【文章內容簡介】 臺的核心。虛擬儀器使用的個人計算機中，微處理器和總線成為最重要的因素。它主要用來提供實時高效的數(shù)據(jù)處理和顯示功能。而外圍硬件設備則主要包括各種計算機內置儀器插卡和外置測試儀器設備。通過友好的圖形界面操作，自己定義、自己設計，從而完成對被測試量的采集、分析和顯示等功能。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)、GPIB 儀器控制系統(tǒng)、VXI 儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合。主要完成被測信號的采集、放大、模/數(shù)轉換及數(shù)/模轉換和信號輸出控制等?？筛鶕?jù)不同的總線情況采用不同的I/O接口硬件設備，如數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)、GPIB總線儀器、VXI總線儀器模塊、串口儀器等，虛擬儀器構成方式有五種類型， 無論上述哪種VI系統(tǒng)，都是通過應用軟件將儀器硬件與通用計算機相結合。其中，PCDAQ測量系統(tǒng)是構成VI的最基本的方式，也是最廉價的方式。 虛擬儀器軟件系統(tǒng)虛擬儀器軟件由兩大部分構成，即應用程序和I/O接口儀器驅動程序。(1) 應用程序：① 實現(xiàn)虛擬面板功能的前面板的軟件程序；② 定義儀器測試功能的流程圖軟件程序。(2) I/O接口儀器驅動程序：這類程序用來完成特定外部硬件設備的擴展、驅動與通信。輸入/輸出(I/O)接口軟件存在于儀器(即I/O接口設備)與儀器驅動程序之間，是一個完成對儀器內部寄存器單元進行直接存取數(shù)據(jù)操作，對VXI背板總線與器件作測試和控制，并為儀器與儀器驅動程序提供信息傳遞的底層軟件層，是實現(xiàn)開放的、統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎與核心。儀器驅動程序是連接上層應用軟件與底層輸入/輸出(I/O)軟件的紐帶和橋梁。這些軟件開發(fā)工具為用戶設計虛擬儀器應用軟件提供了更多方便條件與良好的開發(fā)環(huán)境。本文采用的是NI公司的圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW 。 虛擬儀器的功能及特點 虛擬儀器的功能虛擬儀器利用個人計算機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對儀器的控制，數(shù)據(jù)分析與顯示。目前虛擬儀器廣泛應用于電子測量、電力工程、礦質勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學分析、故障診斷及教學科研等諸多領域。虛擬儀器的基本功能有以下三點：(1) 信號調理與采集功能此項功能主要是由虛擬儀器的硬件平臺完成的。儀器硬件可以是插入式數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍電路，或者是帶標準總線接口的儀器，如GPIB,VXI,PXI,STD,PCI總線儀器和網(wǎng)絡化儀器等。(2) 數(shù)據(jù)分析與處理功能虛擬儀器充分利用了計算機的高速存儲功能、運算功能，并通過軟件實現(xiàn)對輸入信號的分析處理，如數(shù)字濾波、統(tǒng)計處理、數(shù)值計算、信號分析、數(shù)據(jù)壓縮、模式識別等數(shù)字信號處理。(3) 參數(shù)設置和結果表達功能虛擬儀器充分利用計算機的人機對話功能，完成儀器的各種工作參數(shù)的設置，如功能、頻段、量程等參數(shù)的設置，對測量結果的表達與輸出有多種方式，如屏幕顯示，電、磁、光存儲，繪圖打印，網(wǎng)絡傳輸?shù)取?虛擬儀器的特點虛擬儀器技術就是基于PC技術的、用戶自定義的測試和測量解決方案，其四大優(yōu)勢在于：性能強性價比高、擴展性強、開發(fā)時間短，以及出色的集成功能。(1) 性能強性價比高以軟件為主的測量系統(tǒng)，充分利用了常用臺式計算機及工作平臺的計算、顯示和互聯(lián)網(wǎng)等的強大功能。由于傳送的信號大多是數(shù)字信號，數(shù)據(jù)的處理幾乎是軟件實現(xiàn)的，從而大大降低了環(huán)境干擾和系統(tǒng)誤差的影響。(2) 擴展性強虛擬儀器的硬、軟件具有開放性、模塊化、可重復使用及互換性等特點。為提高測試系統(tǒng)的性能，可以方便地加入一個通用儀器模塊或更換一個儀器模塊，而不必購買一個全新的系統(tǒng)，大大有利于測試系統(tǒng)的功能擴展。(3) 開發(fā)時間短在驅動和應用兩個層面上，優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺已經將其高效的軟件構架與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術結合在一起，給用戶提供最方便的、最靈活的操作以及強大的功能，讓用戶輕松地配置、創(chuàng)建、部署和維護高性能、低成本的測量和控制解決方案。(4) 出色的集成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，虛擬儀器軟件平臺為大部分I/O設備提供了標準的接口，幫助用戶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。 虛擬儀器的應用前景近年來，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)平臺組建自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)。最早和最具影響的開發(fā)軟件，是NI公司的LabVIEW軟件和LabWindows/CVI， LabVIEW采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。LabWindows/CVI是為熟悉C語言的開發(fā)人員準備的、在Windows環(huán)境下的標準ANSIC開發(fā)環(huán)境。