒng)，并編制測(cè)試軟件。LabVIEW采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。美國(guó)HP公司的HPVEE和HPTIG平臺(tái)軟件，美國(guó)Tektronis公司的EzTest和TekTNS軟件，以及美國(guó)HEM Data公司的SnapMarter平臺(tái)軟件，是國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件。當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的RS232串行總線、GPIB通用接口總線、VXI總線，以及已經(jīng)被PC機(jī)廣泛采用的USB通用串行總線和IEEE1394總線（即Firewire，也叫做火線）。世界各國(guó)的公司，特別是美國(guó)NI公司，為使虛擬儀器能夠適應(yīng)上述各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件以及適應(yīng)要求的硬件（插件），可以靈活地組建不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。虛擬儀器開發(fā)商不僅注意使虛擬儀器能夠適應(yīng)上述各種通用計(jì)算機(jī)總線系統(tǒng)，使之為虛擬儀器服務(wù)，而且也注意建立各種儀器專用的總線系統(tǒng)。美國(guó)NI公司在1997年9月1日推出模塊化儀器的主流平臺(tái)PXI，這是與Copact PCI完全兼容的系統(tǒng)。這種虛擬儀器模塊化主流平臺(tái)PXI/Compace，PCI的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到100Mb/s，是目前已經(jīng)發(fā)布的最高傳輸速度。虛擬儀器的開發(fā)廠家，為擴(kuò)大虛擬儀器的功能，在測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、表達(dá)模式及其變換方面也做了許多工作，發(fā)布了各種軟件，建立了數(shù)據(jù)處理的高級(jí)分析庫(kù)和開發(fā)工具庫(kù)（例如測(cè)量結(jié)果的譜分析、快速傅立葉變換、各種數(shù)字濾波器、卷積處理和相關(guān)函數(shù)處理、微積分、峰值和閾值檢隊(duì)波形發(fā)生、噪聲發(fā)生、回歸分析、數(shù)值運(yùn)算、時(shí)域和頻域分析等），使虛擬儀器發(fā)展成為可以組建極為復(fù)雜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。同其他技術(shù)相比，虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢(shì)：虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。NI的軟硬件工具使得我們不再受限于當(dāng)前的技術(shù)中。這得益于NI軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，我們可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。NI的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助我們輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。使得測(cè)試水準(zhǔn)更加完善。 虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)成虛擬儀器由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設(shè)備與接口可以是各種以PC為基礎(chǔ)的內(nèi)置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、VXI總線儀器接口等設(shè)備，或者是其它各種可程控的外置測(cè)試設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序，虛擬儀器通過(guò)底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件與真實(shí)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作元素相對(duì)應(yīng)的各種控件。用戶用鼠標(biāo)操作虛擬儀器的面板就如同操作真實(shí)儀器一樣真實(shí)與方便。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。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)等。它管理著虛擬儀器的軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)在顯示、存儲(chǔ)能力、處理器性能、網(wǎng)絡(luò)、總線標(biāo)準(zhǔn)等方面的發(fā)展，導(dǎo)致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。按照測(cè)控功能硬件的不同，VI可分為DAQ、GPIB、VXI、PXI和串口總線五種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，它們主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換。測(cè)試軟件是虛擬儀器的主心骨。NI公司在提出虛擬儀器概念并推出第一批實(shí)用成果時(shí)，就用軟件就是儀器來(lái)表達(dá)虛擬儀器的特征，強(qiáng)調(diào)軟件在虛擬儀器中的重要位置。NI公司從一開始就推出豐富而又簡(jiǎn)潔的虛擬儀器開發(fā)軟件。使用者可以根據(jù)不同的測(cè)試任務(wù)，在虛擬儀器開發(fā)軟件的提示下編制不同的測(cè)試軟件，來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。在虛擬儀器系統(tǒng)中用靈活強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件，特別是系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)直接參與測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生和測(cè)量特性的分析，使儀器中的一些硬件甚至整個(gè)儀器從系統(tǒng)中消失，而由計(jì)算機(jī)的軟硬件資源來(lái)完成它們的功能。虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的軟件主要分為以下四部分。