【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采用PCI或ISA計(jì)算機(jī)總線，將DAQ直接插入PC機(jī)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的總線擴(kuò)展插槽。因此，這種虛擬儀器又叫PCIDAQ/PCI插卡式虛擬儀器。第二，基于串行總線儀器的虛擬儀器，是由Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái)，包括符合RS 232/RS422標(biāo)準(zhǔn)的PLC和單片機(jī)系統(tǒng)。第三，基于通用接口總線GPIB接口的虛擬儀器，是以GPIB接口儀器、GPIB接口卡及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái)，GPIB儀器具有獨(dú)立的儀器操作界面，可以脫離計(jì)算機(jī)使用，也可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)GPIB電纜連接計(jì)算機(jī)實(shí)施程序控制。第四，基于VXI儀器的虛擬儀器，是以VXI (VME bus extension for instrume ntation) 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái)，由主機(jī)箱、控制器和儀器模塊構(gòu)成。VXI控制器包括嵌入式PC控制、嵌入式工作站控制器和外置工作站控制器，可根據(jù)測(cè)試功能的不同要求來(lái)選用。第五，基于PXI儀器的虛擬儀器，它是以PXI(PCI extension for instrumentation)標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái)，PXI總線方式是在PCI總線內(nèi)核技術(shù)上增加多板同步觸發(fā)總線和參考時(shí)鐘技術(shù)規(guī)范和要求形成。標(biāo)準(zhǔn)的PXI模塊化儀器系統(tǒng)有8個(gè)插槽，還可與Compact PCI交互操作，可與GPIB或VXI集成，組成大規(guī)模、多用途系統(tǒng)。第六，基于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的虛擬儀器，是以Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)總線儀器及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái) 。無(wú)論上述哪種形式的虛擬儀器，都是通過(guò)應(yīng)用軟件將儀器的模塊化功能硬件與各類計(jì)算機(jī)相結(jié)合的，其中基于GPIB、VXI、PXI的方案主要適合構(gòu)成大型高精度集成測(cè)試系統(tǒng)；PCIDAQ / PCI、串行口方案主要適合構(gòu)成普及型的廉價(jià)測(cè)試系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)總線方案主要適合構(gòu)成大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)。如測(cè)試任務(wù)需要，也可將上述幾種方案結(jié)合構(gòu)成混合測(cè)試系統(tǒng)。2．虛擬儀器的軟件構(gòu)成虛擬儀器最核心的技術(shù)是軟件，使原來(lái)需要硬件實(shí)現(xiàn)的功能軟件化，以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)功能與靈活性。虛擬儀器軟件的本質(zhì)是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。虛擬儀器軟件的數(shù)據(jù)處理過(guò)程可以分為兩種：一是自下而上的數(shù)據(jù)采集、處理到最終顯示；一是自上而下的用戶交互、指令操作到儀器控制。因此，可以把虛擬儀器軟件劃分為3個(gè)層次：虛擬輸入/輸出層、虛擬儀器驅(qū)動(dòng)層和虛擬儀器應(yīng)用軟件層。軟件層次對(duì)外定義單一的調(diào)用接口，各個(gè)軟件層次之間通過(guò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。采用單一接口的好處是對(duì)外隱藏了軟件層次的內(nèi)部細(xì)節(jié)，無(wú)論采用什么實(shí)現(xiàn)方法，做什么樣的修改，只要接口不變就不會(huì)影響軟件的其他部分。第一，虛擬輸入/輸出層。是為虛擬儀器驅(qū)動(dòng)層提供信息傳遞的底層軟件，是實(shí)現(xiàn)開(kāi)放、靈活的虛擬儀器的基礎(chǔ)。虛擬輸入/輸出層的功能是直接對(duì)儀器進(jìn)行控制，完成數(shù)據(jù)讀寫。由于儀器硬件的種類繁多，為了保證硬件的“即插即用”虛擬輸入/輸出層需要提供獨(dú)立于硬件的I/O接口。第二，虛擬儀器驅(qū)動(dòng)層。是連接虛擬儀器應(yīng)用軟件與虛擬輸入/輸出的紐帶和橋梁,其功能是為虛擬儀器應(yīng)用軟件層提供抽象的儀器操作集。對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件來(lái)說(shuō)，對(duì)儀器的操作是通過(guò)調(diào)用虛擬儀器驅(qū)動(dòng)提供的單一接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而虛擬儀器驅(qū)動(dòng)又是調(diào)用虛擬輸入/ 輸出所提供的單一接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第三，虛擬儀器應(yīng)用軟件層。直接面對(duì)操作用戶，提供了快捷、友好的測(cè)控操作界面，以及圖形、圖表等數(shù)據(jù)顯示方式。它只對(duì)虛擬儀器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行調(diào)用，本身不進(jìn)行任何數(shù)據(jù)處理。對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，在不了解儀器內(nèi)部操作與實(shí)現(xiàn)的情況下，也可以進(jìn)行虛擬儀器應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。在軟件層次化的基礎(chǔ)上，就可以把各層封裝為不同的模塊組件。構(gòu)造虛擬儀器的過(guò)程就是將各組件組合在一起，當(dāng)功能發(fā)生改變和更新儀器硬件時(shí)，只要調(diào)用、添加或重組各模塊組件見(jiàn)，就能構(gòu)造出新的虛擬儀器，將儀器使用的主動(dòng)權(quán)真正交給了用戶，虛擬儀器的靈活性也就得到了充分的體現(xiàn)。 