虚拟仪器系统.pptx

1 1第7章 虚拟仪器系统7.1 概述7.2 虚拟仪器的结构7.3 虚拟仪器软件开发平台7.4 基于LabVIEW的数据采集方法2 27.1 概述7.1.1 虚拟仪器的概念7.1.2 虚拟仪器的特点7.1.3 虚拟仪器的发展前景3 31)1)虚拟仪器的定义虚拟仪器的定义 (VI,Virtual Instruments)(VI,Virtual Instruments)由测试硬件完成信号的由测试硬件完成信号的采集与控制采集与控制，而将信号，而将信号分分析与处理析与处理、结果表达与输出结果表达与输出让计算机来完成，这就是让计算机来完成，这就是虚拟仪器。虚拟仪器。Computer Based InstrumentsComputer Based Instruments7.1.1 虚拟仪器的概念4 4仪器概念的转变仪器概念的转变仪器概念的转变仪器概念的转变传统仪器传统仪器传统仪器传统仪器厂商定义功能厂商定义功能厂商定义功能厂商定义功能虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器用户定义功能用户定义功能用户定义功能用户定义功能7.1.1 虚拟仪器的概念5 5l l传统仪器：特定功能和仪器外观。传统仪器：特定功能和仪器外观。传统仪器：特定功能和仪器外观。传统仪器：特定功能和仪器外观。l l虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器（VIVIVIVI，Virtual Virtual Virtual Virtual InstrumentationInstrumentationInstrumentationInstrumentation）：是是是是一一一一种种种种以以以以计计计计算算算算机机机机和和和和测测测测试试试试模模模模块块块块的的的的硬硬硬硬件件件件为为为为基基基基础础础础、以以以以计计计计算算算算机机机机软软软软件件件件为为为为核核核核心心心心所所所所构构构构成成成成的的的的，并并并并且且且且在在在在计计计计算算算算机机机机显显显显示示示示屏屏屏屏幕幕幕幕上上上上虚虚虚虚拟拟拟拟的的的的仪仪仪仪器器器器面面面面板板板板，以以以以及及及及由由由由计计计计算算算算机机机机所所所所完完完完成成成成的的的的仪仪仪仪器器器器功功功功能能能能，都都都都可可可可由由由由用用用用户户户户软软软软件件件件来来来来定定定定义义义义的的的的计计计计算算算算机仪器。机仪器。机仪器。机仪器。7.1.1 虚拟仪器的概念6 6传统仪器面板传统仪器面板传统仪器面板传统仪器面板虚拟仪器软面板虚拟仪器软面板虚拟仪器软面板虚拟仪器软面板7 7l l如：虚拟示波器如：虚拟示波器如：虚拟示波器如：虚拟示波器8 8l l虚拟数字电压表虚拟数字电压表l l基于虚拟仪器的基于虚拟仪器的 温度检测与控制温度检测与控制9 9特别指出：特别指出：虚虚拟拟仪仪器器实实质质上上是是一一种种创创新新的的仪仪器器设设计计思思想想，而而非非一一种种具具体体的的仪仪器器。换换言言之之，虚虚拟拟仪仪器器可可以以有有各各种种各各样样的的形形式式，完完全全取取决决与与实实际际的的物物理理系系统统和和构构成成仪仪器器数数据采集单元的硬件类型。据采集单元的硬件类型。SOFTWARE IS INSTRUMENT最简单，最本质的表述最简单，最本质的表述 1986年年，NI公公司司推推出出了了图图形形化化的的虚虚拟拟仪仪器器编编程程环环境境LabVIEW，标标志志着着虚虚拟拟仪仪器器软软件件设设计计平平台台基基本本成成型型，虚虚拟拟仪仪器器从从概概念念构构思思变变为为工工程程师师可可实实现现的的具具体体对象。对象。7.1.1 虚拟仪器的概念10101111智能仪器智能仪器数字化仪器数字化仪器模拟仪器模拟仪器虚拟仪器虚拟仪器仪器的发展历史仪器的发展历史仪器的发展历史仪器的发展历史2)2)仪器的发展仪器的发展7.1.1 虚拟仪器的概念121213137.1.1 虚拟仪器的概念1414 虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器彻彻彻彻底底底底改改改改变变变变了了了了传传传传统统统统仪仪仪仪器器器器由由由由生生生生产产产产厂厂厂厂家家家家定定定定义义义义功功功功能能能能的的的的模模模模式式式式，而而而而是是是是在在在在少少少少量量量量附附附附加加加加硬硬硬硬件件件件的的的的基基基基础础础础上上上上，由由由由用用用用户户户户定定定定义义义义仪仪仪仪器器器器功功功功能能能能。