虛擬儀器系統(tǒng)

1第7章虛擬儀器系統(tǒng)7.1概述7.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)7.3虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)7.4基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集方法27.1概述7.1.1虛擬儀器的概念7.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)7.1.3虛擬儀器的發(fā)展前景31)虛擬儀器的定義(VI,VirtualInstruments)

由測(cè)試硬件完成信號(hào)的采集與控制，而將信號(hào)分析與處理、結(jié)果表達(dá)與輸出讓計(jì)算機(jī)來(lái)完成，這就是虛擬儀器。

ComputerBasedInstruments7.1.1虛擬儀器的概念4儀器概念的轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)儀器廠商定義功能虛擬儀器用戶定義功能7.1.1虛擬儀器的概念5傳統(tǒng)儀器：特定功能和儀器外觀。虛擬儀器（VI，VirtualInstrumentation）：是一種以計(jì)算機(jī)和測(cè)試模塊的硬件為基礎(chǔ)、以計(jì)算機(jī)軟件為核心所構(gòu)成的，并且在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上虛擬的儀器面板，以及由計(jì)算機(jī)所完成的儀器功能，都可由用戶軟件來(lái)定義的計(jì)算機(jī)儀器。7.1.1虛擬儀器的概念6傳統(tǒng)儀器面板虛擬儀器軟面板7如：虛擬示波器8虛擬數(shù)字電壓表基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)與控制9特別指出：

虛擬儀器實(shí)質(zhì)上是一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想，而非一種具體的儀器。換言之，虛擬儀器可以有各種各樣的形式，完全取決與實(shí)際的物理系統(tǒng)和構(gòu)成儀器數(shù)據(jù)采集單元的硬件類型。

SOFTWAREISINSTRUMENT最簡(jiǎn)單，最本質(zhì)的表述1986年，NI公司推出了圖形化的虛擬儀器編程環(huán)境LabVIEW，標(biāo)志著虛擬儀器軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)基本成型，虛擬儀器從概念構(gòu)思變?yōu)楣こ處熆蓪?shí)現(xiàn)的具體對(duì)象。

7.1.1虛擬儀器的概念1011智能儀器數(shù)字化儀器模擬儀器虛擬儀器儀器的發(fā)展歷史2)儀器的發(fā)展7.1.1虛擬儀器的概念12137.1.1虛擬儀器的概念圖形化編程科學(xué)家和工程師的14

虛擬儀器徹底改變了傳統(tǒng)儀器由生產(chǎn)廠家定義功能的模式，而是在少量附加硬件的基礎(chǔ)上，由用戶定義儀器功能。因?yàn)樗倪\(yùn)行主要依賴軟件，所以修改或增加功能、改善性能都非常靈活，也便于利用PC的軟硬件資源和直接使用PC的外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)功能。虛擬儀器不但造價(jià)低，而且通過(guò)修改軟件可增加它的適應(yīng)性，進(jìn)而延長(zhǎng)它的生命周期，是一種具有很好發(fā)展前景的儀器。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開(kāi)放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)。7.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)151）智能化程度高，處理能力強(qiáng)虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。

7.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)162）應(yīng)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，如同一個(gè)高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開(kāi)放、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過(guò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。

7.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)173）操作性強(qiáng)，易用靈活虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解，測(cè)量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還可打印、顯示所需的報(bào)表或曲線。這些都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。

7.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)187.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)

圖形化編程環(huán)境；為多操作系統(tǒng)和設(shè)備編譯代碼；廣泛的應(yīng)用。197.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)207.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)217.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)227.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)237.1.2虛擬儀器的特點(diǎn)傳統(tǒng)儀器：廠商定義，用戶無(wú)法更改。24化工生產(chǎn)流量測(cè)控

