【正文】 Cytokinetics is a biopharmaceutical pany focused on the discovery of small molecule therapeutics that target the cytoskeleton. Since inception we have developed a robust technology infrastructure to support our drug discovery efforts. The infrastructure provides capacity to screen millions of pounds per year in tests ranging from multiprotein biochemical assays that mimic biological function to automated imagebased cellular assays with phenotypic readouts. The requirements for processing these numbers and diversity of assays have mandated deployment of multiple integrated automation systems. For example, we have several platforms for biochemical screening, systems for live cell processing, automated microscopy systems, and an automated pound storage and retrieval system. Each inhouse integrated system is designed around a robotic arm and contains an optimal set of plateprocessing peripherals (such as pipetting devices, plate readers, and carousels) depending on its intended range of use. To create the most flexible, high performance, and costeffective systems, we have taken the approach of building our own systems inhouse. This has given us the ability to integrate the most appropriate hardware and software solutions regardless of whether they are purchased from a vendor or engineered de novo, and hence we can rapidly modify systems as assay requirements change.To maximize platform consistency and modularity, each of our 10 automated platforms is controlled by a mon, distributed application suite that we developed using National Instruments (NI) LabVIEW. This application suite described in detail below, enables our end users to create and manage their own process models (assay scripts) in a mon modeling environment, to use these process models on any automation system with the required devices, and allows easy and rapid device reconfiguration. The platform is supported by a central Oracle database and can run either statically or dynamically scheduled processes. 基于虛擬儀器的可重構(gòu)邏輯 虛擬儀器的出現(xiàn)是測量儀器發(fā)展歷史上的一場革命。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。此次設計付出了老師很多心血，在此我表示衷心感謝?？梢灶A見，虛擬儀器技術將是今后儀器科學發(fā)展在相當一段時期內(nèi)的重要方向。從而使遠程教育的學習者通過網(wǎng)絡進行遠程實驗教學。但是由于時間的關系，LabVIEW所具有的強大功能還有許多是本人未曾開發(fā)和加以很好利用的，如Cal1LibraryFuneti和CodeInterfaeeNode等，這需要通過不斷的實踐和儀器開發(fā)來熟悉。所以可以很容易地將該系統(tǒng)移植到網(wǎng)絡虛擬實驗室系統(tǒng)中。(6)本系統(tǒng)雖然是在LabVIEW平臺上開發(fā)的教學用虛擬實驗儀器，但由于采用模塊化設計思想和面向?qū)ο蟮脑O計方法，使該系統(tǒng)具有良好的移植性。(4)本文中采用面向?qū)ο蟮膱D形化編程語言LabV工EW，大大提高了軟件的開發(fā)速度和效率，縮短了軟件開發(fā)周期，使用面向?qū)ο蠹夹g使程序的復用性達到最佳。與傳統(tǒng)儀器相比，增加了頻域分析功能在相同的硬件條件下，可以通過修改或增加軟件模塊，形成新的儀器功能。(2)本文是在LabVIEW平臺上開發(fā)的教學用虛擬實驗儀器:虛擬示波器，主要建立了軟件開發(fā)的主要功能模塊，通過調(diào)用外部數(shù)據(jù)采集卡AC1810，達到了虛擬示波器信號采集、處理，以及對信號的測量和顯示的主要功能。通過對課題的研究與開發(fā)，可以得出以下結(jié)論:(1)本文中開發(fā)的虛擬實驗儀器對采集的數(shù)據(jù)進行實時的分析處理、并生動直觀地顯示出運行數(shù)據(jù)、同時可進行波形回放、存儲和打印數(shù)據(jù)結(jié)果。第四章 論文總結(jié)數(shù)字信號處理技術和教學儀器技術的發(fā)展是本文理論知識的基礎，而虛擬儀器的基本思想和LabVIEw開發(fā)平臺則是程序開發(fā)設計過程中有力的工具。通用數(shù)字處理軟件包括用于數(shù)字信號處理的各種功能函數(shù)，例如關于頻域分析的功率譜估計、FFT、FHT、逆FFT、逆FHT和細化分析等：時域分析的相關分析、卷積運算、反卷運算、均方根估計、差分積分運算和排序等；以及數(shù)字濾波等等。應用軟件是建立在儀器驅(qū)動程序之上，直接面對操作用戶，通過提供直觀友好的測控操作界面、豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能，來完成自動測試任務。