虛擬儀器概述

1、第第1章章 虛擬儀器概述虛擬儀器概述2022-2-221引子n所有的測量儀器主要功能可由所有的測量儀器主要功能可由數(shù)據(jù)采數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)測試和分析結(jié)果輸出顯示集數(shù)據(jù)測試和分析結(jié)果輸出顯示等等三大部分組成，其中數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸三大部分組成，其中數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出完全可由基于計算機(jī)的軟件系統(tǒng)來完出完全可由基于計算機(jī)的軟件系統(tǒng)來完成，因此只要另外提供一定的數(shù)據(jù)采集成，因此只要另外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可構(gòu)成由計算機(jī)組成的測量儀硬件，就可構(gòu)成由計算機(jī)組成的測量儀器。器。2022-2-2221.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器指的是具有虛擬儀器面板的個人虛擬儀器指的是具有虛擬儀器面板的個人計算機(jī)儀器。計算機(jī)儀

2、器。它由通用個人計算機(jī)、模塊它由通用個人計算機(jī)、模塊化功能硬件和控制軟件所組成。操作人員化功能硬件和控制軟件所組成。操作人員通過友好的圖形用戶界面以及圖形化編程通過友好的圖形用戶界面以及圖形化編程語言來控制儀器的運行，以完成對被測試語言來控制儀器的運行，以完成對被測試量的采集、分析、判斷、顯示、存儲以及量的采集、分析、判斷、顯示、存儲以及數(shù)據(jù)生成。數(shù)據(jù)生成。 2022-2-2231.1 虛擬儀器的概念在虛擬儀器當(dāng)中，在虛擬儀器當(dāng)中，PC機(jī)并不僅僅是起了顯機(jī)并不僅僅是起了顯示器的作用。虛擬儀器是把示器的作用。虛擬儀器是把儀器的部分功儀器的部分功能軟件化能軟件化，封裝形成模塊，以供調(diào)用，封裝形成模

3、塊，以供調(diào)用(即實即實現(xiàn)軟件功能的即插就用，現(xiàn)軟件功能的即插就用，Plug & Play)；而系統(tǒng)必要的一些硬件，如數(shù)據(jù)采集電路而系統(tǒng)必要的一些硬件，如數(shù)據(jù)采集電路等也設(shè)計成各種功能模塊，即各種硬件插等也設(shè)計成各種功能模塊，即各種硬件插卡，以供選用。卡，以供選用。2022-2-2241.1 虛擬儀器的概念PROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMPROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CO

4、NTROL488 PORT PMathMEMORYPROMControl PanelFlowPressure Alarm ConditionsSTOPTemperature傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器廠商定義功能廠商定義功能虛擬儀器虛擬儀器用戶定義功能用戶定義功能2022-2-225虛擬儀器是在計算機(jī)上顯示傳統(tǒng)儀器面板，它虛擬儀器是在計算機(jī)上顯示傳統(tǒng)儀器面板，它將硬件電路完成的信號調(diào)理和處理功能由計算機(jī)程將硬件電路完成的信號調(diào)理和處理功能由計算機(jī)程序完成。序完成。儀器技術(shù)的發(fā)展過程儀器技術(shù)的發(fā)展過程2022-2-226第一代：模擬式儀器儀表第一代：模擬式儀器儀表如如指針式電流、電壓、萬用表、模擬式信號產(chǎn)指