因因因因为为为为它它它它的的的的运运运运行行行行主主主主要要要要依依依依赖赖赖赖软软软软件件件件，所所所所以以以以修修修修改改改改或或或或增增增增加加加加功功功功能能能能、改改改改善善善善性性性性能能能能都都都都非非非非常常常常灵灵灵灵活活活活，也也也也便便便便于于于于利利利利用用用用PCPC的的的的软软软软硬硬硬硬件件件件资资资资源源源源和和和和直直直直接接接接使使使使用用用用PCPC的的的的外外外外设设设设和和和和网网网网络络络络功功功功能能能能。虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器不不不不但但但但造造造造价价价价低低低低，而而而而且且且且通通通通过过过过修修修修改改改改软软软软件件件件可可可可增增增增加加加加它它它它的的的的适适适适应应应应性性性性，进进进进而而而而延延延延长长长长它它它它的的的的生生生生命命命命周周周周期期期期，是是是是一一一一种种种种具具具具有有有有很很很很好好好好发发发发展展展展前前前前景景景景的的的的仪仪仪仪器器器器。与与与与传传传传统统统统仪仪仪仪器器器器相相相相比比比比，虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器具具具具有有有有高高高高效效效效、开开开开放放放放、易易易易用用用用灵灵灵灵活活活活、功功功功能能能能强强强强大大大大、性性性性价价价价比比比比高、可操作性好等明显优点。高、可操作性好等明显优点。高、可操作性好等明显优点。高、可操作性好等明显优点。7.1.2 虚拟仪器的特点1515 1 1）智能化程度高，处理能力强）智能化程度高，处理能力强）智能化程度高，处理能力强）智能化程度高，处理能力强 虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器的的的的处处处处理理理理能能能能力力力力和和和和智智智智能能能能化化化化程程程程度度度度主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于仪仪仪仪器器器器软软软软件件件件水水水水平平平平。用用用用户户户户完完完完全全全全可可可可以以以以根根根根据据据据实实实实际际际际应应应应用用用用需需需需求求求求，将将将将先先先先进进进进的的的的信信信信号号号号处处处处理理理理算算算算法法法法、人人人人工工工工智智智智能能能能技技技技术术术术和和和和专专专专家家家家系系系系统统统统应应应应用用用用于于于于仪仪仪仪器器器器设设设设计计计计与与与与集集集集成成成成，从从从从而而而而将将将将智智智智能能能能仪仪仪仪器器器器水平提高到一个新的层次。水平提高到一个新的层次。水平提高到一个新的层次。水平提高到一个新的层次。7.1.2 虚拟仪器的特点1616 2 2）应用性强，系统费用低）应用性强，系统费用低）应用性强，系统费用低）应用性强，系统费用低 应应应应用用用用虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器思思思思想想想想，用用用用相相相相同同同同的的的的基基基基本本本本硬硬硬硬件件件件可可可可构构构构造造造造多多多多种种种种不不不不同同同同功功功功能能能能的的的的测测测测试试试试分分分分析析析析仪仪仪仪器器器器，如如如如同同同同一一一一个个个个高高高高速速速速数数数数字字字字采采采采样样样样器器器器，可可可可设设设设计计计计出出出出数数数数字字字字示示示示波波波波器器器器、逻逻逻逻辑辑辑辑分分分分析析析析仪仪仪仪、计计计计数数数数器器器器等等等等多多多多种种种种仪仪仪仪器器器器。这这这这样样样样形形形形成成成成的的的的测测测测试试试试仪仪仪仪器器器器系系系系统统统统功功功功能能能能更更更更灵灵灵灵活活活活、更更更更高高高高效效效效、更更更更开开开开放放放放、系系系系统统统统费费费费用用用用更更更更低低低低。通通通通过过过过与与与与计计计计算算算算机机机机网网网网络络络络连连连连接接接接，还还还还可可可可实实实实现现现现虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器的的的的分分分分布布布布式式式式共共共共享享享享，更更更更好地发挥仪器的使用价值。好地发挥仪器的使用价值。好地发挥仪器的使用价值。好地发挥仪器的使用价值。