第二章_虚拟仪器测试系统

1、第一章第一章 虚拟仪器测试系统虚拟仪器测试系统 虚拟仪器虚拟仪器 基于虚拟仪器的测试系统基于虚拟仪器的测试系统 LabVIEW开发环境开发环境1.1 1.1 虚拟仪器虚拟仪器 虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测控系统硬件和虚拟仪器软件资源三者的控系统硬件和虚拟仪器软件资源三者的结合。结合。 1 1、测量仪器的发展历程、测量仪器的发展历程 2 2、虚拟仪器的基本概念、虚拟仪器的基本概念 3 3、虚拟仪器与传统仪器的比较、虚拟仪器与传统仪器的比较 4 4、虚拟仪器的基本功能、虚拟仪器的基本功能 5 5、虚拟仪器的基本组成部分、虚拟仪器的基本组成部分测量仪器的发展历

2、程测量仪器的发展历程虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念 什么是什么是虚拟仪器虚拟仪器? 所谓虚拟仪器所谓虚拟仪器, 即是即是以计算机为基础以计算机为基础 ,配以相应测试功配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口能的硬件作为信号输入输出的接口, 完成信号的采集、完成信号的采集、测量与调理测量与调理,从而完成各种测试功能的一种计算机从而完成各种测试功能的一种计算机化化仪仪器系统。器系统。 虚拟仪器（虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以）：是一种以计算机和测试模块的计算机和测试模块的硬件为基础硬件为基础、以计算机、以计算机软件为核软件为核心心所构成的，并且

3、在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面所构成的，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软件来定义的计算机仪器。件来定义的计算机仪器。 虚拟仪器之虚拟仪器之“虚拟虚拟”含义：含义：虚拟仪器面板；虚拟仪器面板；软件实现仪器功能软件实现仪器功能。如：基于高速数据采。如：基于高速数据采集硬件，通过计算机软件编程可实现集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚虚拟示波器拟示波器”、“虚拟频谱仪虚拟频谱仪”、“虚拟交虚拟交流数字电压表流数字电压表”、“虚拟频率计虚拟频率计”、“虚虚拟相位计拟相位计”等不同仪器。等不同仪器。虚拟仪器与传

4、统仪器的比较虚拟仪器与传统仪器的比较比较内容比较内容虚拟仪器虚拟仪器 传统仪器传统仪器系统构成系统构成软件和通用硬件。软件是关键软件和通用硬件。软件是关键 专用硬件系统专用硬件系统开发周期开发周期开发时间短、技术要求低、系统开发时间短、技术要求低、系统通用性强通用性强开发时间长、技术要开发时间长、技术要求高、系统功能较求高、系统功能较专一专一开发费用开发费用软件使得开发和维护费用降至最软件使得开发和维护费用降至最低低开发与维修开销高开发与维修开销高技术更新周期技术更新周期短（短（1212年）年）长（长（510510年）年）价格价格价格低、可复用与可重配置性强价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵

5、价格昂贵功能可塑性功能可塑性用户定义仪器功能，柔性用户定义仪器功能，柔性厂商定义仪器功能，厂商定义仪器功能，刚性刚性系统开放性系统开放性开放、灵活，与计算机技术同步开放、灵活，与计算机技术同步发展发展封闭、固定封闭、固定构成复杂系统构成复杂系统能力能力易与网络及其他周边设备互连易与网络及其他周边设备互连功能单一的独立设备功能单一的独立设备人机交互人机交互无限的显示选项、界面友好无限的显示选项、界面友好有限的显示选项有限的显示选项虚拟仪器的基本功能虚拟仪器的基本功能 虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采集与控制、数据分析与处理、结果表示集与控制、数据分析与处理、结

6、果表示与输出三大功能模块。与输出三大功能模块。 信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用硬件平台，并配合仪器驱动程序共同完硬件平台，并配合仪器驱动程序共同完成，而数据分析与处理、结果表达与输成，而数据分析与处理、结果表达与输出则主要由用户应用软件完成。出则主要由用户应用软件完成。虚拟仪器的基本功能组成虚拟仪器的基本组成部分虚拟仪器的基本组成部分 硬件和软件两大部分构成。硬件和软件两大部分构成。 硬件是基础，软件是核心。硬件是基础，软件是核心。 （1）基于）基于PC总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器 内置内置PC总线（如总线（如ISA、PCI、PC/104）的通用数据采集）