而VPP規(guī)范明確規(guī)定儀器生產(chǎn)廠家在提供儀器模塊的同時，必須提供儀器驅(qū)動程序的源程序文件與動態(tài)鏈接庫(DLL)文件，并且由于儀器驅(qū)動程序的編寫是在VISA的基礎上，因此儀器驅(qū)動程序之間有很大的互參考性，儀器驅(qū)動程序的源程序也容易理解。在過去，用戶只能見到儀器驅(qū)動程序的引出函數(shù)原型，儀器供應廠家將源程序“神秘”地隱藏起來。儀器驅(qū)動程序?qū)τ趦x器的操作與管理，又是通過輸入／輸出(I／O)軟件所提供的統(tǒng)一基礎與格式的函數(shù)庫(VISA庫)的調(diào)用來實現(xiàn)的。儀器驅(qū)動程序的實質(zhì)是為用戶提供了用于儀器操作的較抽象的操作函數(shù)集。它是應用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。它對于儀器驅(qū)動程序開發(fā)者來說是一個可調(diào)用的操作函數(shù)集，通過它可以直接訪問計算機的硬件設備。一般稱這個I／O函數(shù)庫為VISA庫。Play聯(lián)盟于1996年完成了對VISA規(guī)范的開發(fā)工作，并將各個函數(shù)的原型以標準的形式發(fā)布。由于這種不可互換性，因而造成用戶在集成、使用和維護虛擬儀器系統(tǒng)時重復投入了大量的資金。圖3—4虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)(VISA)1．VISA的由來在以往的虛擬儀器開發(fā)過程中，I／0接口設備驅(qū)動控制軟件的開發(fā)沒有制定共同的規(guī)范，儀器廠商按照各自的標準開發(fā)I／O接口設各驅(qū)動控制軟件出售給用戶。3．與目前使用最多的PC—DAQ型結(jié)構(gòu)相比，RS一232虛擬儀器系統(tǒng)雖然速度有所降低，但價格低廉使用更加靈活。采用RS一232串行總線結(jié)構(gòu)建的虛擬儀器硬件平臺有以下幾方面的優(yōu)點：l．RS一232總線與GPIB總線、VXI總線、PXI總線相比，它的接口簡單、使用方便，應用于速度較低的測量系統(tǒng)中，其優(yōu)勢十分明顯。圖33 RS一232虛擬儀器系統(tǒng)串行接口(RS一232)是PC機的標準配置，它用于數(shù)據(jù)的串行傳輸。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EtA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準。這兩類總線技術是當前虛擬儀器技術研究的熱點。這種總線需要兩對信號線和一對電源線，可以用任意方式連接63個裝置，它是專為需要大數(shù)據(jù)量串行傳送的數(shù)碼相機、硬盤等設計的。該總線具有輕巧簡便、價格便宜、連接方便快捷的特點，現(xiàn)在已被廣泛用于寬帶數(shù)字攝像機、掃描儀、打印機及存儲設備。USB總線能以雛菊鏈方式連接127個裝置，需要一對信號線及電源線。PXI還具有高度的可擴展性：PXI具有8個擴展槽，通過使用PCI—PCI橋接器，可擴展到256個擴展槽，而臺式PCI系統(tǒng)只有3～4個擴展槽，臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優(yōu)勢結(jié)合起來，便形成了出色的虛擬儀器平臺。所以，PXI的數(shù)據(jù)傳輸速率的峰值在33MHz、32 bit的總線上，可達132MB／s；在66 IV[Hz、64 bit的總線上更可高達528MB／s，遠遠高于GPIB與VXI接口的傳輸速率。PXI的規(guī)格區(qū)分為硬件與軟件兩個部分。PXl結(jié)構(gòu)最初是在1997年由NI公司提出，旨在幫助用戶開發(fā)一種低成本測試系統(tǒng)同時還要堅固耐用，并在多個工業(yè)領域都能滿足生產(chǎn)和現(xiàn)場測試要求。 PXI虛擬儀器系統(tǒng)PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)定義為用于測試、測量和控制應用，基于PC的一種小型模塊化儀器平臺。外接式控制方式可以通過GPIB總線或者IEEE一1394總線及相應的接口電路實現(xiàn)對VXI系統(tǒng)控制。采用嵌入式控制器的VXl系統(tǒng)具有最小可能的體積。VXI總線控制方式分為嵌入式和外接式兩類。VXlbus標準和VPP規(guī)范的建立，使高密度、高效率、高速度、高度開放性、高可靠性和高度規(guī)范化的模塊化儀器走上了標準化的道路，為自動測試技術的發(fā)展提供了新的技術支持，從而得到了積極的響應、迅速發(fā)展和推廣應用。 VXI虛擬儀器系統(tǒng)VXlbus是WEgus在儀器領域的擴展(VMEbus eXtensions for fnstrumentation)，是計算機操縱的模塊化自動儀器系統(tǒng)。GPIB接口卡主要用于將儀器與計算機相連，各GPIB接口之間用GPIB連接電纜連接。開發(fā)基于GPlB總線的虛擬儀器一般需要如下硬件：計算機、帶有GPIB接口的測試儀器、GPIB接口卡和GPIB連接電纜。GPIB接口的優(yōu)點在于通過一個接口可以將多個GPIB設備連接在一起，同時完成多種不同物理量的測量。說者負責發(fā)出消息(數(shù)據(jù)或命令)，聽者負責接收消息(數(shù)據(jù)或命令)，控制器(通常是一臺計算機)負責管理總線上的消息，并指定通訊連接和發(fā)送GPIB命令到指定的設備。GPIB接口是一種8位數(shù)字并行通訊接口，其數(shù)據(jù)傳輸速度為iMbyte／s。 GPIB虛擬儀器系統(tǒng)目前，工程中的儀器設備種類繁多、功能各異，一個系統(tǒng)經(jīng)常需要連接多臺不同類型的儀器協(xié)同工作，這就需要一種能夠?qū)⒁幌盗袃x器設備和計算機聯(lián)成整體的接口系統(tǒng)。很多數(shù)據(jù)采集卡印刷電路板上，還裝有數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D／A)，D／A處在Pc計算機的后向通道，即輸出通道，用于將計算機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，從而實現(xiàn)控制功能。隨著電子技術的發(fā)展，目前通常將采樣保持器與A／D轉(zhuǎn)換器集成在一塊芯片上。④A／D轉(zhuǎn)換器。③采樣保持器。將前一級多路開關切換進入待采集的信號進行放大(或衰減)至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。將各路信號輪流切換到放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。2．DAO虛擬儀器硬件平臺DAQ虛擬儀器的硬件平臺由Pc計算機與數(shù)據(jù)采集卡(DAQ卡)組成。③濾波：濾除高頻干擾，限制信號的最高頻率fmax避免產(chǎn)生混淆和混疊。故調(diào)理電路的基本作用有三個：①放大：將微弱電壓信號放大。其主要原因是：大多數(shù)傳感器輸出的電信號很微弱，需要進一步放大，有的還要進行阻抗變換；有些傳感器輸出的是電參量，要轉(zhuǎn)換為電能量：輸出信號