25濾波器頻響分析26汽車引擎震動(dòng)分析27路燈照度模擬28項(xiàng)目傳統(tǒng)儀器虛擬儀器儀器定義儀器廠商用戶中心環(huán)節(jié)硬件是關(guān)鍵軟件是關(guān)鍵功能設(shè)定儀器的功能、規(guī)模均已固定系統(tǒng)功能和規(guī)模可通過(guò)軟件修改和增減開(kāi)放性封閉的系統(tǒng)，與其它設(shè)備連接受限基于計(jì)算機(jī)的開(kāi)放系統(tǒng)，可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其它設(shè)備連接性能/價(jià)格比價(jià)格昂貴價(jià)格低，可重復(fù)使用技術(shù)更新慢（5～10年）快（1～2年）開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用高軟件結(jié)構(gòu)可大大節(jié)省開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用應(yīng)用情況多為實(shí)驗(yàn)室擁有個(gè)人可以擁有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室29傳統(tǒng)儀器虛擬儀器待測(cè)模擬信號(hào)信號(hào)處理前置預(yù)處理數(shù)據(jù)顯示信號(hào)輸入硬件電子系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)處理數(shù)據(jù)顯示信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)輸出手動(dòng)/模擬信號(hào)控制待測(cè)模擬信號(hào)輸出模擬信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)控制數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生輸出模擬信號(hào)ClassicalInstrumentVirtualInstrument(VI)計(jì)算機(jī)DAQ卡

利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大、高效的數(shù)字信號(hào)處理和控制能力，配合高速高精度A/D、D/A轉(zhuǎn)換卡，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)專用儀器相同乃至更強(qiáng)的功能，組成虛擬儀器前置預(yù)處理對(duì)比30NationalInstruments（美國(guó)國(guó)家儀器有限公司）在業(yè)界率先提出“虛擬儀器”（VirtualInstrumentation）概念至今已有近二十年了。這些年，ＮＩ逐步改變了全世界工程師和科學(xué)家們對(duì)于測(cè)量和自動(dòng)化的方法。今天，全世界的工程師和科學(xué)家們正在成千上萬(wàn)個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中使用“虛擬儀器技術(shù)”，從而達(dá)到縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間、提高產(chǎn)品品質(zhì)并降低生產(chǎn)成本的共同目的。同時(shí)，虛擬儀器技術(shù)也正逐漸趨于成熟和完善的境界。7.1.3虛擬儀器的發(fā)展前景31

隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，虛擬儀器系統(tǒng)的功能也將越來(lái)越強(qiáng)大。個(gè)人計(jì)算機(jī)的內(nèi)存、影像處理、輸入輸出及中央處理單元的性能每年都在提高，而這些技術(shù)都有利于“虛擬”的測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。從個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)至今，其性能已提高了10000倍，而其價(jià)格卻不斷地下降，因此，這些功能強(qiáng)大、性能可靠、成本低廉的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)線上產(chǎn)品的制作過(guò)程中。個(gè)人計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展進(jìn)步不僅使得虛擬儀器系統(tǒng)成為一種低成本、高彈性的解決方案，更大大提升了企業(yè)生產(chǎn)率，而這是傳統(tǒng)獨(dú)立的儀器設(shè)備所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。7.1.3虛擬儀器的發(fā)展前景327.1.3虛擬儀器的發(fā)展前景（1）與計(jì)算機(jī)的結(jié)合更加緊密，集成化程度更高（2）儀器接口更加靈活，新型總線接口應(yīng)用-USB等（3）網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)（4）組件化趨勢(shì)-硬件和軟件（5）合成儀器將大量出現(xiàn)33

