【正文】 rtual Instruments (虛擬儀器)Virtual Instruments (虛擬儀器)Instruments Driver(儀器驅(qū)動(dòng)程序)Instruments Hardware(虛擬硬件)Instruments Driver(儀器驅(qū)動(dòng)程序)Instruments Hardware(虛擬硬件)圖13 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)圖形化開發(fā)環(huán)境與圖形化VI框架不同，主要區(qū)別在于其VI組件可復(fù)用原碼模塊的能力，后者的這些原碼模塊必須具有被其他原碼模塊繼承性調(diào)用的能力。在電子測(cè)量、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域中都有極為廣泛的應(yīng)用。我國還基本處于傳統(tǒng)儀器與計(jì)算機(jī)化儀器互相分離的狀態(tài)，世界各大相關(guān)產(chǎn)品商家都在向中國這個(gè)巨大的市場(chǎng)進(jìn)軍結(jié)合我國的實(shí)際情況，我們必須走引進(jìn)與自行開發(fā)相結(jié)合的道路。虛擬儀器技術(shù)不斷地?cái)U(kuò)展其功能及應(yīng)用范圍。虛擬示波器作為虛擬儀器中的一種典型儀器，是儀器儀表、無線電通信、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域不可缺少的一部分同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)、教學(xué)、科研中常用的電子儀器，可以采集信號(hào)并進(jìn)行分析，但傳統(tǒng)儀器都具有設(shè)備更新慢、功能單一、價(jià)格貴等缺點(diǎn)，而高精度、具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的示波器，由于工藝復(fù)雜、技術(shù)要求高，因而價(jià)格昂貴?？梢詫?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，節(jié)約了設(shè)備投資，并且可以通過調(diào)整一部分軟件，方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。本課題通過編制LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)了在LabVIEW中對(duì)非NI的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行控制，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；通過軟件面板的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了虛擬數(shù)字示波器，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行顯示和處理。虛擬儀器的硬件主體是電子計(jì)算機(jī)，通常是個(gè)人計(jì)算機(jī)，也可以是任何通用計(jì)算機(jī)。 在給定計(jì)算機(jī)必要的儀器硬件之后，構(gòu)成和使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于軟件。美國國家儀器公司提出的“軟件即儀器”(The Software is the Instrument)形象地概括了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。主要有Microsoft公司的Visual Basic。如HP公司的VEE, NI公司的 LabVIEW和Lab windows/CVI等。LabVIEW作為開發(fā)環(huán)境所具有的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下所述：(1)圖形化編程，降低了對(duì)使用者編程經(jīng)驗(yàn)的要求，易于工程師使用。(3)對(duì)象、框圖及其構(gòu)成的虛擬儀器在Windows, Windows NT, UNIX等多平臺(tái)之間和各種PC機(jī)及工作站間兼容，便于軟件移植。(5)具有豐富的庫函數(shù)和例子，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序，用戶可以從例子中得程序框架，便于提高開發(fā)速度。(7)直接支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE )、對(duì)象聯(lián)接與嵌入(OLE )、結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)，便于與其它Windows應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序接口。LabVIEW是當(dāng)今唯一帶有可以生產(chǎn)最佳編碼的編譯器的圖形化開發(fā)環(huán)境，運(yùn)行速度等同于編好的C或C十+程序。2. 1. 2硬件的選擇 計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡組成了虛擬示波器的硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)。CPU的速度及計(jì)算機(jī)的內(nèi)存影響著示波器處理數(shù)據(jù)的速度。本文選擇北京阿爾泰公司的 ART PCI2300型多功能采集卡。圖21虛擬示波器的結(jié)構(gòu)框圖我們所開發(fā)的虛擬示波器，是在數(shù)據(jù)采集硬件的支持下，配備一定功能的軟件，完成波形的存儲(chǔ)、分析、顯示等功能。虛擬示波器也是由這三大部分組成，但是除了信號(hào)采集部分是由硬件實(shí)現(xiàn)之外，其它兩部分都是由軟件實(shí)現(xiàn)。(2) 虛擬示波器可以對(duì)10Hz~10kHz的輸入波形進(jìn)行顯示、觀察、測(cè)量。 (4) 虛擬示波器除了具有單蹤數(shù)字示波器功能模塊、雙蹤數(shù)字示波器功能模塊外還具有(Y1+Y2)/(Y1Y2) 功能模塊、(Y1*Y2)/(Y1/Y2) 功能模塊、Y1/Y1微分功能模塊、Y1/Y1積分功能模塊、Y1/Y1微分功能模塊、Y1/Y1積分功能模塊、李薩如波形生成功能模塊、頻譜分析功能模塊等高級(jí)信號(hào)處理模塊，延伸普通數(shù)字示波器的功能范圍。第三章虛擬儀器集成開發(fā)環(huán)境PC機(jī)上的操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程，經(jīng)歷了DOS, 、直至今天的Windows9X, Windows2000以WindowsXP。