7.1.2 虚拟仪器的特点1717 3 3）操作性强，易用灵活）操作性强，易用灵活）操作性强，易用灵活）操作性强，易用灵活 虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器面面面面板板板板可可可可由由由由用用用用户户户户定定定定义义义义，针针针针对对对对不不不不同同同同应应应应用用用用可可可可以以以以设设设设计计计计不不不不同同同同的的的的操操操操作作作作显显显显示示示示界界界界面面面面。使使使使用用用用计计计计算算算算机机机机的的的的多多多多媒媒媒媒体体体体处处处处理理理理能能能能力力力力可可可可以以以以使使使使仪仪仪仪器器器器操操操操作作作作变变变变得得得得更更更更加加加加直直直直观观观观、简简简简便便便便、易易易易于于于于理理理理解解解解，测测测测量量量量结结结结果果果果可可可可以以以以直直直直接接接接进进进进入入入入数数数数据据据据库库库库系系系系统统统统或或或或通通通通过过过过网网网网络络络络发发发发送送送送。测测测测量量量量完完完完后后后后还还还还可可可可打打打打印印印印、显显显显示示示示所所所所需需需需的的的的报报报报表表表表或或或或曲曲曲曲线线线线。这这这这些些些些都都都都使使使使得得得得仪仪仪仪器器器器的的的的可可可可操操操操作作作作性性性性大大大大大大大大提提提提高高高高而而而而且且且且易易易易用用用用、灵活。灵活。灵活。灵活。7.1.2 虚拟仪器的特点18187.1.2 虚拟仪器的特点 图形化编程环境；为多操作系图形化编程环境；为多操作系图形化编程环境；为多操作系图形化编程环境；为多操作系统和设备编译代码；广泛的应用。统和设备编译代码；广泛的应用。统和设备编译代码；广泛的应用。统和设备编译代码；广泛的应用。19197.1.2 虚拟仪器的特点20207.1.2 虚拟仪器的特点21217.1.2 虚拟仪器的特点22227.1.2 虚拟仪器的特点23237.1.2 虚拟仪器的特点传统仪器：厂商定义，用户无法更改。传统仪器：厂商定义，用户无法更改。2424化工生产流量测控化工生产流量测控化工生产流量测控化工生产流量测控 2525滤波器频响分析滤波器频响分析滤波器频响分析滤波器频响分析2626汽车引擎汽车引擎汽车引擎汽车引擎震动分析震动分析震动分析震动分析2727路灯照度模拟路灯照度模拟路灯照度模拟路灯照度模拟2828项目项目传统仪器传统仪器虚拟仪器虚拟仪器仪器定义仪器定义仪器厂商仪器厂商用户用户中心环节中心环节硬件是关键硬件是关键软件是关键软件是关键功能设定功能设定仪器的功能、规仪器的功能、规模均已固定模均已固定系统功能和规模可通过软系统功能和规模可通过软件修改和增减件修改和增减开放性开放性封闭的系统，与封闭的系统，与其它设备连接受其它设备连接受限限基于计算机的开放系统，基于计算机的开放系统，可方便地同外设、网络及可方便地同外设、网络及其它设备连接其它设备连接性能性能/价格比价格比价格昂贵价格昂贵价格低，可重复使用价格低，可重复使用技术更新技术更新慢（慢（5 51010年）年）快（快（1 12 2年）年）开发维护费开发维护费用用开发维护费用高开发维护费用高软件结构可大大节省开发软件结构可大大节省开发和维护费用和维护费用应用情况应用情况多为实验室拥有多为实验室拥有个人可以拥有一个实验室个人可以拥有一个实验室2929传统仪器传统仪器虚拟仪器虚拟仪器待测模拟信号信号处理前置预处理数据显示信号输入硬件电子系统A/D转换数字信号处理数据显示信号产生信号输出手动/模拟信号控制待测模拟信号输出模拟信号D/A转换计算机数字信号控制数字信号产生输出模拟信号Classical InstrumentVirtual Instrument(VI)计算机DAQ卡利用计算机强大、高效的数字信号处理和控制能力，利用计算机强大、高效的数字信号处理和控制能力，配合高速高精度配合高速高精度A/D、D/A转换卡，实现与传统专用仪器相转换卡，实现与传统专用仪器相同乃至更强的功能，组成虚拟仪器同乃至更强的功能，组成虚拟仪器前置预处理对比3030 National National InstrumentsInstruments（美美美美国国国国国国国国家家家家仪仪仪仪器器器器有有有有限限限限公公公公司司司司）在在在在 业业业业 界界界界 率率率率 先先先先 提提提提 出出出出“虚虚虚虚 拟拟拟拟 仪仪仪仪 器器器器”（Virtual Virtual InstrumentationInstrumentation）概概概概念念念念至至至至今今今今已已已已有有有有近近近近二二二二十十十十年年年年了了了了。这这这这些些些些年年年年，逐逐逐逐步步步步改改改改变变变变了了了了全全全全世世世世界界界界工工工工程程程程师师师师和和和和科科科科学学学学家家家家们们们们对对对对于于于于测测测测量量量量和和和和自自自自动动动动化化化化的的的的方方方方法法法法。