虛擬儀器正在繼續(xù)迅速發(fā)展。虛擬儀器的突出成就不僅是可以利用PC機組建靈活的虛擬儀器，取代測量技術傳統(tǒng)領域的各類儀器，更重要的是它可以通過各種不同的接口總線，組建不同規(guī)模的自測試系統(tǒng)。它可以與不同的接口總線的溝通，將虛擬儀器、帶接口總線的各種電子儀器或各種插件單元，調配并組建成為中小型甚至大型的自動調試系統(tǒng)。虛擬儀器在組成和改變儀器的功能和技術性能方面具有靈活性與經濟性，因而虛擬儀器將會在科學技術的各個領域得到廣泛應用。3 LabVIEW軟件開發(fā)平臺 概述LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實驗室虛擬儀器工程平臺）是美國NI公司推出的一種基于G語言（Graphics Language,圖形化編程語言）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。LabVIEW是一個開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應用軟件，它為設計者提供了一個便捷、輕松的設計環(huán)境，利用它設計者可以輕松組建一個測量系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并任意構造自己的儀器面板，而無需進行任何繁瑣的計算機程序代碼的編寫，從而可以大大簡化程序的設計。LabVIEW包含有專門用于設計數(shù)據(jù)采集程序和儀器控制程序的功能庫和開發(fā)工具庫。LabVIEW的程序設計實質上就是設計一個個的“虛擬儀器”，即“VI”。在計算機顯示屏幕上利用功能庫和開發(fā)工具庫而產生一個前面板；在后臺則利用圖形化編程語言編制用于控制前面板的程序。程序的前面板具有與傳統(tǒng)儀器類似的界面，可接受用戶的鼠標指令。一般來說，每一個VI都可以作為其它VI的調用對象，其功能類似于文本語言的子程序。LabVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅動的。數(shù)據(jù)流程序設計規(guī)定，一個目標只有當它的所有輸入有效時才能執(zhí)行；而目標的輸出，只有當它的功能完全時才是有效的。這樣，LabVIEW中被連接的方框圖之間的數(shù)據(jù)流控制程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。用LabVIEW編制方框圖程序時，不必受常規(guī)程序設計語法細節(jié)的限制。首先，從功能菜單中選擇需要的功能方框，將之置于面板上適當?shù)奈恢?；然后用導線連接各功能方框在方框圖中的端口，用來在功能方框之間傳輸數(shù)據(jù)。這些方框包括了簡單的算術功能，高級的采集和分析VI以及用來存儲和檢索數(shù)據(jù)的文件輸入輸出功能和網(wǎng)絡功能。LabVIEW的核心是VI。VI有一個人機對話的用戶界面——前面板和類似于源代碼功能的方框圖。前面板用于接受來自方框圖的指令。在VI的前面板中，控件模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的方框圖；而指示器則模擬了儀器的輸出裝置并顯示由方框圖獲得或產生的數(shù)據(jù)。當把一個控件或指示器放置到前面板上時，LabVIEW在方框圖中相應地放置了一個端口，這個從屬于控件或指示器的端口不能隨意刪除，只有刪除它對應的控件或指示器時它才隨之一起被刪除。 LabVIEW軟件的特點歸納起來LabVIEW軟件開發(fā)平臺具有以下優(yōu)點：(1) 圖形化的編程方式，設計者不用寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師語言。(2) 提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)。(3) 采用數(shù)據(jù)流編程模式，是能夠同時運行多個程序的多任務系統(tǒng)。(4) 既提供了傳統(tǒng)的程序調試手段，如設置斷點、單步運行，同時提供有獨到的高亮執(zhí)行和探針工具，使程序動畫式運行，利于設計者觀察程序運行的細節(jié)，使程序的調試和開發(fā)更為便捷。(5) 32bit的編譯器編譯生成32bit的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測試和測量方案的高速執(zhí)行。(6) 囊括了DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS232/485在內的各種儀器通信總線標準的所有功能函數(shù)，使得不懂總線標準的用戶也能夠驅動不同總線標準接口設備與儀器。(7) 提供大量與外部代碼或軟件進行連接的機制，諸如DLLs(動態(tài)連接庫)、DDE(共享庫)、ActiveX、MATLAB等。(8) 強大的Internet功能，內置了便于應用TCP/IP，DDE，ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)。支持常用網(wǎng)絡協(xié)議，方便網(wǎng)絡、遠程測控儀器的開發(fā)。 圖形化程序設計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術的不斷發(fā)展，圖形化的編程語言必將成為測試和控制領域內最流行的發(fā)展趨勢。 LabVIEW應用程序的構成所有的LabVIEW應用程序，即虛擬儀器(VI )，都包括前面板、流程圖以及圖標/連結器三部分。 前面板介紹。窗口中包含主選菜單欄和快捷工具欄。用戶制作虛擬儀器前面板是用工具選板中相應的工具去選取控件選板上的相關控件，并拖入到窗口中的適當位置。 前面板的開發(fā)窗口前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關、旋鈕、圖形以及其他控件和顯示對象。 流程圖介紹流程圖是圖形化程序的源代碼，是VI測試功能軟