【文章內容簡介】 序，產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)，有一個完成任何編程任務的龐大函數庫。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數據及其子程序（子VI）的結果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調試。美國國家儀器公司NI（National Instruments）提出的虛擬測量儀器（VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領域的一場重大變革，使得計算機和網絡技術得以長驅直入儀器領域，和儀器技術結合起來，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部件來構建虛擬儀器。I/O部件可以是獨立儀器、模塊化儀器、數據采集板（DAQ）或傳感器。NI所擁有的虛擬儀器產品包括軟件產品（如LabVIEW）、GPIB產品、數據采集產品、信號處理產品、圖像采集產品、DSP產品和VXI控制產品等。 虛擬儀器發(fā)展現狀本設計利用虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW和傳感器及數據采集卡等硬件實現電機轉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)平臺的LabVIEW有了越來越多的發(fā)展空間，基于LabVIEW的電機數據采集系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)的測試儀表具有精度高、自動化程度高的特點，能同時實現諧波分析儀、示波器、電壓表、電流表、轉速表等多種儀器的功能。本設計還可用于長時間高速連續(xù)采集,不會出現數據丟失和串道的問題。不似其他語言，LabVIEW是與硬件關聯很緊密的尤其是NI的板卡產品，同時是一個具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，它內置信號采集、測量分析與數據顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復雜性，為您提供強大功能的同時還保證了系統(tǒng)靈活性。LabVIEW將廣泛的數據采集、分析與顯示功能集中在了同一個環(huán)境中，讓您可以在自己的平臺上無縫地集成一套完整的應用方案。近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，以便使用者利用這些儀器公司提供的開發(fā)平臺軟件組建自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并編制測試軟件。LabVIEW采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。美國HP公司的HPVEE和HPTIG平臺軟件，美國Tektronis公司的EzTest和TekTNS軟件，以及美國HEM Data公司的SnapMarter平臺軟件，是國際上公認的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺軟件。當今虛擬儀器的系統(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，以及已經被PC機廣泛采用的USB通用串行總線和IEEE1394總線（即Firewire，也叫做火線）。世界各國的公司，特別是美國NI公司，為使虛擬儀器能夠適應上述各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件以及適應要求的硬件（插件），可以靈活地組建不同復雜程度的虛擬儀器自動測試系統(tǒng)。虛擬儀器開發(fā)商不僅注意使虛擬儀器能夠適應上述各種通用計算機總線系統(tǒng)，使之為虛擬儀器服務，而且也注意建立各種儀器專用的總線系統(tǒng)。美國NI公司在1997年9月1日推出模塊化儀器的主流平臺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PXI/Compace，PCI的傳輸速度已經達到100Mb/s，是目前已經發(fā)布的最高傳輸速度。虛擬儀器的開發(fā)廠家，為擴大虛擬儀器的功能，在測量結果的數據處理、表達模式及其變換方面也做了許多工作，發(fā)布了各種軟件，建立了數據處理的高級分析庫和開發(fā)工具庫（例如測量結果的譜分析、快速傅立葉變換、各種數字濾波器、卷積處理和相關函數處理、微積分、峰值和閾值檢隊波形發(fā)生、噪聲發(fā)生、回歸分析、數值運算、時域和頻域分析等），使虛擬儀器發(fā)展成為可以組建極為復雜自動測試系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。同其他技術相比，虛擬儀器技術具有四大優(yōu)勢：虛擬儀器技術是在PC技術的基礎上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現成即用的PC技術為主導的最新商業(yè)技術的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數據高速導入磁盤的同時就能實時地進行復雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網和越來越快的計算機網絡使得虛擬儀器技術展現其更強大的優(yōu)勢。NI的軟硬件工具使得我們不再受限于當前的技術中。這得益于NI軟件的靈活性，只需更新計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進整個系統(tǒng)。在利用最新科技的時候，我們可以把它們集成到現有的測量設備，最終以較少的成本加速產品上市的時間。在驅動和應用兩個層面上，NI高效的軟件構架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術結合在一起。NI設計這一軟件構架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。虛擬儀器技術從本質上說是一個集成的軟硬件概念。隨著產品在功能上不斷地趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設備總是要耗費大量的時間。