哈工大虚拟仪器教学1资料

1、虚拟仪器软件设计Virtual Instrumentation Software DesignEmail: Tel: 86413532/33 ext. 517ffice: 科学(kxu)园2A栋517房间付 宁 副教授自动化测试(csh)与控制研究所共三十五页2第一部分：虚拟仪器技术概述 (2学时(xush)第二部分：虚拟仪器软件开发环境 LabWindows/CVI教程 (16学时)第三部分：图形化编程环境 LabVIEW教程 (10学时)实验 (12学时，两次)Contents共三十五页C语言程序设计软件虚拟仪器的核心硬件设计中的应用工程软件基础(jch)计算机基

2、础数字信号处理自动测试系统Backgrounds3共三十五页虚拟仪器软件开发环境LabWindows/ CVI 6.0编程指南机械工业出版社虚拟仪器设计基础教程清华大学出版社LabWindows/CVI开发(kif)入门和进阶北京航空航天大学出版社LabVIEW大学实用教程电子工业出版社References4共三十五页机房授课(shuk)安排地点：G601时间：第28周 周三，78节 周五，78节实验安排地点：科学园2A栋715室时间：第1011周 周五和周六，510节 (待定)Arrangement5共三十五页软件设计作业 30%（三次，每次10%）基于硬件平台的软件设计实验 20%（两次，

3、每次10%，含实验报告）期末考试(q m ko sh) 40%平时出勤 10%Checking6共三十五页第一章虚拟仪器技术(jsh)概述Overview of Virtual Instruments7共三十五页主要(zhyo)内容1.1 虚拟仪器的产生1.2 虚拟仪器的概念1.3 虚拟仪器的发展历程1.4 虚拟仪器的组成及分类1.5 虚拟仪器的软件系统1.6 虚拟仪器的特点1.7 虚拟仪器设计(shj)的关键1.8 虚拟仪器的发展趋势8共三十五页传统(chuntng)仪器1.1 虚拟仪器的产生(chnshng)9共三十五页传统仪器在测控系统中的应用现代(xindi)测控不仅仅要求单台仪器进行

4、测量，要求多台仪器数据共享，多台仪器的测试结果综合分析处理问题？ 占空间大 多台仪器怎么同时触发？ 测试(csh)速度慢 测试结果怎么共享？ 测试结果综合分析，怎么做？ 每台仪器都有显示器、按键，冗余仪器领域的现实需求1010共三十五页计算机技术的进步为新型仪器提供了基础计算机技术(jsh)和电子技术(jsh)的进步改变了传统的设计思想，许多过去由硬件实现的功能可以由软件实现专业化的设计软件为高效、易用的仪器软件开发提供了工具计算机技术仪器虚拟仪器11共三十五页12虚拟(xn)示波器操作界面数据采集模拟信号数字信号信号处理结果表达硬件(yn jin)(电子线路)传统仪器硬件(电子线路)硬件(显

5、示器)硬件(电子线路)虚拟仪器计算机硬件及软件共三十五页a. 英国国家物理实验室（NPL）定义（http:/www.npl.co.uk）虚拟仪器是在通用计算机（如PC机、Mac或工作站）中加上软件和或硬件，并使用计算机屏幕提供仪器虚拟界面的可重用测量仪器b. NI公司的定义（）虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组软件和或硬件，使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用电子仪器虚拟仪器是一种软件定义的系统，基于用户需求的软件定义了一般测量硬件(yn jin)的功能c. VXIplug&play规范定义（）实现传统分立仪器功能的一组软件模块，也包括与其相关或必须的硬件资源1.2 虚拟

6、仪器的概念(ginin)13共三十五页“虚拟”的含义： 虚拟仪器面板软件实现仪器功能。比如：同一块数据采集硬件(yn jin)，通过计算机软件编程，可实现“示波器”“频谱仪”“电压表”“频率计”等不同的仪器。甚至用户还可以自己编程实现一些特定的功能。NI：“软件就是仪器！”（20世纪80年代）14共三十五页 第一阶段：利用计算机增强传统仪器的功能使用通讯(tngxn)总线（GPIB等）控制台式仪器1.3 虚拟仪器的发展(fzhn)历程15GPIB: General-Purpose Interface Bus共三十五页 第二阶段：开放式的仪器(yq)构成出现了插卡式仪器和仪器总线(VXI&PXI

7、)，计算机成为仪器的重要组成部分16 插卡式仪器(yq)ISA卡(1984年)PCI卡(1991年)共三十五页 第二阶段：开放式的仪器构成(guchng)出现了插卡式仪器和仪器总线(VXI&PXI)，计算机成为仪器的重要组成部分17 插卡式仪器的局限 没有仪器专用的触发信号和高精度时钟 计算机机箱环境(hunjng)不好 低端仪器共三十五页VXI机箱和模块VXI: VME总线在仪器领域的扩展18 VXI总线(zn xin)仪器（1987年）真正的虚拟仪器零槽控制器共三十五页19 VXI总线(zn xin)仪器（1987年） 优势： 每台仪器共用机箱电源、计算机显示器 节省空间，减少冗余 抗震性