顯然，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的測(cè)試系統(tǒng)，選用DOS操作平臺(tái)及其開發(fā)軟件要好一些，但是在其它方面，Windows操作系統(tǒng)給程序編制者和軟件用戶帶來了極大的便利，尤其是圖形顯示方面，其次，共享網(wǎng)絡(luò)資源的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的操作系統(tǒng)的使用己經(jīng)是當(dāng)今社會(huì)的主流，考慮到這些因素，作者把虛擬儀器平臺(tái)軟件開發(fā)平臺(tái)定位為目前擁有最大用戶群的Windows操作系統(tǒng)。它類似于VisualBasic, Visual C++。 LabVIEW是一個(gè)多線程、最佳化的圖形編譯器，它能在最大程度上優(yōu)化系統(tǒng)的性能。LabVIEW數(shù)據(jù)采集庫包含了許多有關(guān)采集和生成數(shù)據(jù)的函數(shù)，它們與NI的插卡式或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品協(xié)同工作。DLL提供最大的靈活性，可以將LabVIEW與其它開發(fā)工具如VB, VC和NI的Measurement Studio結(jié)合起來。它含有種類豐富的函數(shù)庫，科學(xué)家和工程師們利用它可以方便靈活地搭建功能強(qiáng)大的測(cè)試系統(tǒng)。LabVIEW的框圖中使用了豐富的設(shè)備和模塊圖標(biāo)，與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過程和思維過程非常的相似。：圖31虛擬儀器（VI）的前面板 LabVIEW后臺(tái)控制面板(a) 圖標(biāo) (b) 連接器(c) 通過連線進(jìn)行編程圖 32虛擬儀器（VI）的圖標(biāo)和連接器 LabVIEW程序執(zhí)行流程宏觀上講，LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制已不再是傳統(tǒng)上的馮傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)語言（如C語言）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機(jī)制所代替。這樣，可以結(jié)合圖形語言和文本語言各自優(yōu)點(diǎn)，更為靈活、高效、易用。4. 1儀器驅(qū)動(dòng)的概念 儀器驅(qū)動(dòng)也稱為儀器驅(qū)動(dòng)器，是完成對(duì)某一特定儀器控制與通信的軟件程序集，也可以認(rèn)為是儀器的軟件描述，它是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。由于虛擬儀器需要提供模擬實(shí)際儀器操作面板的虛擬面板，因此虛擬儀器驅(qū)動(dòng)器不僅是實(shí)施儀器控制的程控代碼，還是儀器程控代碼、高級(jí)軟件編程與先進(jìn)人機(jī)交互三者相結(jié)合的產(chǎn)物，是一個(gè)包含實(shí)際儀器使用和操作信息的軟件模塊。底層部分則基于一組I/O函數(shù)和測(cè)試接口，實(shí)時(shí)模式下，測(cè)試人員對(duì)軟面板上控件的操作將直接反映到真實(shí)儀器上。 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，通過提供友好直觀的測(cè)控操作界面、豐富的數(shù)據(jù)分析和處理功能，來完成自動(dòng)測(cè)試任務(wù)。一般由儀器廠商以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式提供給用戶。 LabVIEW平臺(tái)上儀器驅(qū)動(dòng)的方法LabVIEW支持的數(shù)據(jù)采集卡，如NI公司自行生產(chǎn)的各類數(shù)據(jù)采集卡，可利用LabVIEW自帶的驅(qū)動(dòng)函數(shù)驅(qū)動(dòng)。Lab VIEW不支持的數(shù)據(jù)采集卡，可利用LabVIEW能與外部程序接口的特性來實(shí)現(xiàn)。LabVIEW對(duì)NI公司的全部DAQ產(chǎn)品都提供了專門的驅(qū)動(dòng)程序庫，因此，在LabVIEW下應(yīng)用NI的DAQ產(chǎn)品無需專門考慮驅(qū)動(dòng)程序的問題。在LabVIEW中用戶是通過LabVIEW DAQ VIs來完成DAQ編程應(yīng)用的，所有的LabVIEW DAQ VIs都包含在功能模板Measurement I/O：DAQmx Data Acquisition子模板中。儀器驅(qū)動(dòng)程序在功能模板~Instrument I/OInstrument Drivers子模板中。利用這些儀器驅(qū)動(dòng)器，用戶可以很容易地控制各種儀器，并將主要精力放在儀器功能的實(shí)現(xiàn)上，而不必關(guān)心具體的編程細(xì)節(jié)，這一點(diǎn)是LabVIEW強(qiáng)大功能的體現(xiàn)。這種數(shù)據(jù)采集卡可以調(diào)用Data Acquisition子模板上的數(shù)據(jù)采集圖標(biāo)進(jìn)行各種方式的數(shù)據(jù)采集。 Automation軟件檢驗(yàn)時(shí)是不可識(shí)別的，當(dāng)然非NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡通常屬于此列，對(duì)于這類數(shù)據(jù)采集卡，一般需要用戶自己開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。1. CIN技術(shù) CIN技術(shù)即代碼接口(code interface node)技術(shù)是LabVIEW中調(diào)用C源代碼的通用方法。很多其他廠商生產(chǎn)的DAQ設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序并不支持LabVIEW，但是大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)程序都是用C語言開發(fā)的，因此，使用CIN技術(shù)調(diào)用這些C語言開發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序，就可以在LabVIEW中使用各種DAQ設(shè)備。由于在本課題所選用的I/O設(shè)備是北京阿爾泰公司的示波卡PCI2300，在本課題中將采用CLF來調(diào)用示波卡的I/O驅(qū)動(dòng)程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)示波卡的驅(qū)動(dòng)。首先要在框圖程序中創(chuàng)建一個(gè)空的CLF節(jié)點(diǎn)，CLF節(jié)點(diǎn)位于LabVIEW功能模板Advanced子模板中。圖49 CLF節(jié)點(diǎn)圖標(biāo) 由于LabVIEW的廣泛使用，越來越多的廠家給自己的產(chǎn)品配備了LabVIEW形式的驅(qū)動(dòng)程序，一般將其安裝在目錄National Instruments/LabVIEW下，其中x為LabVIEW的安裝路徑。 VI子模板中看到相應(yīng)設(shè)備的圖標(biāo)形式的驅(qū)動(dòng)模塊