虛擬儀器的分類虛擬儀器的發(fā)展隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同，可分為五種類型：第一類，PC總線——插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW相結(jié)合。Labview/cvi是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過(guò)三種編程語(yǔ)言Visual C++,Visual Basic, Labview/cvi構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)，它充分利用計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及軟件的便利。但是受PC機(jī)機(jī)箱和總線限制，且有電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽等缺點(diǎn)。另外，ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，PCI總線的虛擬儀器價(jià)格比較昂貴。第二類，并行口式虛擬儀器最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置，它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上，通?？梢酝瓿筛鞣N測(cè)量測(cè)試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計(jì)、數(shù)字萬(wàn)用表、功率計(jì)、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國(guó)LINK公司的 DSO2XXX系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計(jì)算機(jī)相連，方便野外作業(yè)，又可與臺(tái)式PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用，非常方便。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。第三類，GPIB總線方式的虛擬儀器GPIB技術(shù)是 IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，典型的GPIB系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、一塊 GPIB接口卡和若干臺(tái)GPIB形式的儀器通過(guò)GPIB電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊GPIB接口可帶多達(dá)14臺(tái)儀器，電纜長(zhǎng)度可達(dá)40米。GPIB 技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺(tái)儀器組合起來(lái)，形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。第四類，VXI總線方式虛擬儀器VXI總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來(lái)越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合。有其他儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。然而，組建VXI總線要求有機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價(jià)比較高。第五類，PXI總線方式虛擬儀器PXI總線方式是PCI總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。PXI的高度可擴(kuò)展性。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，而臺(tái)式PCI系統(tǒng)只有34個(gè)擴(kuò)展槽，通過(guò)使用PCI—PCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成未來(lái)的虛擬儀器平臺(tái)。 本章小結(jié)在本章主要引出虛擬儀器及其相關(guān)知識(shí)，重點(diǎn)探討了虛擬儀器的結(jié)構(gòu)、概念和分類，并對(duì)先進(jìn)的虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器做了比較，下一章我們將進(jìn)入到本溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分。3 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) LabVIEW概述 作為基于圖形化編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境，LabVIEW自然、直觀、簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)方式大大降低了學(xué)習(xí)難度。開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)各種交互式的控件、話框、菜單、及函數(shù)模塊進(jìn)行編程。所需做的只是將這些VI模塊拖拉到程序框圖中，并定義它在應(yīng)用程序中的功能。最后將這些控件或VI模塊連接起來(lái)即可完成儀器設(shè)計(jì)。 LabVIEW的特點(diǎn) LabVIEW的主要特點(diǎn)可以概括如下：l 圖形化的儀器編程環(huán)境，它使用“所見(jiàn)即所得”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，使用大多數(shù)工程師索熟悉的數(shù)據(jù)流程式的語(yǔ)言編寫程序，被譽(yù)為“工程師和科學(xué)家的語(yǔ)言”。l 內(nèi)置的程序編譯器，使運(yùn)行速度加快。l 靈活的程序調(diào)試手段，可以在源代碼中設(shè)置斷點(diǎn)，單步運(yùn)行，在數(shù)據(jù)流上設(shè)置探針，加亮執(zhí)行。其中最最具特色的是“加亮執(zhí)行”和“設(shè)置探針”，前者用于跟蹤程序運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，后者用于在程序運(yùn)行過(guò)程中在線顯示數(shù)據(jù)值。l