NI的虛擬儀器軟件平臺為所有的I/O設備提供了標準的接口，幫助我們輕松地將多個測量設備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務的復雜性。使得測試水準更加完善。 虛擬儀器系統(tǒng)構成虛擬儀器由硬件設備與接口、設備驅動軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設備與接口可以是各種以PC為基礎的內置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、VXI總線儀器接口等設備，或者是其它各種可程控的外置測試設備，設備驅動軟件是直接控制各種硬件接口的驅動程序，虛擬儀器通過底層設備驅動軟件與真實的儀器系統(tǒng)進行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計算機屏幕上顯示與真實儀器面板操作元素相對應的各種控件。用戶用鼠標操作虛擬儀器的面板就如同操作真實儀器一樣真實與方便。虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機硬件平臺和測控功能硬件。計算機硬件平臺可以是各種類型的計算機，如臺式計算機、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。它管理著虛擬儀器的軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎。因此，計算機技術在顯示、存儲能力、處理器性能、網絡、總線標準等方面的發(fā)展，導致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。按照測控功能硬件的不同，VI可分為DAQ、GPIB、VXI、PXI和串口總線五種標準體系結構，它們主要完成被測輸入信號的采集、放大、模/數轉換。測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用成果時，就用軟件就是儀器來表達虛擬儀器的特征，強調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潔的虛擬儀器開發(fā)軟件。使用者可以根據不同的測試任務，在虛擬儀器開發(fā)軟件的提示下編制不同的測試軟件，來實現當代科學技術復雜的測試任務。在虛擬儀器系統(tǒng)中用靈活強大的計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件，特別是系統(tǒng)中應用計算機直接參與測試信號的產生和測量特性的分析，使儀器中的一些硬件甚至整個儀器從系統(tǒng)中消失，而由計算機的軟硬件資源來完成它們的功能。虛擬儀器測試系統(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試管理層，是用戶與儀器之間交流信息的紐帶。利用計算機強大的圖形化編程環(huán)境，使用可視化的技術，從控制模塊上選擇你所需要的對象，放在虛擬儀器的前面板上。(2)數據分析處理軟件利用計算機強大的計算能力和虛擬儀器開發(fā)軟件功能強大的函數庫可以極大提高虛擬儀器系統(tǒng)的數據分析處理能力，節(jié)省開發(fā)時間。(3)儀器驅動軟件虛擬儀器驅動程序是處理與特定儀器進行控制通信的一種軟件。儀器驅動器與通信接口及使用開發(fā)環(huán)境相聯系，它提供一種高級的、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。儀器驅動器是虛擬儀器的核心，是用戶完成對儀器硬件控制的紐帶和橋梁。虛擬儀器驅動程序的核心是驅動程序函數VI集，函數VI是指組成驅動的模塊化子程序。驅動程序一般分為兩層，底層是儀器的基本操作，如初始化儀器配置儀器輸入參數、收發(fā)數據、查看儀器狀態(tài)等。高層是應用函數VI層，它根據具體測量要求調用底層的函數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)軟件結構中承上啟下的一層，其模塊化與標準化越來越重要。VXI總線即插即用聯盟，為其制定了標準，提出了自底向上的I/O接口軟件模型即VISA。作為通用I/O標準，VISA具有與儀器硬件接口無關性的特點，即這種軟件結構是面向器件功能而不是面向接口總線的。應用工程師為帶GPIB接口儀器所寫的軟件，也可以于VXI系統(tǒng)或具有RS232接口的設備上，這樣不但大大縮短了應用程序的開發(fā)周期，而且徹底改變了測試軟件開發(fā)的方式和手段。 虛擬儀器系統(tǒng)軟面板設計標準虛擬儀器軟面板是用戶用來操作儀器，與儀器進行通信，輸入參數設置，輸出結果顯示的用戶接口。其設計準則是：，使面板具有標準化、開放性、可移植性。根據測試任務確定儀器軟面板具體測試、測量功能，開關、控制等設置要求。按照面向對象的設計思想，一個虛擬儀器集成系統(tǒng)由多個虛擬儀器組成，每個虛擬儀器均由軟面板控制。軟面板由大量的虛擬控件組成。 數據采集組建一個基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)，傳感器和數據采集模塊是最基本的硬件。其中，傳感器是將被測試的物理量轉換為電量的基本環(huán)節(jié)；數據采集則將模擬信號轉換成數據信號供計算機進行分析處理。本節(jié)將介紹虛擬儀器中數據采集的基本知識。數據采集就是將被測對象的各種參量（物理量、化學量、生物量等）通過各種傳感器件做適當轉換后，再經過信號采樣、量化、編碼、傳輸等步驟送到控制器進行數據處理或記錄的過程?？刂破饕话阌杏嬎銠C承擔。計算機是數據采集系統(tǒng)的核心，它對整個系統(tǒng)進行控制，并對采集的數據進行加工處理。在智能儀器、信號檢測與處理、工業(yè)自動化控制領域中，都存在著信號的采集與處理問題。 數據采集系統(tǒng)結構利用NI公司提供的數據采集卡和LabVIEW開發(fā)數據采集程序。數據采集卡中通過多路開關、A/D轉換器和數據緩存（Buffer）幾個部件將多通道的模擬信號轉換成數字信號并存儲在數據緩存中。計算機通過LabVIEW中的數據采集VI對數據采集卡中的采集控制電路進行控制，數據采集卡和計算機之間通過計算機總線實現交換數據和傳遞控制信息。 模擬信號的數據采集過程一個多通道數據采集的過程一般要經過以下幾個步驟。(1)數據采集V