今今今今天天天天，全全全全世世世世界界界界的的的的工工工工程程程程师师师师和和和和科科科科学学学学家家家家们们们们正正正正在在在在成成成成千千千千上上上上万万万万个个个个应应应应用用用用系系系系统统统统中中中中使使使使用用用用“虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器技技技技术术术术”，从从从从而而而而达达达达到到到到缩缩缩缩短短短短开开开开发发发发时时时时间间间间、提提提提高高高高产产产产品品品品品品品品质质质质并并并并降降降降低低低低生生生生产产产产成成成成本本本本的的的的共共共共同同同同目目目目的的的的。同同同同时时时时，虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器技技技技术术术术也正逐渐趋于成熟和完善的境界。也正逐渐趋于成熟和完善的境界。也正逐渐趋于成熟和完善的境界。也正逐渐趋于成熟和完善的境界。7.1.3 虚拟仪器的发展前景3131 随随随随着着着着个个个个人人人人计计计计算算算算机机机机技技技技术术术术的的的的日日日日新新新新月月月月异异异异，虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器系系系系统统统统的的的的功功功功能能能能也也也也将将将将越越越越来来来来越越越越强强强强大大大大。个个个个人人人人计计计计算算算算机机机机的的的的内内内内存存存存、影影影影像像像像处处处处理理理理、输输输输入入入入输输输输出出出出及及及及中中中中央央央央处处处处理理理理单单单单元元元元的的的的性性性性能能能能每每每每年年年年都都都都在在在在提提提提高高高高，而而而而这这这这些些些些技技技技术术术术都都都都有有有有利利利利于于于于“虚虚虚虚拟拟拟拟”的的的的测测测测量量量量和和和和自自自自动动动动化化化化系系系系统统统统的的的的发发发发展展展展。从从从从个个个个人人人人计计计计算算算算机机机机的的的的出出出出现现现现至至至至今今今今，其其其其性性性性能能能能已已已已提提提提高高高高了了了了1000010000倍倍倍倍，而而而而其其其其价价价价格格格格却却却却不不不不断断断断地地地地下下下下降降降降，因因因因此此此此，这这这这些些些些功功功功能能能能强强强强大大大大、性性性性能能能能可可可可靠靠靠靠、成成成成本本本本低低低低廉廉廉廉的的的的计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统被被被被广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用到到到到实实实实验验验验室室室室的的的的产产产产品品品品研研研研发发发发及及及及生生生生产产产产线线线线上上上上产产产产品品品品的的的的制制制制作作作作过过过过程程程程中中中中。个个个个人人人人计计计计算算算算机机机机的的的的不不不不断断断断发发发发展展展展进进进进步步步步不不不不仅仅仅仅使使使使得得得得虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器系系系系统统统统成成成成为为为为一一一一种种种种低低低低成成成成本本本本、高高高高弹弹弹弹性性性性的的的的解解解解决决决决方方方方案案案案，更更更更大大大大大大大大提提提提升升升升了了了了企企企企业业业业生生生生产产产产率率率率，而而而而这这这这是是是是传传传传统统统统独独独独立立立立的的的的仪仪仪仪器器器器设设设设备备备备所所所所无无无无法法法法比比比比拟拟拟拟的的的的优势。优势。优势。优势。7.1.3 虚拟仪器的发展前景32327.1.3 虚拟仪器的发展前景（1 1 1 1）与计算机的结合更加紧密，集成化程度更高）与计算机的结合更加紧密，集成化程度更高）与计算机的结合更加紧密，集成化程度更高）与计算机的结合更加紧密，集成化程度更高（2 2 2 2）仪仪仪仪器器器器接接接接口口口口更更更更加加加加灵灵灵灵活活活活，新新新新型型型型总总总总线线线线接接接接口口口口应应应应用用用用-USB-USB-USB-USB等等等等（3 3 3 3）网络化趋势）网络化趋势）网络化趋势）网络化趋势（4 4 4 4）组件化趋势）组件化趋势）组件化趋势）组件化趋势-硬件和软件硬件和软件硬件和软件硬件和软件（5 5 5 5）合成仪器将大量出现）合成仪器将大量出现）合成仪器将大量出现）合成仪器将大量出现3333 虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器的的的的功功功功能能能能和和和和性性性性能能能能已已已已被被被被不不不不断断断断地地地地提提提提高高高高，如如如如今今今今在在在在许许许许多多多多应应应应用用用用中中中中它它它它已已已已成成成成为为为为传传传传统统统统仪仪仪仪器器器器的的的的主主主主要要要要替替替替代代代代方方方方式式式式。