【正文】 握，特別是那些沒有很多程序設計經(jīng)驗的工程人員。如果將VI 與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對應的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當于傳統(tǒng)儀器箱內的硬件電路。在流程圖中對VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。但并非畫出兩個控件后程序就可以運行，在前面板后還有一個與之對應的流程圖。3．基于LABVIEW 平臺的虛擬儀器程序設計所有的LABVIEW 應用程序，即虛擬儀器(VI)，它包括前面板(Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標/連結器(Icon/Connector)三部分。利用LABVIEW ，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32 編譯器。LABVIEW 具有一系列無與倫比的優(yōu)點：首先，LABVIEW 作為圖形化語言編程，采用流程圖式的編程，運用的設備圖標與科學家、工程師們習慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程非常相似；同時，LABVIEW 提供了豐富的VI 庫和儀器面板素材庫，近600 種設備的驅動程序，如GPIB 設備控制、VXI 總線控制、串行口設備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲；并且LABVIEW 還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設置斷點，調試過程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，更加便于程序的調試。而LABVIEW 是基于數(shù)據(jù)流的工作方式，同時也是基于圖形化的編程，這使得設計者不必掌握大量的編程語言和程序設計技巧便可設計出虛擬儀器系統(tǒng)。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。LABVIEW 集成了與滿足GPIB、VXI、RS232 和RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。除此以外還有HP 公司的HPVEE ，HPTIG 開發(fā)平臺，美國Tektronix 公司的EzTest，TekTNS 平臺軟件，這些都是國際上公認的優(yōu)秀的虛擬儀器開發(fā)軟件平臺。LABVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。這些工作對于那些不熟悉這方面知識的工程設計人員來說，需要花費大量時間和精力，這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。 虛擬儀器的開發(fā)軟件1. 虛擬儀器的開發(fā)語言虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標準C、Visual C++、Visual Basic 等通用程序開發(fā)語言。近年來，隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，己經(jīng)形成了網(wǎng)絡虛擬儀器。7）可方便地存貯和交換測試數(shù)據(jù)，測試結果的表達方式更加豐富多樣。5）虛擬儀器開放、靈活，與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡及其他周邊設備互聯(lián)。3）儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟件來定義，不是事先由廠家定義的。同時，虛擬儀器的面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受標準元件和加工工藝的限制，由編程來實現(xiàn)，設計者可以根據(jù)用戶的要求和操作需要來設計儀器面板。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復雜的功能。1）傳統(tǒng)儀器的面板只有一個，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。在高速度、高帶寬和專業(yè)測試領域，獨立儀器具有無可替代的優(yōu)勢。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。VXI總線即插即用聯(lián)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。高層是應用函數(shù)/VI層，它根據(jù)具體測量要求調用底層的函數(shù)/VI。虛擬儀器驅動程序的核心是驅動程序函數(shù)/VI集，函數(shù)/VI是指組成驅動的模塊化子程序。儀器驅動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。數(shù)據(jù)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(shù)庫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)時間。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。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(chǎn)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。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。測試軟件是虛擬儀器的主心骨。因此，計算機技術在顯示、存儲能力、處理器性能、網(wǎng)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。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。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。 虛擬儀器系統(tǒng)的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。當前應該解決的是如何使虛擬儀器和現(xiàn)有儀器配合，挖掘現(xiàn)有儀器的潛力，達到逐步淘汰和取代傳統(tǒng)儀器的目的。而且，隨著測試儀器的數(shù)字化、計算機化的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)測試儀器漸漸有被取代的趨勢。虛擬儀器作為教學的新手段，已慢慢地走進了電子技術的課堂和實驗室，正逐漸改變著電子技術教學的傳統(tǒng)模式，這也是現(xiàn)代教育技術發(fā)展的必然。測控儀器將會向高效、高速、高精度和高可靠性以及自動化、智能化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。 虛擬儀器的發(fā)展方向虛擬儀器作為新興的儀器儀表，其優(yōu)勢在于用戶可自行定義儀器的功能和結構等，且構建容易、轉換靈活，它已廣泛應用于電子測量、聲學分析、故障診斷、航天航空、機械工程、建筑工程、鐵路交通、生物醫(yī)療、教學及科研等諸多方面。PXI的高度可擴展性。然而，組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。經(jīng)過多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。VXI總線方式虛擬儀器VXI總線是一種高速計算機總線VME總線在VI領域的擴展，它具有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI屏蔽。