(1)儀器面板控制軟件儀器面板控制軟件即測(cè)試管理層，是用戶與儀器之間交流信息的紐帶。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形化編程環(huán)境，使用可視化的技術(shù)，從控制模塊上選擇你所需要的對(duì)象，放在虛擬儀器的前面板上。(2)數(shù)據(jù)分析處理軟件利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力和虛擬儀器開發(fā)軟件功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)可以極大提高虛擬儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理能力，節(jié)省開發(fā)時(shí)間。(3)儀器驅(qū)動(dòng)軟件虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序是處理與特定儀器進(jìn)行控制通信的一種軟件。儀器驅(qū)動(dòng)器與通信接口及使用開發(fā)環(huán)境相聯(lián)系，它提供一種高級(jí)的、抽象的儀器映像，它還能提供特定的使用開發(fā)環(huán)境信息。儀器驅(qū)動(dòng)器是虛擬儀器的核心，是用戶完成對(duì)儀器硬件控制的紐帶和橋梁。虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序的核心是驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)VI集，函數(shù)VI是指組成驅(qū)動(dòng)的模塊化子程序。驅(qū)動(dòng)程序一般分為兩層，底層是儀器的基本操作，如初始化儀器配置儀器輸入?yún)?shù)、收發(fā)數(shù)據(jù)、查看儀器狀態(tài)等。高層是應(yīng)用函數(shù)VI層，它根據(jù)具體測(cè)量要求調(diào)用底層的函數(shù)VI。(4)通用I/O接口軟件在虛擬儀器系統(tǒng)中，I/O接口軟件作為虛擬儀器系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)中承上啟下的一層，其模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化越來(lái)越重要。VXI總線即插即用聯(lián)盟，為其制定了標(biāo)準(zhǔn)，提出了自底向上的I/O接口軟件模型即VISA。作為通用I/O標(biāo)準(zhǔn)，VISA具有與儀器硬件接口無(wú)關(guān)性的特點(diǎn)，即這種軟件結(jié)構(gòu)是面向器件功能而不是面向接口總線的。應(yīng)用工程師為帶GPIB接口儀器所寫的軟件，也可以于VXI系統(tǒng)或具有RS232接口的設(shè)備上，這樣不但大大縮短了應(yīng)用程序的開發(fā)周期，而且徹底改變了測(cè)試軟件開發(fā)的方式和手段。 虛擬儀器系統(tǒng)軟面板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)虛擬儀器軟面板是用戶用來(lái)操作儀器，與儀器進(jìn)行通信，輸入?yún)?shù)設(shè)置，輸出結(jié)果顯示的用戶接口。其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：，使面板具有標(biāo)準(zhǔn)化、開放性、可移植性。根據(jù)測(cè)試任務(wù)確定儀器軟面板具體測(cè)試、測(cè)量功能，開關(guān)、控制等設(shè)置要求。按照面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，一個(gè)虛擬儀器集成系統(tǒng)由多個(gè)虛擬儀器組成，每個(gè)虛擬儀器均由軟面板控制。軟面板由大量的虛擬控件組成。 數(shù)據(jù)采集組建一個(gè)基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)，傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊是最基本的硬件。其中，傳感器是將被測(cè)試的物理量轉(zhuǎn)換為電量的基本環(huán)節(jié)；數(shù)據(jù)采集則將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)供計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。本節(jié)將介紹虛擬儀器中數(shù)據(jù)采集的基本知識(shí)。數(shù)據(jù)采集就是將被測(cè)對(duì)象的各種參量（物理量、化學(xué)量、生物量等）通過(guò)各種傳感器件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過(guò)信號(hào)采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或記錄的過(guò)程?？刂破饕话阌杏?jì)算機(jī)承擔(dān)。計(jì)算機(jī)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。在智能儀器、信號(hào)檢測(cè)與處理、工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，都存在著信號(hào)的采集與處理問(wèn)題。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)利用NI公司提供的數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW開發(fā)數(shù)據(jù)采集程序。數(shù)據(jù)采集卡中通過(guò)多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)緩存（Buffer）幾個(gè)部件將多通道的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩存中。計(jì)算機(jī)通過(guò)LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI對(duì)數(shù)據(jù)采集卡中的采集控制電路進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)之間通過(guò)計(jì)算機(jī)總線實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù)和傳遞控制信息。 模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程一個(gè)多通道數(shù)據(jù)采集的過(guò)程一般要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟。(1)數(shù)據(jù)采集V