随随随随着着着着PCPC、半半半半导导导导体体体体和和和和软软软软件件件件功功功功能能能能的的的的进进进进一一一一步步步步更更更更新新新新，未未未未来来来来虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展将将将将为为为为测测测测试试试试系系系系统统统统的的的的设设设设计计计计提提提提供供供供一一一一个个个个极极极极佳佳佳佳的的的的模模模模式式式式，并并并并且且且且在在在在测测测测量量量量和和和和控控控控制制制制方方方方面面面面都都都都有有有有无无无无以以以以伦伦伦伦比比比比的的的的强强强强大大大大功功功功能能能能和和和和灵灵灵灵活活活活性性性性。可可可可广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于电电电电子子子子测测测测量量量量、振振振振动动动动分分分分析析析析、声声声声学学学学分分分分析析析析、故故故故障障障障诊诊诊诊断断断断、航航航航天天天天航航航航空空空空、军军军军事事事事工工工工程程程程、电电电电力力力力工工工工程程程程、机机机机械械械械工工工工程程程程、建建建建筑筑筑筑工工工工程程程程、铁铁铁铁路路路路交交交交通通通通、地地地地质质质质勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。7.1.3 虚拟仪器的发展前景34347.1.3 虚拟仪器的发展前景设计设计设计设计l l信号和图象处理信号和图象处理信号和图象处理信号和图象处理l l嵌入式系统编程嵌入式系统编程嵌入式系统编程嵌入式系统编程（PC,DSP,FPGAPC,DSP,FPGA，微控制器）微控制器）微控制器）微控制器）l l仿真和制作原型仿真和制作原型仿真和制作原型仿真和制作原型控制控制控制控制l l自动控制和动态系统自动控制和动态系统自动控制和动态系统自动控制和动态系统l l机电技术和机器人技术机电技术和机器人技术机电技术和机器人技术机电技术和机器人技术测量测量测量测量l l电路和电子学电路和电子学电路和电子学电路和电子学l l测量和仪器测量和仪器测量和仪器测量和仪器设计设计设计设计原型原型原型原型部署部署部署部署单一的图形化开发平台单一的图形化开发平台3535虚拟调制解调器虚拟调制解调器3636用LabVIEW做的示波器，与真实的示波器有着相同的功能 3737图：示波器流程图示波器流程图3838波形分析波形分析波形分析波形分析3939数据采集数据采集（LabSceneLabScene）-基于基于USBUSB的硬件卡的硬件卡4040：远程地质灾害监测研究远程地质灾害监测研究远程地质灾害监测研究远程地质灾害监测研究41417.2.1 虚拟仪器的基本结构7.2.2 虚拟仪器的硬件结构7.2.3 虚拟仪器的软件结构7.2 虚拟仪器的结构4242虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的组成结构7.2.1 7.2.1 虚拟仪器的基本结构虚拟仪器的基本结构43437.2 虚拟仪器的结构A.A.获取数据输入到计算获取数据输入到计算获取数据输入到计算获取数据输入到计算机机机机 数据采集器数据采集器数据采集器数据采集器NINI数据采集卡数据采集卡数据采集卡数据采集卡模拟的数据模拟的数据模拟的数据模拟的数据声卡声卡声卡声卡B.LabVIEW B.LabVIEW 环境环境环境环境 前面板前面板前面板前面板 /框图框图框图框图 工具条工具条工具条工具条 /工具模板工具模板工具模板工具模板C.C.LabVIEW LabVIEW 应应应应用用用用的的的的组成部分组成部分组成部分组成部分 新建一个新建一个新建一个新建一个VIVI程序程序程序程序 数据流编程数据流编程数据流编程数据流编程D.D.