GPIB技術可用計算機實現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統(tǒng)。它的出現(xiàn)使電子測量獨立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展，典型的GPIB系統(tǒng)由一臺PC機、一塊GPIB接口卡和若干臺BPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成。由于其價格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學實驗室應用。儀器軟件裝在計算機上，通?？梢酝瓿筛鞣N測量測試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計、數(shù)字萬用表、功率計、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。另外，ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，PCI總線的虛擬儀器價格比較昂貴。LABVIEW/cvi是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過三種編程語言Visual C++, Visual Basic, LABVIEW/cvi構成測試系統(tǒng)，它充分利用計算機的總線、機箱、電源及軟件的便利。 虛擬儀器的分類PC總線——插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計算機內的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LABVIEW相結合。虛擬儀器可廣泛應用于電子測量、電力工程、物礦勘探、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。虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流，對科學技術的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的進步將產(chǎn)生不可估量的影響。其核心的思想是利用計算機的強大資源使本來需要硬件實現(xiàn)的技術軟件化，以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)功能與靈活性。虛擬儀器(Virtual Instrument，簡稱VI)的概念是由美國國家儀器公司(NI)在20世紀80年代最早提出的?？梢姡环矫骐娮蛹夹g及市場的發(fā)展從客觀上要求測試儀器向自動化及柔性化的方向發(fā)展，另一方面，電子技術及市場的發(fā)展也給虛擬儀器的產(chǎn)生提供了可能。這樣的測試儀器不僅使用效率及利用效率都很低，而且硬件存在巨大的冗余。良好的人機界面的要求促進了傳統(tǒng)測試儀器的改造。微處理器和DSP技術的飛速發(fā)展及它們價格的不斷降低，改變了傳統(tǒng)的電子設計概念，原來許多由硬件完成的功能現(xiàn)在逐步由運行在微處理器和DSP芯片上的軟件來完成，這樣給產(chǎn)品帶來了巨大的好處：自動化、程序高、可靠性高、價格低、容易升級、系統(tǒng)具有寬適應范圍的柔性結構、可維護性好等等。2 虛擬儀器和Labview簡介 虛擬儀器概述 虛擬儀器產(chǎn)生背景當今我們處于一個正在高度發(fā)展的信息社會，要求在有限的時空上實現(xiàn)大量信息的交換，必然帶來信息密度的急劇增大，要求電子系統(tǒng)對于信息的處理速度越來越高，功能越來越強，這使得系統(tǒng)結構日趨復雜。虛擬信號發(fā)生器能充分發(fā)揮虛擬儀器結構簡單、功能豐富、價格低廉、能重復開發(fā)、可用戶自定義的優(yōu)勢。目前高精度、具有數(shù)據(jù)存儲能力的信號發(fā)生器，生產(chǎn)工藝復雜，價格昂貴。利用計算機豐富的軟硬件資源，用戶可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應用需求。但是這對于傳統(tǒng)儀器來說是非常困難的。這些情況無疑是大大浪費了投資。高檔儀器基本上依靠國外進口，每年都消耗國家大量外匯。在我國，傳統(tǒng)儀器技術還比較落后，目前有大批陳舊的測試儀器等待更新。偽隨機編碼信號發(fā)生器由帶有反饋環(huán)路的n級移位寄存器組成，所產(chǎn)生的碼長為 N＝21 。只要所取的測量時間等于這種編碼信號周期的整數(shù)倍，便不會引入統(tǒng)計性誤差。 偽隨機信號發(fā)生器：用白噪聲信號進行相關函數(shù)測量時，若平均測量時間不夠長，則會出現(xiàn)統(tǒng)計性誤差，這可用偽隨機信號來解決。噪聲信號發(fā)生器主要用途是：①在待測系統(tǒng)中引入一個隨機信號，以模擬實際工作條件中的噪聲而測定系統(tǒng)的性能；②外加一個已知噪聲信號與系統(tǒng)內部噪聲相比較以測定噪聲系數(shù)；③用隨機信號代替正弦或脈沖信信號，以測試系統(tǒng)的動態(tài)特性。常用的白噪聲發(fā)生器主要有：工作于1000兆赫以下同軸線系統(tǒng)的飽和二極管式白噪聲發(fā)生器；用于微波波導系統(tǒng)的氣體放電管式白噪聲發(fā)生器；利用晶體二極管反向電流中噪聲的固態(tài)噪聲源（可工作在18吉赫以下整個頻段內）等。 隨機信號發(fā)生器隨機信號發(fā)生器分為噪聲信號發(fā)生器和偽隨機信號發(fā)生器兩類。通常在外加觸發(fā)信號之后首先輸出一個前置觸發(fā)脈沖，以便提前觸發(fā)示波器等觀測儀器，然后再經(jīng)過一段可調節(jié)的延遲時間才輸出主信號脈沖，其寬度可以調節(jié)。脈沖發(fā)生器主要由主控振蕩器、延時級、脈沖形成級、輸出級和衰減器等組成。除供通信、儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領域。它能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（主要是正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號。高穩(wěn)定度和高分辨力的頻率合成器，配上多種調制功能（調幅、調頻和調相），加上放大、穩(wěn)幅和衰減等電路，便構成一種新型的高性能、可程控的合成式信號發(fā)生器，還可作為鎖相式掃頻發(fā)生器。直接式頻率合成器由晶體振蕩、加法、乘法、濾波和放大等電路組成，變換頻率迅速但電路復雜，最高輸出頻率只能達1000兆赫左右。輸出信號頻率通?？砂词M位數(shù)字選擇，最高能達11位數(shù)字的極高分辨力。掃頻信號發(fā)生器有自動掃頻、手控、程控和遠控等工作方式。掃頻和程控信號發(fā)生器：掃頻信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生幅度恒定、頻率在限定范圍內作線性變化的信號。儀器一般靠機械調諧腔體來改變頻率，每臺可覆蓋一個倍頻程左右，由腔體耦合出的信號功率一般可達10毫瓦以上。微波信號發(fā)生器：從分米波直到毫米波波段的信號發(fā)生器。主要用途是測量各種接收機的技術指標。高頻信號發(fā)生器：頻率為 100千赫～30兆赫的高頻、30～300兆赫的甚高頻信號發(fā)生器。主振級一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。 按頻率覆蓋范圍分為低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器和微波信號發(fā)生器；按輸出電平可調節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡易信號發(fā)生器（即信號源）、標準信號發(fā)生器（輸出功率能準確地衰減到100分貝毫瓦以下）和功率信號發(fā)生器（輸出功率達數(shù)十毫瓦以上）；按頻率改變的方式分為調諧式信號發(fā)生器、掃頻式信號發(fā)生器、程控式信號發(fā)生器和頻率合成式信號發(fā)生器等。一般傳統(tǒng)的信號發(fā)生器都采用諧振法，即用具有頻率選擇性的回路來產(chǎn)生正弦振蕩，來獲得所需頻率。其次，信號發(fā)生器