5、針式電流、電壓、萬用表、模擬式信號產(chǎn)生器等，它們對測量結(jié)果進(jìn)行指示的基本結(jié)構(gòu)是電生器等，它們對測量結(jié)果進(jìn)行指示的基本結(jié)構(gòu)是電磁機(jī)械式結(jié)構(gòu)。磁機(jī)械式結(jié)構(gòu)。第二代：數(shù)字化儀器第二代：數(shù)字化儀器如如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計、數(shù)顯表、記憶示數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計、數(shù)顯表、記憶示波器等。它是將模擬信號的測量轉(zhuǎn)為數(shù)字信號的測波器等。它是將模擬信號的測量轉(zhuǎn)為數(shù)字信號的測量，并以數(shù)字方式輸出和顯示結(jié)果。量，并以數(shù)字方式輸出和顯示結(jié)果。儀器技術(shù)的發(fā)展過程儀器技術(shù)的發(fā)展過程2022-2-227第三代：智能儀器第三代：智能儀器內(nèi)置有微處理器，能進(jìn)行自動測試并具有一定內(nèi)置有微處理器，能進(jìn)行自動測試并具有一定的數(shù)據(jù)處理功

6、能。其功能模塊是硬件和固化的軟件，的數(shù)據(jù)處理功能。其功能模塊是硬件和固化的軟件，靈活性差。靈活性差。第四代：虛擬儀器第四代：虛擬儀器是是計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它幾乎克服了傳統(tǒng)硬件化儀器的所有缺合的產(chǎn)物，它幾乎克服了傳統(tǒng)硬件化儀器的所有缺點，是測試儀器的發(fā)展方向。點，是測試儀器的發(fā)展方向。儀器技術(shù)的發(fā)展過程儀器技術(shù)的發(fā)展過程2022-2-228(2) 虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)：國內(nèi)：20世紀(jì)世紀(jì)90年代中期開始引進(jìn)、研究和開發(fā)工作，目前已取得了很大年代中期開始引進(jìn)、研究和開發(fā)工作，目前已取得了很大進(jìn)展。如重慶大學(xué)已成

7、功開發(fā)了進(jìn)展。如重慶大學(xué)已成功開發(fā)了15類類30余種直接的虛擬儀器并在全國推廣。余種直接的虛擬儀器并在全國推廣。國外：國外：20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來，年代以來，NI公司研制和推出了多種總線系統(tǒng)的虛擬儀器，公司研制和推出了多種總線系統(tǒng)的虛擬儀器，其代表產(chǎn)品其代表產(chǎn)品LabVIEW圖形編程系統(tǒng)已廣泛使用。隨后圖形編程系統(tǒng)已廣泛使用。隨后HP公司也推出了公司也推出了HPVEE編程系統(tǒng)。后來世界上又陸續(xù)百家公司如編程系統(tǒng)。后來世界上又陸續(xù)百家公司如Tektronix公司、公司、Racal公公司也相繼推出了各自的產(chǎn)品。司也相繼推出了各自的產(chǎn)品。1988年，全球只有年，全球只有5家制造商推出的家制造商推出

8、的30余種產(chǎn)品；余種產(chǎn)品；1994年，已有年，已有90余家近余家近1000多種產(chǎn)品問世。多種產(chǎn)品問世。據(jù)據(jù)“國際自動化儀表國際自動化儀表”雜志雜志1999年預(yù)測：到年預(yù)測：到21世紀(jì)前十年，全世界將有世紀(jì)前十年，全世界將有50%的儀器儀表為虛擬儀器，其生產(chǎn)廠家將超過千家，產(chǎn)品將達(dá)到數(shù)千種。的儀器儀表為虛擬儀器，其生產(chǎn)廠家將超過千家，產(chǎn)品將達(dá)到數(shù)千種。市場占有率將達(dá)到電測儀器儀表的市場占有率將達(dá)到電測儀器儀表的50%以上。以上。2022-2-229VI傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器軟件使得開發(fā)與維護(hù)費用降至最低開發(fā)與維護(hù)開銷高技術(shù)更新周期短(12年)技術(shù)更新周期長(510年)關(guān)鍵是軟件關(guān)鍵是硬件價格低、可復(fù)用

9、與可重配置性強(qiáng)價格昂貴用戶定義儀器功能廠商定義儀器功能開放、靈活，計算機(jī)技術(shù)同步發(fā)展封閉、固定與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)功能單一的獨立設(shè)備傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器:廠商定義廠商定義虛擬儀器虛擬儀器:用戶定義用戶定義PROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMPROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMControl PanelFlowPress