虛擬儀器的功能和性能已被不斷地提高，如今在許多應(yīng)用中它已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式。隨著PC、半導(dǎo)體和軟件功能的進(jìn)一步更新，未來(lái)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展將為測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)極佳的模式，并且在測(cè)量和控制方面都有無(wú)以倫比的強(qiáng)大功能和靈活性?？蓮V泛應(yīng)用于電子測(cè)量、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷、航天航空、軍事工程、電力工程、機(jī)械工程、建筑工程、鐵路交通、地質(zhì)勘探、生物醫(yī)療、教學(xué)及科研等諸多方面。7.1.3虛擬儀器的發(fā)展前景347.1.3虛擬儀器的發(fā)展前景設(shè)計(jì)信號(hào)和圖象處理嵌入式系統(tǒng)編程（PC,DSP,FPGA，微控制器）仿真和制作原型控制自動(dòng)控制和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)機(jī)電技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)測(cè)量電路和電子學(xué)測(cè)量和儀器設(shè)計(jì)原型部署單一的圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)35虛擬調(diào)制解調(diào)器36用LabVIEW做的示波器，與真實(shí)的示波器有著相同的功能37圖×：示波器流程圖示波器流程圖38波形分析39數(shù)據(jù)采集（LabScene）-基于USB的硬件卡40：遠(yuǎn)程地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)研究417.2.1虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)7.2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)7.2.3虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)7.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)42虛擬儀器的組成結(jié)構(gòu)7.2.1虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)437.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)A.獲取數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集器NI數(shù)據(jù)采集卡模擬的數(shù)據(jù)聲卡B.LabVIEW環(huán)境前面板/框圖工具條/工具模板C.LabVIEW應(yīng)用的組成部分新建一個(gè)VI程序數(shù)據(jù)流編程D.幫助查找函數(shù)LabVIEW應(yīng)用小貼示44數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)45插入式DAQ卡VXI儀器GPIB儀器RS232信號(hào)處理統(tǒng)計(jì)數(shù)字濾波分析網(wǎng)絡(luò)傳輸文件I/O硬復(fù)制圖形用戶接口虛擬儀器功能模塊劃分7.2.1虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)46虛擬儀器典型的體系結(jié)構(gòu)477.2.1虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)

通用儀器硬件平臺(tái)(簡(jiǎn)稱硬件平臺(tái))應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成

48虛擬儀器的軟件

1．應(yīng)用程序（包含兩方面功能的程序）:實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的軟件程序；定義測(cè)試功能的流程圖軟件程序。2．I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序：完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信。491）測(cè)試管理層用戶使用虛擬儀器生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，組成自己的一套測(cè)試儀器。這是虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)之一，它可以方便地使用戶根據(jù)自己的需要，自己的風(fēng)格建立自己的測(cè)試儀器。7.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)7.2.1虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)50

2）應(yīng)用（程序）開(kāi)發(fā)層由生產(chǎn)商提供的軟件開(kāi)發(fā)工具，如NI（NATIONALINSTRUMENTS）公司的LabVIEW軟件，LabWindows/CVI軟件。用戶可以用這類軟件進(jìn)行深層開(kāi)發(fā)，以擴(kuò)展儀器原有的功能。7.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)7.2.1虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)513）儀器驅(qū)動(dòng)層由生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)，針對(duì)不同類型的儀器有不同的驅(qū)動(dòng)程序接口。為給用戶提供方便、易用的儀器驅(qū)動(dòng)程序，泰克公司、惠普公司和美商國(guó)家儀器公司等35家國(guó)際上最大的儀器公司成立了VXIplug&play系統(tǒng)聯(lián)盟，并于推出VISA（Virtu-alInstrumentSoftwareArchitecture）標(biāo)準(zhǔn)。7.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)7.2.1虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)524）I/O總線驅(qū)動(dòng)層由生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)，用于將不同類型的實(shí)際儀器通過(guò)相同標(biāo)準(zhǔn)的總線連接起來(lái)形成一套完整的測(cè)試系統(tǒng)，如得到廣泛應(yīng)用的VXI（開(kāi)放式測(cè)量系統(tǒng)）總線系統(tǒng)。7.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)7.2.1虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)5354各部分基本功能虛擬儀器的內(nèi)部功能，可劃分為信號(hào)采集與控制、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果表示與輸出三大功能模塊。信號(hào)采集與控制主要由虛擬儀器的通用硬件平臺(tái)，并配合儀器驅(qū)動(dòng)程序共同完成，而數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果表達(dá)與輸出則主要由用戶應(yīng)用軟件完成。557.2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)（1）通用硬件平臺(tái)的基本功能信號(hào)采集（模擬、數(shù)字輸入）；信號(hào)產(chǎn)生（模擬、數(shù)字輸出）；信號(hào)調(diào)理（信號(hào)幅度、頻率、驅(qū)動(dòng)、隔離等）；定時(shí)與計(jì)數(shù)；大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。實(shí)時(shí)信號(hào)處理?？偩€與通信。7.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)56（2）通用硬件平臺(tái)的組成57(3)虛擬儀器通用硬件平臺(tái)的構(gòu)成形式通常為帶有某種標(biāo)準(zhǔn)總線接口的各種測(cè)試設(shè)備（分立式或模塊式儀器），主要有PC總線的數(shù)據(jù)采集模塊（PC-DAQ）、GPIB總線儀器、VXI總線儀器模塊、PXI總線儀器模塊、RS-232串口、USB接口儀器等類型，或多種類型的組合。587.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)