8、好，电磁兼容性好 高端虚拟仪器，适合(shh)应用于自动测试系统 缺陷： 成本高 总线速度慢 体积相对大共三十五页PXI机箱和模块PXI: CPCI总线在仪器领域的扩展20PXIe机箱和模块(m kui) PXI及PXIe总线(zn xin)仪器（1997年, 2005年）嵌入式控制器(1994年)共三十五页21共三十五页 LXI LAN eXtensions for Instrumentation （2005年）22共三十五页参照规范IEEE 802.3（以太网）TCP/IPWeb 浏览器XMLIVI-COM 驱动程序IEEE 1588 精密定时协议（PTP）机械尺寸标准(biozhn)19

9、机柜模块化结构（1U4U高度 ，全宽或半宽）信号线从前面板接入，电源线、触发和网线从后面板接入23共三十五页24 实际应用(yngyng)中：混合总线共三十五页25 虚拟仪器发展历程仪器(yq)总线的历史GPIBVMEISAPCICPCIPCIeVXIPXIPXIe197219811984198719911994199720022005仪器(yq)总线计算机总线LXI共三十五页 虚拟仪器的组成 按照虚拟仪器的组成划分，它可以分为计算机、应用软件和仪器硬件三个部分。计算机：提供虚拟仪器通用平台，数据存储，显示等仪器硬件：获取被测信号，产生激励信号等应用软件：控制数据采集(cij)、控制、分析、处

10、理和显示等，是虚拟仪器的关键 261.4 虚拟仪器的组成(z chn)及分类共三十五页按照虚拟仪器的功能划分，可以分为如下三部分：数据采集(cij)数据分析结果表达虚拟仪器的内部功能划分27共三十五页标准I/O硬件（如串行口、PCI/ISA扩展槽或其它硬件标准）用户界面，特别是图形用户界面（GUI）通用软件执行平台，如操作系统和各种动态连接库和其它计算机和设备连网，用于分布式测控互联网，为用户提供远程测量(cling)和监控功能28 虚拟仪器使用通用(tngyng)计算机的资源共三十五页虚拟仪器软件标准VXIplug&play (VPP); Virtual Instrument Softwar

11、e Architecture (VISA)Interchangeable Virtual Instruments (IVI)A Broad-Based Environment for Test (ABBET) IEEE1226 早期(zoq)的仪器命令标准：Standard Commands for Programmable Instrument (SCPI)IEEE488.2291.5 虚拟仪器的软件系统共三十五页虚拟仪器软件开发环境通用软件开发环境，包括(boku)各种版本的C/C+（包括Visual C+、Borland C+ Builder等），Visual Basic，Delphi，

12、Java，Visual S等测控专用软件开发环境，LabWindows/CVI、LabVIEW、Agilent VEE等其它测控软件工具（如NI公司的ComponentWorks、HIQ、SPC Toolkit、SQL Toolkit等，Agilent公司的T&M Programmers Toolkit等，以及其他厂商的ActiveX控件等）30共三十五页项目传统仪器虚拟仪器仪器定义仪器厂商用户中心环节硬件是关键软件是关键功能设定仪器的功能、规模均已固定系统功能和规模可通过软件修改和增减开放性封闭的系统，与其它设备连接受限基于计算机的开放系统，可方便地同外设、网络及其它设备连接性能/价格比价格

13、昂贵价格低，可重复使用技术更新慢（510年）快（12年）开发维护费用开发维护费用高软件结构可大大节省开发和维护费用应用情况多为实验室拥有个人可以拥有一个实验室便于组建测试系统311.6 虚拟仪器的特点(tdin)与传统(chuntng)仪器比较共三十五页（1）虚拟仪器软硬件标准的研究（2）硬件接口的设计（3）仪器驱动程序和应用软件设计（4）设计过程中使用(shyng)货架产品（COTS）提高设计效率 321.7 虚拟仪器设计(shj)的关键共三十五页（1）和计算机的结合更加紧密，集成化程度更高（2）仪器接口更加灵活，新型总线接口应用USB等（3）微波仪器（4）网络化趋势LXI（5）组件(z j

14、in)化趋势硬件和软件（6）合成仪器将大量出现331.8 虚拟仪器的发展趋势共三十五页术语(shy)缩写VI Virtual Instrument 虚拟仪器GPIB General Purpose Interface Bus 通用接口总线(1972)VXI VME eXtensions for Instrumentation VME在仪器的扩展(1987)PXI PCI eXtensions for Instrumentation PCI在仪器的扩展(1997)LXI LAN eXtensions for Instrumentation 网络在仪器的扩展(2005)SCPI Standard

15、Commands for Programmable Instruments 程控仪器标准(biozhn)命令(1990)VPP VXI Plug&Play VXI即插即用(1993)VISA Virtual Instrument Software Architecture 虚拟仪器软件结构(1993)IVI Interchangeable Virtual Instruments 可互换虚拟仪器(1998)DAQ Data Acquire 数据采集GUI Graphical User Interface 图形用户界面IDE Integrated Development Environment 集成开发环境API Application Programming Interface 应用编程接口34共三十五页内容摘要虚拟仪器软件设计Virtual Instrumentat