第11章 计算机虚拟仪器技术

本章学习要求1.了解计算机测试系统的组成及各部分的主要作用；2.了解虚拟仪器的构成和工作原理；3.了解常用的虚拟仪器开发平台11.1概述仪器的发展：第1代：模拟式仪器——模拟电路第2代：数字式仪器——数字电路第3代：微机化仪器——以微机为核心智能仪器：基于微型机的，采用专门的微处理器、存储器和接口芯片，与仪器测量部分融合到一起。计算机测试系统：由现成的微机组成，配以一定的硬件，包括数据采集装置、输入输出接口、显示记录装置及软件等。概述计算机测试系统的发展：第1代：1960’s-1970’s，无专用接口CAT系统；第2代：1970’s-1980’s，具有通用接口CAT系统；第3代：1980’s至今，虚拟仪器计算机测试系统的类型：

1、插卡式测试系统；

2、由仪器前端与计算机组合；

3、由程控仪器与计算机连接插卡式测试系统的组成M被测对象MUXAS/HA/DD/AD/AD/A

PC机PC总线传感器总线形式：RS232、USB、IEEE1394串行总线。S/HS/HS/HA/DA/DA/DI/OI/OI/O

PC机………………插卡式测试系统的组成插卡式测试系统的组成MUXAS/HA/DD/AD/AD/A

PC机PC总线传感器S/HS/H仪器前端：由信号调理、模拟信号采集、数字输入输出、数字信号处理等模块组成，由VXI、PXI等专用仪器总线连接组成独立机箱。GPIB——IEEE488，诞生于70年代，传输速度不高。作用是实现计算机与各种专用仪器之间的快速双向通信。VXI——诞生于80年代，造价高，应用范围有限。PXI——PCI总线在仪器领域的扩展。性价比高。典型的GPIB总线测试系统组成：计算机、GPIB接口卡及电缆、若干台GPIB仪器。GPIB仪器是独立的设备，能单独使用。仪器控制由各种可编程仪器与计算机连接组成测试系统，通过微机上的软件控制总线上的仪器。仪器控制的功能是把实际存在的仪器、设备与计算机连接起来协同工作。典型的仪器控制通用软件：MATLAB、LabVIEW

通过编写仪器控制程序可以控制仪器的打开、读写、关闭及通信等操作。虚拟仪器是在计算机上显示传统仪器面板，它将硬件电路完成的信号调理和处理功能由计算1.虚拟仪器定义机程序完成，这种硬件功能软件化是虚拟仪器的一大特征。2.虚拟仪器技术的发展过程3.仪器定义和功能的转变传统仪器:厂商定义虚拟仪器:用户定义用户定义虚拟仪器的优点：费用性能用户定义低费用信号处理功能强大灵活可再用性4.虚拟仪器的组成PXIVXIGPIBDAQIMAQMotion硬件板卡软件程序解决方案软件驱动模块5、常用虚拟仪器板卡DAQCardIMAQCardFieldPointMotionControlCard6、虚拟仪器软件驱动模块为简化硬件板卡编程和控制，NI和Agilent标准化了数百种常用仪器、板卡的驱动，它们已成为虚拟仪器开发平台的一部分，开发时可直接复用这些硬件驱动代码。用户界面软件驱动7、常见的虚拟仪器软件平台LabViewAgilentVEEDASYLabDirectViewProcessControlVirtualInstruments(VIs)FrontPanelControls=InputsIndicators=OutputsBlockDiagramAccompanying“program”

forfrontpanelComponentswired

togetherLabVIEWDialogBoxCreatinganewVIFile»NewVItoopenablankVIFile»New…toopentheNewdialogboxandconfigureaVItemplate,globalvariable,control,etc…TemplateBrowserMenuFileEditOperateToolsBrowseWindowHelpFrontPanelWindowFrontPanelToolbarBooleanControlWaveformGraphPlotLegendWaveformGraphOwnedLabelGraphLegendIconScaleLegendBlockDiagramWindowWireDataGraphTerminalSubVIWhileLoopStructureBlockDiagramToolbarDivideFunctionNumericConstantTimingFunctionBooleanControl

TerminalFrontPanelandBlockDiagramToolbarsRunbuttonContinuousRunbuttonAbortbuttonPause/ContinuebuttonExecutionHighlightingbuttonStepIntobuttonStepOverbuttonStepOutbuttonWarningindicatorEnterbuttonBrokenRunbuttonFontringAlignmentringDistributionringResizeringReorderringContextHelpButtonAdditionalButtonsontheBlockDiagramToolbarToolsPaletteLabVIEWautomaticallyselectsthetoolneededAvailableonthefrontpanelandtheblockdiagramAtoolisaspecialoperatingmodeofthemousecursorUsethetoolstooperateandmodifyfrontpaneland

blockdiagramobjectsToshowthetoolspalette,select

Window»ShowToolsPaletteFrontPanel−ControlsPaletteControlsPaletteContainsthemostcommonlyusedcontrolsAllControlsPaletteShowsallcontrolsBlockDiagram−FunctionsPaletteFunctionsPaletteContainstheExpressVIs(interactiveVIswithconfigurabledialogpage)andthemostcommonlyusedfunctionsAllFunctionsPaletteShowsallfunctionsNodesWiresControlTerminals

BlockDiagramFrontPanelIndicatorTerminalsCreatingaVIBlockDiagramWiringtheBlockDiagramScalarNumericBooleanString2DArray1DArrayDynamic8、小型虚拟仪器系统开发

虚拟仪器为计算机在工业领域中的应用提供一项很好的技术解决方案，在制造业中我们可以借鉴它来进行机床操作面板设计等工作。目的：LabView，VEE过于庞大，不适合在现场使用，缺乏面向某一特定领域的专用控件。1)虚拟仪器主体程序设计(COM容器)MFCExeSupportActiveXControl计算机技术的进步芯片硬件软件网络LANsInternet总线AT9、催生虚拟仪器的土壤自动化软件PLC串行口数据采集过程现场总线个人计算机或工作站图象公司IntranetorInternet分布式I/O动作10、基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构11、虚拟仪器技术的优点VI传统仪器软件使得开发与维护费用降至最低开发与维护开销高技术更新周期短(1～2年)技术更新周期长(5～10年)关键是软件关键是硬件价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵用户定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，计算机技术同步发展封闭、固定与网络及其它周边设备互联功能单一的独立设备12、虚拟仪器技术的主要应用领域通讯AT&T,Alcatel,Ericsson计算机IBM,Apple,Dell半导体Motorola,TI,Thomson-CSF汽车Ford,Chrysler,Nissa