根據(jù)虛擬儀器所采用的信號(hào)測(cè)量硬件模塊的不同，虛擬儀器可以分為下面幾種形式：

(1)GPIB系統(tǒng)(2)PC-DAQ系統(tǒng)

(3)VXI系統(tǒng)(4)PXI系統(tǒng)

(5)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)其中PC-DAQ測(cè)試系統(tǒng)是最常用的構(gòu)成計(jì)算機(jī)虛擬儀器系統(tǒng)的的形式。7.2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)59（1）基于PC總線的虛擬儀器內(nèi)置PC總線（如ISA、PCI、PC/104）的通用數(shù)據(jù)采集卡（DAQ，DataAcQuisition）。（2）基于GPIB通用接口總線的虛擬儀器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEEE488.1和IEEE488.2），技術(shù)成熟；但其數(shù)據(jù)傳輸速度一般低于500Kb/s，對(duì)測(cè)試速度要求很高的場(chǎng)合不太適用。（3）基于VXl總線的虛擬儀器具有模塊化、系列化、通用化、“即插即用”及VXI儀器的互換性和互操作性。但價(jià)格相對(duì)較高，適合于高端的測(cè)試領(lǐng)域。（4）基于PXI總線的虛擬儀器兼容PCI總線產(chǎn)品。集CompactPCI的高性能和VXI可靠性，性價(jià)比最好。60（1）GPIB儀器（通信接口總線）GeneralPurposeInterfaceBus1965年

惠普公司設(shè)計(jì)HP-IB1975年

HP-IB變成IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)1987年

IEEE488.2被采納,IEEE488-1978變成IEEE488.1-19871990年

SCPI規(guī)范被引入IEEE488儀器1992年

修訂IEEE488.21993年

NI公司提出HS4887.2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)61屏蔽的24芯GPIBcable及定義GPIB產(chǎn)品示例（1）GPIB儀器（通信接口總線）62NI的PCI-GPIB卡操作系統(tǒng)：DOS,Windows2000/9x/NT最大I/0速度：1.5Mbytes/s（IEEE488.1)

7.7Mbytes/s(HS488)尺寸：133x107mmGPIB產(chǎn)品示例（1）GPIB儀器（通信接口總線）63（2）DAQ（DataAcquisition)儀器DAQ儀器是以微型計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，配以用于測(cè)量和測(cè)試的數(shù)據(jù)采集卡（儀器卡）及專用軟件，為實(shí)現(xiàn)某些測(cè)量和測(cè)試功能而構(gòu)成的通用或?qū)Ｓ脙x器系統(tǒng)。

DAQ儀器設(shè)計(jì)都是基于某一種總線進(jìn)行的。這種總線可以是計(jì)算機(jī)總線中的內(nèi)總線如ISA總線、PCI總線等，也可以是計(jì)算機(jī)總線中的外總線如IEEE488（GPIB）、RS232C、USB總線等。7.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)7.2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集功能

