简述虚拟仪器

1、一、虚拟仪器1.1虚拟仪器的发展近年来，虚拟仪器技术在国际上发展非常迅速。这要归功于虚拟 现实技术的发展，该技术虚拟化仪器模式一一虚拟仪器，特别适用于 当今越来越复杂的测试需求。虚拟仪器技术突破了传统电子仪器以硬 件为主体的模式，将日益普及的计算机技术与传统的仪器仪表技术结 合起来，使用户利用计算机、一组软件和极少的必需硬件，就可在屏 幕上虚拟出与传统仪器相似的显示面板，使用者通过鼠标和键盘操纵 面板上的虚拟按钮、开关、旋钮来实现传统仪器的各种功能操作，通 过面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯了解仪器的状态读取或 打印测量结果，方便灵活地完成对被测试测量的采集、分析、判断、 显示及数据存储

2、等。1.2虚拟仪器的概述虚拟仪器就是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算 机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时 把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成 一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计 算机智能资源的全新仪器系统。1.3虚拟仪器的特点（1）智能化程度高，处理能力强虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用 户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技 术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一 个新的层次。（2）.复用性强，系统费用低应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬

3、件可构造多种不同功能的测 试分析仪器，如同一个高 速数字采样器，可设计出数字示波器、逻 辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵 活、更高效、更开放、系统费用更低。通过与计算机网络连接，还 可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。（3）.可操作性强，易用灵活虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作 显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加 直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数 据库系统或通过 网络发送。测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线，这些都使得 仪器的可操作性大大提高而且易用、灵活。.虚拟仪器的核心虚拟仪器的技术

4、基础是计算机技术，核心是计算机软件技术。其 中最有代表性的图形化编程软件是美国NI公司推出的Labview。它 是世界上第一个采用图形化编程技术的面向仪器的32位编译型程序 开发系统，它的目标就是简化程序的开发工作，提高编程效率。 Labview使用了所见即所得的可视化技术建立人机界面，提供了许多 仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。用户 可以通过使用编 辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制对 象。Labview提供了多种强有力的工具箱和函数库，并集成了很多仪 器硬件库。Labview支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发 的Labview应用程序可直接移植到其它

5、平台上。1.5 .虚拟仪器的软件设计软件设计由两部分组成：前面板和流程图。在前面板，输入用输 入控件(Control)来实现，程序运行的结果由输出控件(Indicator)来完 成。流程图是完成程序功能的图形化源代码，通过它对信号数据的输 入和输出进行指定，完成对信号采集及分析处理功能的控制。16.虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器的硬件平台主要包括用于数据采集、信号分析处理和信 号输出显示等硬件。由于从传感器直接得到的信号很微弱，因此选用 了美国Burr Brown公司专门用于数据采集、具有高精度及强抗干扰 能力的精密隔离仪表放大器作为信号处理单元的主放大器。二 LaBVIEW2.1. LabVIE

6、W 简介LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的缩写。它是一个工程软件包。LabVIEW采用图形化语 言编程，以方框图的形式编制程序，运用的设备图标与科学家、工程 师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相 似8。LabVIEW从基本的数学函数、字符串处理函数、数据运算函 数、文件I/O函数到高级分析库，包括了信号处理、窗函数、滤波 器设计、线性代数、概率论与数理统计、曲线拟合等，涵盖了仪器设 计中几乎所有需要的函数5。LabVIEW的功能模块包括数据采集、 通用接口总线和仪表的实时控制、数据

7、分析、数据显示以及数据的存储。2.2 LabVIEW 的特点LabVIEW是一种基于图形编程语言，它具有十分强大的功能， 包括数值函数运算、数据采集、信号处理、输入/输出控制、信号 生成、图象的获取、处理和传输等等。LabVIEW与C，Pascal，Basic 等传统编程语言有着诸多相似之处，如相似的数据类型、数据流控制 结构、程序调试工具，以及模块化的编程特点等。但二者最大的区 别在于：传统编程语言用文本语言编程；而LabVIEW使用图形语言 (即各种图标、图形符号、连线等)编程，界面非常直观形象，而且 使用的都是测试工程师们熟悉的旋钮、开关、波形图等，因此是一种 直觉式图形程序语言。采用L

8、abVIEW编程，其主要特点就是将虚 拟仪器分解为若干基本的功能模块(相当于硬件设计的集成电路)， 模块的引脚代表输入/输出接口。编程者可以通过交互式手段，采用 图形化框图设计的方法，完成虚拟仪器的逻辑和测量分析功能设计。 LabVIEW程序设计过程与人们设计仪器的思维过程十分相似，程序 框图就实现了程序代码功能，避免了一般程序设计从框图构思到程序 表示的繁琐。LabVIEW编程的另一个优点是将软件的界面设计与功 能设计独立开来，修改人机交互界面无须对整个程序进行调试，这对 设计像仪器操作面板这样复杂的人机界面而言是十分方便的。LabVIEW还为用户提供了函数扩展功能，从而可以调用C等传统编

9、程语言写的程序代码、调用标准动态链接库。2.3 labview 的优势6.支持8 .开放性强。1.图形化编程环境2.可重用性高3.开发功能高效、通用4.支 持多种仪器和数采硬件的驱动5.查错、调试能力强大 多种操作系统7.网络功能强大2.4利用labview设计虚拟仪器的步骤：通常，一个虚拟仪器的设计步骤如下。在前面板设计窗口放置控件首先，在前面板开发窗口使用工具模板中的相应工具，从控制模 板中取用和放置好所需控件，进行控件属性参数设置，标贴文字说明 标签。在流程图编辑窗口，放置节点、图框在流程图编辑窗口，使用工具摸板中相应工具，从功能模板中取 用并放置好所需图标，它们是流程图中的“节点、图框

10、”。（3）数据流编程使用连线工具按数据流的方向将端口、节点、图框依次相连，实 现数据从源头按规定的运行方式送到目的终点。（4）运行检验当完成步骤（1）、（2）、（3）后，前面板程序与流程图图形化程 序的设计完毕，一个虚拟仪器已基本建立，是否达到预期功能，还需 运行检验。有如下两种检验方式。a.防真检验：不使用I/O接口硬 件设备。b.实测检验：它通过I/O接口硬件设备，采集输入标准信 号，来检验虚拟仪器的功能。（5）程序调试技术利用快捷工具栏中的“运行”、“高亮执行”、“单步执行”、“断点 设置”进行以下程序调试步骤。.a.找出语法错误b.设置执行程 序高亮c.断点与单步执彳丁 d.探针e.数据观察f.命名存盘 2.5利用labview实现数据采集LabVIEW中的数据采集实际上包含了模拟输入、模拟输出、数 字输入/输出和计数器四种信号输入输出方式。其中，用的最多的方 式是模拟输入方式，这种方式的数据采集过程一般经过以下步骤：（1）.数据采集VI通知数据采集卡相关的采样参数：采样频率、采 样次数、采样通道和数据缓存的大小。（2）.采样开始，多路开关对采样通道进行一次依次扫描，每个通 道采样一个点。（3）采样的模拟信号送到A/D转换器转换成数字信号。（4）数字信号存储到数据缓存。（5）.重复24的操作，直到采集到了所需的采样次数，全