10、ure Alarm ConditionsSTOPTemperature2022-2-2210PXIVXIGPIBDAQIMAQMotion硬件板卡硬件板卡軟件軟件程序解決方案程序解決方案軟件驅(qū)動模塊軟件驅(qū)動模塊2022-2-2211GPIBGPIB接口卡接口卡測測控控對對象象信號調(diào)理信號調(diào)理GPIB GPIB 接口儀器接口儀器現(xiàn)場總線（現(xiàn)場總線（FieldbusFieldbus）設(shè)備設(shè)備串行口儀器串行口儀器/PLC/PLC數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡PCPC機(jī)或工作機(jī)或工作站虛擬儀器站虛擬儀器軟件開發(fā)平臺軟件開發(fā)平臺VXI VXI 儀器儀器虛擬儀器構(gòu)成框圖虛擬儀器構(gòu)成框圖2022-2-22122022

11、-2-2213一些常用的虛擬儀器板卡一些常用的虛擬儀器板卡DAQ CardIMAQ CardField PointMotion Control Card2022-2-22141.1 虛擬儀器的概念n虛擬儀器系統(tǒng)是由計算機(jī)、應(yīng)用軟計算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件件和儀器硬件三大要素構(gòu)成的。計算機(jī)與儀器硬件又稱為VI的通用儀通用儀器硬件平臺器硬件平臺。2022-2-22151.1 虛擬儀器的概念n軟件技術(shù)軟件技術(shù)是虛擬儀器的核心技術(shù)。常用的儀器用開發(fā)軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW應(yīng)用最為廣泛。2022-2-22161.2 什么是LabVIEW?nLa

12、bVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。n傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標(biāo)表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向。2022-2-22172022-2-22181.2 什么是LabVIEW?nLabVIEW程序被稱為VI（Virtual Instrument），即虛擬儀器。 nLabVIEW的核心概念就是“軟件即是儀器”，即虛擬儀器的概念。 nLabVIEW

13、還包含了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示與存儲等。 2022-2-22191.3 LabVIEW可以做什么? nLabVIEW在測試、測量和自動化等領(lǐng)域具有最大的優(yōu)勢，因為LabVIEW提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲。n用戶可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成一套完整的從儀器連接、數(shù)據(jù)采集到分析、顯示和存儲的自動化測試測量系統(tǒng)。n它被廣泛地應(yīng)用于汽車、通信、航空、半導(dǎo)體、電子設(shè)計生產(chǎn)、過程控制和生物醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。 2022-2-22201.3 LabVIEW可以做什么?nLabVIEW不僅可以用來快速搭建小型自動化測試測量系統(tǒng)，還可以被用來開發(fā)大型的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。n在

14、美國Lawrence Livermore國家實驗室，一個花費2000萬美金的極為復(fù)雜的飛秒激光切割系統(tǒng)就是基于LabVIEW開發(fā)的。 n在北京正負(fù)電子對撞機(jī)二期工程北京譜儀慢控制系統(tǒng)中，大約有30種物理量共7000多點的現(xiàn)場數(shù)據(jù)點需要實時采集控制和分析記錄等。 2022-2-22212022-2-22221.4 LabVIEW的發(fā)展歷程 2022-2-22231.5 初步認(rèn)識LabVIEW 2022-2-2224 LabVIEW 8.2 啟動界面VI程序和工程創(chuàng)建欄新近打開的工程和VI程序列表欄幫助資源列表欄2022-2-2225前面板和程序框圖nLabVIEW程序被稱為VI，擴(kuò)展名默認(rèn)為.v