模擬輸入/輸出數(shù)字輸入/輸出時(shí)鐘輸入/輸出ADCDACcntr/timerdigitalDAQBoardOnOff1-0（2）DAQ（DataAcquisition)儀器7.2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)65VXI（eXtentionsforInstrument）總線系統(tǒng)是一種在世界范圍內(nèi)完全開(kāi)放的、適用于多廠商的模塊化儀器總線系統(tǒng)，是目前世界上最新的儀器總線系統(tǒng)。VXI總線把已經(jīng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期應(yīng)用考驗(yàn)的VME總線擴(kuò)展應(yīng)用到儀器領(lǐng)域，它的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)在作為一個(gè)徹底開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，使用戶能以最短的時(shí)間組建具有極高測(cè)試吞吐量的系統(tǒng)。(3)VXI系統(tǒng)7.2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)66VXI總線系統(tǒng)規(guī)范簡(jiǎn)介VXI總線系統(tǒng)或者其子系統(tǒng)由一個(gè)VXIbus主機(jī)箱、若干VXIbus器件、一個(gè)VXIbus零槽模塊、VXIbus資源管理器和主控制器組成。零槽模塊完成系統(tǒng)背板管理，包括提供時(shí)鐘源和背板總線仲裁等，當(dāng)然它也可以同時(shí)具有其它的儀器功能。資源管理器在系統(tǒng)上電或者復(fù)位時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，以使系統(tǒng)用戶能夠從一個(gè)確定的狀態(tài)開(kāi)始系統(tǒng)操作。在系統(tǒng)正常工作后，資源管理器就不再起作用。主機(jī)箱容納VXIbus儀器，并為其提供通信背板、供電和冷卻。(3)VXI系統(tǒng)67VXIbus不是設(shè)計(jì)來(lái)替代現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)的，其目的只是為提高測(cè)試和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能提供一個(gè)更先進(jìn)的平臺(tái)。因此，VXIbus規(guī)范定義了幾種通信方法，以方便VXIbus系統(tǒng)與現(xiàn)存的VMEbus產(chǎn)品、GPIB儀器以及串口儀器的混合集成。(3)VXI系統(tǒng)VXI總線系統(tǒng)規(guī)范簡(jiǎn)介68PXI總線方式是PCI總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。PXI的高度可擴(kuò)展性。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，而臺(tái)式PCI系統(tǒng)只有3、4個(gè)擴(kuò)展槽，通過(guò)使用PCI-PCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成未來(lái)的虛擬儀器平臺(tái)。(4)PXI系統(tǒng)7.2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)69(5)MAXMAX表示測(cè)量和自動(dòng)控制資源管理器。使用MAX配置和組織NIDAQ,PCI/PXI器件,GPIB,IMAQ,IVI,Motion,VISA,andVXI器件。用于配置和設(shè)置器件。Windows桌面的圖標(biāo)70綜合的硬件平臺(tái)71

多種性能和用途的數(shù)據(jù)采集卡，包括低速采集板卡、高速采集卡、高速同步采集板卡、圖象采集卡、運(yùn)動(dòng)控制卡等。7.2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)72相關(guān)器件聲卡USBDAQPCIDAQ儀器73基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡PCI總線數(shù)據(jù)采集卡74基于USB的信號(hào)發(fā)生卡及LCR測(cè)試儀嵌入式TCP/IP模塊75NI的PCI-GPIB卡76NI的DAQ及VXI產(chǎn)品示例77PXI產(chǎn)品MXIGPIBVXIorVMEStand-aloneInstrumentPXISystemModulesModulesCompactPCIPXIModulesLinktoOtherStandardsMXI-379設(shè)置硬件數(shù)據(jù)采集器(DAQ)實(shí)際的USB、PCI、PXI器件配置MAX模擬數(shù)據(jù)采集器(DAQ)驅(qū)動(dòng)程序級(jí)的軟件模擬配置MAX聲卡大部分計(jì)算機(jī)都集成807.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)7.2.3虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)817.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)7.2.3虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)I/O接口軟件儀器驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)用軟件操作接口I/O接口InstrumentDriver功能接口編程接口82用LabVIEW開(kāi)發(fā)的虛擬儀器的軟面板示例83虛擬數(shù)字示波器的軟面板84框圖程序

