【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 且可重用性與可配置性強(qiáng)廠(chǎng)商定義儀器功能用戶(hù)定義功能系統(tǒng)封閉、固定系統(tǒng)開(kāi)放、靈活,與計(jì)算機(jī)的進(jìn)步同步不易與其他設(shè)備連接與其他設(shè)備極易相連表2－1 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較從表2－1中可見(jiàn),傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器最重要的區(qū)別在于：虛擬儀器的功能由用戶(hù)使用時(shí)自己定義,而傳統(tǒng)儀器的功能是由廠(chǎng)商事先定義好的。從這一意義上講,那些功能固定的插卡式計(jì)算機(jī)儀器不能稱(chēng)作虛擬儀器。而且,沒(méi)有面向科技與工程人員的圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)就難以涉及虛擬儀器。普通的PC有一些不可避免的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計(jì)算機(jī)化儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向是制定了VXI標(biāo)準(zhǔn)，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒(méi)有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標(biāo)準(zhǔn)的VXI機(jī)箱，再與計(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。VXI儀器價(jià)格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的PXI標(biāo)準(zhǔn)儀器。3 虛擬儀器軟件體系 概述虛擬儀器技術(shù)最核心的思想，就是利用計(jì)算機(jī)的硬/軟件資源，使本來(lái)需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能與靈活性?；谲浖赩I系統(tǒng)中的重要作用，NI提出了軟件就是儀器（The software is the instrument）的口號(hào)。VPP系統(tǒng)聯(lián)盟提出了系統(tǒng)框架、驅(qū)動(dòng)程序、VISA、軟面板、部件知識(shí)庫(kù)等一系列VPP軟件標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)了軟件標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。虛擬儀器的軟件框架從低層到頂層，包括三部分：VISA庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用軟件。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(kù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱(chēng)。一般稱(chēng)這個(gè)I/O函數(shù)庫(kù)為VISA庫(kù)。它駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中執(zhí)行儀器總線(xiàn)的特殊功能，是計(jì)算機(jī)與儀器之間的軟件層連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的程控。它對(duì)于儀器驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)個(gè)可調(diào)用的操作函數(shù)集。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?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。每個(gè)儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動(dòng)程序，儀器廠(chǎng)商以源碼的形式提供給用戶(hù)。應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動(dòng)程序之上，直接面對(duì)操作用戶(hù)，通過(guò)提供直觀(guān)友好的測(cè)控操作界面、豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能，來(lái)完成自動(dòng)測(cè)試任務(wù)。虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫(xiě)，大致可分為兩種方式：（1） 用通用編程軟件進(jìn)行編寫(xiě)。主要有Microsoft公司的Visual Basic與Visual C++、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder；（2） 用專(zhuān)業(yè)圖形化編程軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。如HP公司的VEE、 NI公司的LabVIEW 和Lab windows/CVI等。應(yīng)用軟件還包括通用數(shù)字處理軟件。通用數(shù)字處理軟件包括用于數(shù)字信號(hào)處理的各種功能函數(shù)，如頻域分析的功率譜估計(jì)、FFT、FHT、逆FFT、逆FHT和細(xì)化分析等；時(shí)域分析的相關(guān)分析、卷積運(yùn)算、反卷運(yùn)算、均方根估計(jì)、差分積分運(yùn)算和排序等。以及數(shù)字濾波等等。這些功能函數(shù)為用戶(hù)進(jìn)一步擴(kuò)展虛擬儀器的功能提供了基礎(chǔ)。在此，本章簡(jiǎn)單現(xiàn)今用到最多的面向儀器與測(cè)控過(guò)程的圖像化開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW。 LabVIEW簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW (laboratory virtual instrument engineering wokbench——實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái))的概念,是直觀(guān)的前面板與流程圖式的編程方法的結(jié)合,是構(gòu)建虛擬儀器的理想工具。