7、的通用数据采集卡卡 （DAQ，Data AcQuisition）。）。 （2）基于）基于GPIB通用接口总线的虚拟仪器通用接口总线的虚拟仪器 国际标准（国际标准（IEEE488.1和和IEEE488.2），技术成熟；），技术成熟； 但其数据传输速度一般低于但其数据传输速度一般低于500Kb/s，对测试速度要求，对测试速度要求很高的场合不太适用。很高的场合不太适用。 （3）基于）基于VXl总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器 具有模块化、系列化、通用化、具有模块化、系列化、通用化、“即插即用即插即用”及及VXI仪仪器的互换性和互操作性。器的互换性和互操作性。 但价格相对较高，适合于高端的测试领域。但价格

8、相对较高，适合于高端的测试领域。 （4）基于）基于PXI总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器 兼容兼容PCI总线产品。总线产品。 集集CompactPCI的高性能和的高性能和VXI可靠性，性价比最好。可靠性，性价比最好。 软件（一套完整的虚拟仪器系统的软件结构一软件（一套完整的虚拟仪器系统的软件结构一般分为四层）般分为四层）1、测试管理层、测试管理层 用户使用虚拟仪器生产厂商开发的测试管理程序，组成自己的用户使用虚拟仪器生产厂商开发的测试管理程序，组成自己的一套测试仪器，这是虚拟仪器的优点之一，它可以方便地使一套测试仪器，这是虚拟仪器的优点之一，它可以方便地使用用户根据自己的需要，建立自己的测试仪器。

9、用用户根据自己的需要，建立自己的测试仪器。2、应用程序开发层、应用程序开发层 用户使用应用程序开发软件进行深层开发，以扩展以其原有的用户使用应用程序开发软件进行深层开发，以扩展以其原有的功能。功能。3、仪器驱动层、仪器驱动层 连接上层应用程序与底层连接上层应用程序与底层I/O接口仪器的纽带和桥梁。是完成接口仪器的纽带和桥梁。是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合。对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合。4、 I/O接口软件接口软件 I/O接口软件存在于仪器设备（即接口软件存在于仪器设备（即I/O接口设备）与仪器驱动接口设备）与仪器驱动程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操

10、作，程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。1.2 基于虚拟仪器的测试系统基于虚拟仪器的测试系统被测对象被测对象传感器传感器信号调理模块信号调理模块数据采集卡数据采集卡计算机计算机显示、输显示、输出、打印出、打印基于虚拟仪器的测试系统结构框图虚拟仪器测试系统的硬件系统 传感器：它的作用是将被测信号转换为与之有传感器：它的作用是将被测信号转换为与之有对应关系电信号。如测速发电机、流量传感器对应关系电信号。如测速发电机、流量传感器等。等。 信号调理模块：信号调理模块： 信号调理就是将待

11、测信号通过放大、滤波等操信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号，包括作转换成采集设备能够识别的标准信号，包括功率放大、电气隔离等。功率放大、电气隔离等。NI公司的仪器信号调公司的仪器信号调理板卡理板卡SCXI是是LabVIEW软件直接支持的一个软件直接支持的一个信号调理板卡，信号调理板卡，LabVIEW环境中调用非常方环境中调用非常方便便 . 数据采集卡：它是外界信号进入计算机的数据采集卡：它是外界信号进入计算机的通道，通道，在这个通道中要实现在这个通道中要实现A/D转换、放转换、放大或缩小、光电隔离等大或缩小、光电隔离等。选择数据采集卡。选择数据采集卡时，

12、需要注意以下一些问题：数据分辨率、时，需要注意以下一些问题：数据分辨率、精度、最高采样速度、通道数、总线接口精度、最高采样速度、通道数、总线接口类型。美国类型。美国NI公司的数据采集卡很好，但公司的数据采集卡很好，但价格贵，这里选用声卡价格便宜，功能也价格贵，这里选用声卡价格便宜，功能也够用。计算机（够用。计算机（LabVIEW）：它的作用）：它的作用是数据采集，分析，显示和记录。是数据采集，分析，显示和记录。 计算机计算机虚拟仪器测试系统的软件系统 Labview总结总结 虚拟仪器的概念虚拟仪器的概念 虚拟仪器的基本功能虚拟仪器的基本功能 虚拟仪器的基本组成部分虚拟仪器的基本组成部分 基于虚