每一個(gè)前面板都有一個(gè)框圖程序與之相對(duì)應(yīng)，它用G語(yǔ)言編寫(xiě)，由節(jié)點(diǎn)(Node)、端口和數(shù)據(jù)連線(Wire)組成。節(jié)點(diǎn)：類似硬件中的芯片，執(zhí)行某些功能的單元，包括功能函數(shù)、結(jié)構(gòu)、代碼及文本接口節(jié)點(diǎn)（CIN）、子VI（SubVI）。端口：類似硬件中的管腳，是數(shù)據(jù)在前后面板、節(jié)點(diǎn)之間傳遞的通道。有兩類端口：控制和指示端口、節(jié)點(diǎn)端口。數(shù)據(jù)連線：它是數(shù)據(jù)端口之間的數(shù)據(jù)通道，在線中數(shù)據(jù)是單向樹(shù)狀流動(dòng)。85框圖程序86前面板用戶界面(UI)控制器=輸入指示器=輸出例溫度檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)87框圖程序圖形化代碼數(shù)據(jù)從控制器通過(guò)特定函數(shù)到達(dá)指示器框圖沿著數(shù)據(jù)流執(zhí)行程序888990917.3虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)7.3.1LabVIEW的特點(diǎn)與工作環(huán)境7.3.2LabVIEW應(yīng)用程序的構(gòu)成7.3.3LabVIEW的模板簡(jiǎn)介7.3.4程序的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和調(diào)試7.3.5LabVIEW的幫助927.3.1LabVIEW的特點(diǎn)與工作環(huán)境(1)特點(diǎn)圖形化編程

NI公司推出的LabVIEW-虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)是一種嶄新的圖形化編程語(yǔ)言，其源程序完全是圖形化的框圖，而不是文本代碼。把復(fù)雜、繁瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化為利用線條把各種不同的圖形化功能模塊連接起來(lái)的圖形編程。用LabVIEW編寫(xiě)程序的過(guò)程就變成一個(gè)程序流程框圖的繪制過(guò)程。編程方式界面編程舉例(1)文本運(yùn)行時(shí)才可見(jiàn)，文本行和圖形文本行TuroCQBASIC(2)可視化（面向?qū)ο缶幊蹋﹫D形，編程時(shí)編輯文本行VC、VB、CVI(3)圖形化編程圖形，編程時(shí)編輯流程框圖LabVIEW、VEE93例：虛擬電壓表界面

（LabVIEW前面板編程）94例：虛擬電壓表程序

（LabVIEW流程框圖）95(2)LabVIEW的工作環(huán)境1)啟動(dòng)界面NewVI

創(chuàng)建一個(gè)新的VI程序（即虛擬儀器程序，擴(kuò)展名為vi）OpenVI

打開(kāi)一個(gè)已有的VI程序DAQSolutions 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道配置及構(gòu)建向?qū)earchExamples 虛擬儀器程序?qū)嵗齃abVIEWTutorial LabVIEW多媒體簡(jiǎn)易教程Exit

退出LabVIEW注：不同軟件版本，界面、窗口的菜單、工具欄有區(qū)別962）前面板窗口的菜單和工具欄

包含用來(lái)控制VI的命令按鈕和狀態(tài)指示器。下拉式菜單，包括File文件、Edit編輯、operate操作、Tools工具、Browse顯示、Window窗口、Help幫助運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、停止、暫停/繼續(xù)、格式設(shè)置工具欄排列、分布、疊放次序、圖標(biāo)/連接口973）框圖窗口的菜單和工具欄