15、i框圖窗口前面板窗口圖標(biāo)2022-2-2226控件選板2022-2-2227控件選板n控件選板控件選板在前面板顯示，它包含創(chuàng)建前面板時可用的全部對象。控件選板中的基本常用控件可以以現(xiàn)代現(xiàn)代（modern）、經(jīng)典經(jīng)典（classic）和系統(tǒng)系統(tǒng)（system）三種風(fēng)格顯示。n選擇主菜單View-Controls Palette選項或右擊前面板空白處就可以顯示控件選板。 2022-2-2228函數(shù)選板2022-2-2229函數(shù)選板n函數(shù)選板只能在編輯程序框圖時使用，與控件選板的工作方式大體相同。創(chuàng)建框圖程序常用的VI和函數(shù)對象都包含在該選板中。n選擇View-Functions Palette或右

16、擊框圖面板空白處就可以顯示函數(shù)選板。2022-2-2230工具選板2022-2-2231工具選板n在前面板和程序框圖中都可以使用工具選板，使用其中不同的工具可以操作、編輯或修飾前面板和程序框圖中選定的對象，也可以用來調(diào)試程序等。 n可以選擇View-Tools Palette選項來顯示工具選板 2022-2-2232善用LabVIEW聯(lián)機(jī)幫助nLabVIEW為用戶提供了非常全面的幫助信息，有效地利用幫助信息是快速掌握LabVIEW的一條捷徑。nLabVIEW提供了各種獲取幫助信息的方法，包括實時上下文幫助（Show Context Help）、聯(lián)機(jī)幫助、LabVIEW范例查找器（Find Ex

17、amples）、網(wǎng)絡(luò)資源（Web Resources）等。 2022-2-2233實時上下文幫助窗口單擊此處訪問更詳細(xì)的聯(lián)機(jī)幫助更多幫助信息鎖定上下文相關(guān)幫助顯示VI路徑2022-2-2234實時上下文幫助窗口n選擇菜單欄中Help-Show Context Help選項或按下Ctrl+H，就會彈出Context Help窗口。 n當(dāng)鼠標(biāo)移到某個對象或函數(shù)上時，上下文幫助窗口就會顯示相應(yīng)的幫助信息。2022-2-2235聯(lián)機(jī)幫助文檔2022-2-2236聯(lián)機(jī)幫助文檔n當(dāng)單擊Context Help窗口中Detailed help會彈出相應(yīng)的完整的幫助信息。這是一個Windows標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)格的幫助窗

18、口，包含了LabVIEW全部的幫助信息。n你也可以選擇主菜單Help-Search the LabVIEW Help選項打開它。2022-2-2237范例查找器 2022-2-2238范例查找器nLabVIEW提供了大量的范例，這些范例幾乎包含了LabVIEW所有功能的應(yīng)用實例，并提供了大量的綜合應(yīng)用實例。 n在菜單欄中選擇Help-Find Examples選項可以打開范例查找器。2022-2-2239編輯前面板 nLabVIEW中的前面板是圖形化的人機(jī)界面，利用控件選項板提供的各種控件可以所見即所得地編輯豐富多彩的人機(jī)界面。2022-2-2240(1) 輸入控件（輸入控件（Controls

19、）和顯示控件（）和顯示控件（Indicator） n利用輸入控件可以輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，例如數(shù)字、布爾量、字符串和文件路徑等。 2022-2-2241(1) 輸入控件（輸入控件（Controls）和顯示控件（）和顯示控件（Indicator）n顯示控件用來顯示數(shù)據(jù)。顯示控件有數(shù)字、溫度計、LED指示燈、文本、波形圖等 。2022-2-2242(1) 輸入控件（輸入控件（Controls）和顯示控件（）和顯示控件（Indicator）n前面板中的一些控件既可以作為輸入控件也可以做作為顯示控件。右擊控件，選擇Change to Indicator或Change to Control可以進(jìn)行輸入控件與顯示控件之間的切換。 2022-2-2243控件屬性控件屬性n前面板中的每個控件都有自己的屬性，如控件的顏色、最大最小值、顯示精度和方式等。許多屬性都可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行編輯。右擊前面板任何一個控件選擇Properties選項就可以彈出該控件的屬性配置窗口。2022-2-2244編輯程序框圖編