13、拟仪器的测试系统基于虚拟仪器的测试系统作业：作业： 1、测试测量仪器经历了哪几个阶段、测试测量仪器经历了哪几个阶段 2、什么是虚拟仪器？特点？、什么是虚拟仪器？特点？ 3、虚拟仪器的系统组成？、虚拟仪器的系统组成？1.3 LabVIEW开发环境开发环境 什么是什么是LabVIEW 前面板和程序框图前面板和程序框图 菜单栏（自学）菜单栏（自学） 数据流编程模式数据流编程模式 什么是什么是LabVIEW ? LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, 实实验室虚拟仪器工程平台验室虚拟仪器工程平台 ) 是美国是美国 NI

14、 公司公司推出的一种基于推出的一种基于 G 语言语言 ( Graphics Language, 图形化编程语言图形化编程语言 ) 的虚拟仪器的虚拟仪器软件开发工具软件开发工具。例：虚拟电压表界面（例：虚拟电压表界面（ LabVIEW前面板编程）前面板编程）例：虚拟电压表程序（例：虚拟电压表程序（ LabVIEW流程框图）流程框图） 什么是什么是 G ? 是一种带有各种函数库的编程语言是一种带有各种函数库的编程语言 ; 提供了专门用于数据采集和仪器控制的函数提供了专门用于数据采集和仪器控制的函数库与开发工具库与开发工具 使用使用 G 语言编制的程序称为虚拟仪器程序语言编制的程序称为虚拟仪器程序（

15、Virtual Instruments，简称简称VI ）。）。 G 与其它基于文本的编程语言的重要区别与其它基于文本的编程语言的重要区别: G是图形化的编程语言是图形化的编程语言 LabVIEW8.5的启动界面的启动界面前面板和程序框图前面板和程序框图主菜单栏主菜单栏前面板组成：前面板组成：输入控件和输入控件和显示控件显示控件输入控件：输入控件：按钮、旋钮、按钮、旋钮、转盘转盘显示控件：显示控件：图标、指示图标、指示灯灯 框图程序构成三要素框图程序构成三要素 节点：程序框图上的对象，带有输入输出端，节点：程序框图上的对象，带有输入输出端，是程序执行元素，类似于传统文本编程语言程是程序执行元素，

16、类似于传统文本编程语言程序中的语句、操作符、函数或者子程序。序中的语句、操作符、函数或者子程序。 端子：是在框图程序和前面板之间或者在框图端子：是在框图程序和前面板之间或者在框图程序的节点之间进行数据传输的接口。程序的节点之间进行数据传输的接口。 连线：连线是输入和输出端子间的数据通道，连线：连线是输入和输出端子间的数据通道，代表程序执行过程中的数据流。类似于普通程代表程序执行过程中的数据流。类似于普通程序中的参数。序中的参数。 结构：传统编程语言中循环、条件结构等的图结构：传统编程语言中循环、条件结构等的图形化表示。形化表示。 程序框图的设计就是将函数选板上的结程序框图的设计就是将函数选板上

17、的结构、函数节点和前面板对象在程序框图构、函数节点和前面板对象在程序框图的接线按照一定的方式和顺序用连线连的接线按照一定的方式和顺序用连线连接起来。接起来。 在程序框图的设计过程可以通过即时帮在程序框图的设计过程可以通过即时帮助窗口来查看结构或函数的使用方法。助窗口来查看结构或函数的使用方法。LabVIEW环境的三个选板环境的三个选板 LabView环境的三个选板：环境的三个选板： 工具选板工具选板 控件选板控件选板 函数选板函数选板工具选板工具选板 使用工具模板中的工使用工具模板中的工具可创建、修改和调具可创建、修改和调试试VI。当从工具模板。当从工具模板中选择了某种工具后，中选择了某种工具后，鼠标光标就变为该工鼠标光标就变为该工具的形状，表示可以具的形状，表示可以进行某类操作。进行某类操作。 控制模板只用于前面控制模板只用于前面板，用来创建控制器板，用来创建控制器和指示器。模板中显和指示器。模板中显示的是一些子模板的示的是一些子模板的图标，点击图标即可图标，点击图标即可弹出该图标下的子模弹出该图标下