LabVIEW和儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示部分一起協(xié)調(diào)工作, 是簡(jiǎn)化了而又更易于使用的基于圖形化編程語(yǔ)言G的開(kāi)發(fā)環(huán)境。前面板是一個(gè)傳統(tǒng)的儀器概念,而軟件前面板其實(shí)是自動(dòng)化的拓展,因?yàn)樗鼈儽３至藗鹘y(tǒng)直觀(guān)的視覺(jué)和感覺(jué)效果。同時(shí),軟件前面板創(chuàng)建了一個(gè)真正的接口,無(wú)論用戶(hù)使用什么類(lèi)型的硬件,并且,不像硬件前面板,軟件前面板只包含了對(duì)于一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合很重要的參數(shù),用戶(hù)能夠很容易地從一個(gè)單一前面板控制多臺(tái),并把整個(gè)系統(tǒng)作為一臺(tái)虛擬儀器來(lái)看待。流程圖式的程序設(shè)計(jì)與科技工程人員較為熟悉的數(shù)據(jù)流和方塊圖的概念是一致的,而且由于流程圖與傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法細(xì)節(jié)無(wú)關(guān),構(gòu)建和測(cè)試程序就可以少費(fèi)時(shí)間。使用流程圖方法可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的自我復(fù)制,采用前面板、流程圖、圖標(biāo)等,用戶(hù)就對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖形化描述,同時(shí),用戶(hù)還能夠重用虛擬儀器,可以隨時(shí)改變虛擬儀器來(lái)滿(mǎn)足自己的需要。LabVIEW集成了很多儀器硬件庫(kù),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(jué)、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設(shè)計(jì)虛擬儀器,可以提高效率4～10倍。同時(shí),利用其模塊化和遞歸方式,用戶(hù)可以在很短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計(jì)和更改自己的虛擬儀器系統(tǒng)。 LabVIEW應(yīng)用程序構(gòu)成所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器(VI)，它包括前面板(Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標(biāo)/連結(jié)器(Icon/Connector)三部分。（1） 前面板：前面板是圖形用戶(hù)界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶(hù)輸入和顯示輸出兩類(lèi)對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。但并非畫(huà)出兩個(gè)控件后程序就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的流程圖。（2） 流程圖：流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對(duì)VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件連線(xiàn)端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線(xiàn)等。如果將VI與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對(duì)應(yīng)的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線(xiàn)端子相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器箱內(nèi)的硬件電路。在許多情況下，使用VI可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無(wú)幾。 用LabVIEW虛擬儀器編程設(shè)計(jì)的步驟（1） 總體設(shè)計(jì)：根據(jù)用戶(hù)需求，進(jìn)行VI總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定面板布局與程序流程，并保證所使用的虛擬儀器硬件在LabVIEW函數(shù)庫(kù)中有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。（2） 前面板設(shè)計(jì)：在LabVIEW的前面板編輯窗口內(nèi)，利用工具模板和控件模板進(jìn)行VI前面板的設(shè)計(jì)。（3） 方框圖編程：在LabVIEW的方框圖編輯窗口內(nèi)，利用工具模板和函數(shù)模板進(jìn)行方框圖編程。（4） 程序調(diào)試：?jiǎn)螕羟懊姘寰庉嫶翱诨蚍娇驁D編輯窗口工具條中的運(yùn)行按鈕，執(zhí)行VI程序；同時(shí)可利用LabVIEW工具模板中的斷點(diǎn)工具和探針工具調(diào)試縮編程序。4 基于LabVIEW的溫度分析儀的實(shí)現(xiàn)基于labview的溫度分析儀（ 以下簡(jiǎn)稱(chēng)為本課題 ）是基于LabVIEW 虛擬平臺(tái)，使用圖形語(yǔ)言編程，利用軟件代替DAQ數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，模擬溫度測(cè)量；利用“演示讀取電壓”子程序來(lái)仿真電壓測(cè)量，然后把所得的電壓數(shù)值換成攝氏或者華氏溫度讀數(shù)。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，溫度計(jì)控件能夠?qū)崟r(shí)地顯示溫度數(shù)據(jù)。用戶(hù)可以設(shè)置溫度上限，并計(jì)算出采集溫度的最大值、最小值和平均值。圖41 溫度分析儀的前面板本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括3個(gè)部分：數(shù)字溫度計(jì)部分、溫度數(shù)據(jù)采集部分和溫度數(shù)據(jù)