與前面板類似，增加了4個(gè)調(diào)試按鈕。高亮執(zhí)行、單步、宏單步、跳出節(jié)點(diǎn)下拉是菜單與前面板菜單相同點(diǎn)擊該高亮執(zhí)行按鈕可使VI程序的運(yùn)行以一種緩慢的節(jié)奏一步一步地執(zhí)行程序，所執(zhí)行到的節(jié)點(diǎn)都以高亮方式顯示，并可觀察到數(shù)據(jù)的流動(dòng)，這樣用戶可以清楚地了解到程序的運(yùn)行過(guò)程，也可以很方便地查找錯(cuò)誤987.3.2LabVIEW應(yīng)用程序的構(gòu)成LabVIEW應(yīng)用程序包括三個(gè)部分：前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接口。前面板主要用于輸入量的設(shè)置和輸出量的顯示，它模擬了真實(shí)儀表的面板，包括旋鈕、開(kāi)關(guān)、按鈕、圖表、圖形。用戶使用虛擬儀器時(shí)所觀察到的就是前面板，并在前面板中執(zhí)行對(duì)儀器的操作。框圖程序用圖形編程語(yǔ)言編寫(xiě)，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼；通過(guò)圖標(biāo)/連接口可以在其他程序中調(diào)用VI子程序。99例：計(jì)算兩點(diǎn)斜率的VI程序的前面板和框圖程序斜率Slop=(Y1-Y2)/(X1-X2)4輸入，1個(gè)輸出100（1）圖標(biāo)編輯每一個(gè)VI程序在其前面板窗口和框圖程序窗口的右上角均有一個(gè)圖標(biāo)。對(duì)于一個(gè)VI程序，其默認(rèn)圖標(biāo)是可使用IconEditor（圖標(biāo)編輯器）來(lái)修改圖標(biāo)，在窗口右上角的圖標(biāo)上右擊鼠標(biāo)彈出菜單，選擇EditIcon選項(xiàng)即可激活I(lǐng)conEditor窗口。101（2）連接口的創(chuàng)建連接口是VI程序的數(shù)據(jù)的輸入輸出接口。根據(jù)該VI程序所需要的輸入輸出參數(shù)的個(gè)數(shù)來(lái)確定連接口的端口數(shù)，并確定前面板控制器和指示器與這些端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在前面板窗口右上角的圖標(biāo)方框上彈出菜單，選擇ShowConnector選項(xiàng)來(lái)定義連接口。1021）選擇和修改連接口模式1032）給控制器和指示器分配端口使用連線工具可以給前面板的控制器和指示器分配端口。①在連接口的一個(gè)端口上點(diǎn)擊鼠標(biāo)，工具自動(dòng)變?yōu)檫B線工具，該端口變?yōu)楹谏?。②在要分配給該端口的控制器或指示器上點(diǎn)擊鼠標(biāo)，選中的控制器或指示器將被虛線框住，將鼠標(biāo)移至空白處點(diǎn)擊一下③對(duì)需要指定端口的控制器和指示器重復(fù)上述步驟104（3）選定部分框圖程序來(lái)創(chuàng)建VI子程序可以將框圖程序的某部分轉(zhuǎn)換為一個(gè)VI子程序（SubVI）首先用選擇工具選定要轉(zhuǎn)換的部分框圖程序，然后在Edit菜單下選擇CreateSubVI選項(xiàng)，即可以將選定的框圖程序轉(zhuǎn)換成VI子程序。LabVIEW自動(dòng)為新建的VI子程序創(chuàng)建圖標(biāo)/連接口，并用新的VI子程序圖標(biāo)取代原來(lái)選定的框圖程序部分。存盤(pán)，給子VI取名。105前面板用戶界面(UI)控制器=輸入指示器=輸出例溫度檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)106框圖程序圖形化代碼數(shù)據(jù)從控制器通過(guò)特定函數(shù)到達(dá)指示器框圖沿著數(shù)據(jù)流執(zhí)行程序107108109110LabVIEW具有三種用來(lái)創(chuàng)建和運(yùn)行程序的模板：工具（Tools）模板包括了程序的創(chuàng)建、修改和調(diào)試時(shí)使用的工具；控制模板（Controls）主要用于在前面板中添加指示器和控制器；而函數(shù)模板（Functions）則用于創(chuàng)建框圖程序，它包括了很多函數(shù)子模板。7.3.3LabVIEW的模板簡(jiǎn)介111(1)工具模板ToolsPalette選擇Windows菜單下的ShowToolsPalette選項(xiàng)可顯示出工具模板。使用工具模板中的工具可創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI。當(dāng)從工具模板中選擇了某種工具后，鼠標(biāo)光標(biāo)就變?yōu)樵摴ぞ叩男螤?，表示可以進(jìn)行某類操作。7.3.3LabVIEW的模板簡(jiǎn)介112113(2)控件模板（ControlsPalette）選擇前面板窗口的Windows菜單下的ShowControlsPalette選項(xiàng)可顯示出控制模板控制模板只用于前面板，用來(lái)創(chuàng)建控制器和指示器。模板中顯示的是一些子模板的圖標(biāo)，點(diǎn)擊圖標(biāo)即可彈出該圖標(biāo)下的子模板。數(shù)字型數(shù)組和簇布爾型圖形型114數(shù)值型Numeric主要完成參數(shù)設(shè)置和結(jié)果顯示。這些控件相對(duì)于高級(jí)文本中的變量?？刂菩涂丶校簲?shù)字式、滑動(dòng)式、進(jìn)度條式、旋紐式、桶式指示型控件有：數(shù)字式、表盤(pán)式、溫度計(jì)式、色彩類115布爾型包含一些布爾值的控制器和指示器如:按鈕、開(kāi)關(guān)、指示燈、按鍵等?？丶闹抵荒苁荰ure和False116

