第一章-虚拟仪器导论—绪论

1、第一章第一章 绪论绪论信息与控制学院自动化系 薄迎春虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点虚拟仪器技术的虚拟仪器技术的发展发展虚拟仪器的应用虚拟仪器的应用虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念1、虚拟仪器（虚拟仪器（Virtual InstrumentVI）：在以）：在以通用计算通用计算机机为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟的操作面板、测试功能由的操作面板、测试功能由测试软件测试软件实现的一种实现的一种计算机仪器计算机仪器系统系统。图图1-1 虚拟示波器虚拟示波器2、传统、传统仪器

2、：厂家定义仪器功能仪器：厂家定义仪器功能虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念示波器车载仪表航空仪表血压计流量计核磁共振2、虚拟、虚拟仪器：用户定义仪器功能。仪器：用户定义仪器功能。虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念虚拟仪器虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念虚拟的含义虚拟的含义：操作：操作面板由软件面板由软件实现，测控实现，测控功能由软件实现功能由软件实现虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念3、虚拟仪器功能、虚拟仪器功能数据采集与控制结果输出与显示数据分析与处理虚拟仪器的发展虚拟仪器的发展表表1-1 虚拟仪器发展趋势虚拟仪器发展趋势虚拟仪器发展阶段虚拟仪器发展阶段主要特点主要特点第一阶段第一

3、阶段利用计算机增强仪器功能利用计算机增强仪器功能第二阶段第二阶段结构结构开放，各类标准协议出现开放，各类标准协议出现第三阶段第三阶段网络化网络化、标准化、标准化第四阶段第四阶段新技术不断新技术不断融入融入虚拟仪器的发展虚拟仪器的发展表表1-2 Labview的历史的历史时间时间事件事件1986年NI公司基于Macintosh平台发布了LABVIEW1.0。1990年发布LABVIEW2.0。1992年实现LABVIEW从Macintosh平台到Windows平台移植。1993年发布LABVIEW3.0。1996年发布LABVIEW4.0，实现了应用程序生成器及DAQ。1998年发布LABVIE

4、W5.0，可靠性增强。2000年发布LABVIEW6.0，界面功能增强。2003年发布LABVIEW7.0 Express，实现对PDA和FPGA等硬件的支持。2005年发布LABVIEW8.0，为分布式计算目标上各种应用程序的开发和发布提供支持。2006年发布LABVIEW8.2，20周年纪念版。2007年发布LABVIEW8.5。虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成图1-3 虚拟仪器系统构成1、虚拟仪器的硬件组成、虚拟仪器的硬件组成DAQ: Data Acquisition数据采集 测量仪表与执行机构计算机硬件系统计算机硬件系统虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成图1-4 虚拟仪器系统构成虚拟仪器的组成虚

5、拟仪器的组成图1-5 基于数据采集卡的虚拟仪器系统(1)基于数据采集卡的虚拟仪器基于数据采集卡的虚拟仪器虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成(1)基于数据采集卡的虚拟仪器基于数据采集卡的虚拟仪器ISA（Industry Standard Architecture，工业标准体系结构）工业标准体系结构）：IBM公司为公司为PC/AT电脑制定的总线标准，电脑制定的总线标准，16位。位。PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准外设部件互连标准) ：Intel公司公司1991年年提出，提出，32或或64位。位。图1-6 PCI与ISA总线设备(a) PCI与I

6、SA总线主板(b) PCI卡(c) ISA卡虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成图1-7 基于GPIB总线方式的虚拟仪器系统(2)基于基于GPIB总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器GPIB总线（总线（General Purpose Interface Bus）：）：1978年由年由HP公公司制定。司制定。计算机 GPIB接口卡 GPIB仪器虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成(3)基于基于VXI总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器VXI（VMEbus extension for Instrumentation）：）：VMEbus（Versa Modular Eurocard bus）由）由Motorola等

7、公司设计，广等公司设计，广泛用于全球的工业、商业及军用领域。泛用于全球的工业、商业及军用领域。图1-8 VXI系统虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成图图1-9 基于基于VXI总线方式的虚拟仪器遥测系统总线方式的虚拟仪器遥测系统(3)基于基于VXI总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成图1-8 基于PXI总线方式的虚拟仪器系统(4)基于基于PXI总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器1997年年9月，月，NI公司推出基于公司推出基于PCI总线的仪器总线标准（总线的仪器总线标准（PCI extension for Instrumentation）虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成(4)

8、基于基于PXI总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成图1-8 基于LXI总线方式的虚拟仪器系统(5)基于基于LXI总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器2004年年9月，月，VXI公司和安捷伦公司推出基于局域网的模块化测量仪器标公司和安捷伦公司推出基于局域网的模块化测量仪器标准接口（准接口（LAN-based extension for Instrumentation）虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成(5)基于基于LXI总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成3、虚拟虚拟仪器仪器软件系统软件系统图1-9 虚拟仪器软件系统输入输出接口输入输出接口仪器驱

9、动程序仪器驱动程序用户用户应用应用虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成2、虚拟仪器虚拟仪器的软件组成的软件组成输入输出接口：实现对仪器内部寄存器的直接读写。 SCPI（Standard Command for PI）仪器驱动：利用输入输出接口软件提供的函数库进行抽象的硬件操作。用户应用：用户利用各种通用程序开发语言（C、C+，BASIC等）或采用专用的虚拟仪器软件（LABVIEW等）开发的可视化的仪器操作、数据处理、显示等软件。虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点软件软件就是就是仪器仪器功能较传统仪器增强功能较传统仪器增强仪器仪器功能功能由用户自己定义由用户自己定义开放的工业标准开放的工业标准便于构成复杂的测

10、试系统，经济性好便于构成复杂的测试系统，经济性好表表1-3 虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器与传统仪器的比较传统传统仪器仪器虚拟虚拟仪器仪器核心是硬件核心是硬件核心是软件核心是软件厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能用户定义仪器功能用户定义仪器功能开发与维护费用高开发与维护费用高开发与维护费用低开发与维护费用低封闭、固定封闭、固定开放、灵活开放、灵活功能单一、互联能力有限功能单一、互联能力有限与其它设备互联方便与其它设备互联方便虚拟仪器的应用虚拟仪器的应用声学测试声学测试 工厂生产线自动化测控工厂生产线自动化测控 军工设备测试军工设备测试 食品质量监测食品质量监测 设备的自动测试设备的自动测试ATE 电工电子实验平台构建电工电子实验平台构建 自动光学检验自动光学检验 实验室管理自动化实验室管理自动化 汽车性能测试汽车性能测试机械测控机械测控 生物医学信号测量生物医学信号测量 机器视觉机器视觉 计量校准计量校准 石油和天然气信号处理石油和天然气信号处理 工业机器人工业机器人 过程自动化过程自动化半导体器件性能测试半导体器件性能测试 功率测量与谐波分析功率测量与谐波分析 表表1-4 虚拟仪器应用虚拟仪器应用虚拟仪器的应用虚拟仪