（3）函數(shù)模板用于創(chuàng)建流程圖程序

117數(shù)據(jù)運(yùn)算子模板和布爾運(yùn)算子模板118

主要包括前面板的設(shè)計(jì)、框圖程序的設(shè)計(jì)以及程序的調(diào)試。（1）創(chuàng)建前面板：根據(jù)實(shí)際的儀器面板以及該虛擬儀器所要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)設(shè)計(jì)前面板。前面板主要由輸入控制器和輸出指示器組成。使用控制器可以輸入數(shù)據(jù)到程序中，而指示器則可用來(lái)顯示程序產(chǎn)生的數(shù)值。利用控制模板來(lái)添加輸入控制器和輸出指示器，添加后會(huì)在框圖程序窗口中出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的控制器或指示器的端口圖標(biāo)。7.3.4程序的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和調(diào)試119

（2）框圖程序的設(shè)計(jì)框圖程序是由節(jié)點(diǎn)、端口和連線組成的可執(zhí)行代碼。對(duì)框圖程序的設(shè)計(jì)主要是對(duì)節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)端口和連線的設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)是VI程序運(yùn)行的要素，即一個(gè)執(zhí)行單位，可以把它理解為程序的一條語(yǔ)句，它包括四種類型：函數(shù)（基本操作）、VI子程序、結(jié)構(gòu)和代碼接口。端口：①控制器和指示器端口：前面板控件在框圖中的映射，②節(jié)點(diǎn)端口：函數(shù)圖標(biāo)的連線端口連線是端口間傳遞數(shù)據(jù)的路徑。（3）程序的調(diào)試：正常運(yùn)行、高亮方式、探針、單步等7.3.4程序的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和調(diào)試120例：由一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)和一個(gè)指示燈組成，該VI的功能是，當(dāng)按下按鈕時(shí)，指示燈點(diǎn)亮；當(dāng)彈起按鈕時(shí)，指示燈熄滅。121

例：創(chuàng)建一個(gè)測(cè)量溫度的VI程序，該程序顯示溫度的單位可以選擇為華氏度或攝氏度，并建立其圖標(biāo)/連接口，使之可被其他VI程序作為子程序調(diào)用。思考：1.溫度計(jì)顯示超過(guò)范圍，怎么辦？

2.顯示更新太快，看不清楚，怎么辦？例：修改上例創(chuàng)建的Thermometer.vi，將攝氏溫度轉(zhuǎn)換為華氏溫度的框圖程序部分轉(zhuǎn)換為VI子程序。122編程1：

(1)創(chuàng)建