帮助帮助帮助帮助 查找函数查找函数查找函数查找函数 LabVIEWLabVIEW应应应应 用用用用小贴示小贴示小贴示小贴示4444数据采集系统结构数据采集系统结构4545插入式插入式DAQ卡卡VXI仪器仪器GPIB仪器仪器RS232信号处理信号处理信号处理信号处理统计统计统计统计数字滤波数字滤波数字滤波数字滤波分析分析分析分析网络传输网络传输网络传输网络传输文件文件文件文件I/OI/O硬复制硬复制硬复制硬复制图形用户接口图形用户接口图形用户接口图形用户接口虚拟仪器功能模块划分虚拟仪器功能模块划分虚拟仪器功能模块划分虚拟仪器功能模块划分7.2.1 虚拟仪器的基本结构4646虚拟仪器典型的体系结构虚拟仪器典型的体系结构47477.2.1 虚拟仪器的基本结构 vv 通用仪器硬件平台通用仪器硬件平台通用仪器硬件平台通用仪器硬件平台(简称硬件平台简称硬件平台简称硬件平台简称硬件平台)vv 应用软件应用软件应用软件应用软件 两大部分构两大部分构两大部分构两大部分构成成成成 4848虚拟仪器的软件 1应用程序（包含两方面功能的程序）:实现虚拟面板功能的软件程序；定义测试功能的流程图软件程序。2I/O 接口仪器驱动程序：完成特定外部 硬件设备的扩展、驱动与通信。4949 1 1）测试管理层）测试管理层）测试管理层）测试管理层 用用用用户户户户使使使使用用用用虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器生生生生产产产产厂厂厂厂商商商商开开开开发发发发的的的的应应应应用用用用程程程程序序序序，组组组组成成成成自自自自己己己己的的的的一一一一套套套套测测测测试试试试仪仪仪仪器器器器。这这这这是是是是虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器的的的的优优优优点点点点之之之之一一一一，它它它它可可可可以以以以方方方方便便便便地地地地使使使使用用用用户户户户根根根根据据据据自自自自己的需要，自己的风格建立自己的测试仪器。己的需要，自己的风格建立自己的测试仪器。己的需要，自己的风格建立自己的测试仪器。己的需要，自己的风格建立自己的测试仪器。7.2 7.2 虚拟仪器的结构虚拟仪器的结构7.2.1 虚拟仪器的基本结构虚拟仪器的基本结构5050 2 2）应用（程序）开发层）应用（程序）开发层）应用（程序）开发层）应用（程序）开发层 由由由由 生生生生 产产产产 商商商商 提提提提 供供供供 的的的的 软软软软 件件件件 开开开开 发发发发 工工工工 具具具具，如如如如NINI（NATIONAL NATIONAL INSTRUMENTSINSTRUMENTS）公公公公 司司司司 的的的的LabVIEWLabVIEW软软软软件件件件，LabWindows/CVILabWindows/CVI软软软软件件件件。用用用用户户户户可可可可以以以以用用用用这这这这类类类类软软软软件件件件进进进进行行行行深深深深层层层层开开开开发发发发，以以以以扩扩扩扩展展展展仪仪仪仪器器器器原有的功能。原有的功能。原有的功能。原有的功能。7.2 虚拟仪器的结构7.2.1 虚拟仪器的基本结构虚拟仪器的基本结构5151 3 3）仪器驱动层）仪器驱动层）仪器驱动层）仪器驱动层 由由由由生生生生产产产产商商商商开开开开发发发发，针针针针对对对对不不不不同同同同类类类类型型型型的的的的仪仪仪仪器器器器有有有有不不不不同同同同的的的的驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序接接接接口口口口。为为为为给给给给用用用用户户户户提提提提供供供供方方方方便便便便、易易易易用用用用的的的的仪仪仪仪器器器器驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序，泰泰泰泰克克克克公公公公司司司司、惠惠惠惠普普普普公公公公司司司司和和和和美美美美商商商商国国国国家家家家仪仪仪仪器器器器公公公公司司司司等等等等3535家家家家国国国国际际际际上上上上最最最最大大大大的的的的仪仪仪仪器器器器公公公公司司司司成成成成立立立立了了了了VXI VXI plug plug&playplay系系系系 统统统统 联联联联 盟盟盟盟，并并并并 于于于于 推推推推 出出出出 VISAVISA（Virtu-al Virtu-al Instrument Software ArchitectureInstrument Software Architecture）标准。）标准。）标准。）标准。7.2 7.2 虚拟仪器的结构虚拟仪器的结构7.2.1 虚拟仪器的基本结构虚拟仪器的基本结构5252 4 4）I/OI/O总线驱动层总线驱动层总线驱动层总线驱动层 由由由由生生生生产产产产商商商商开开开开发发发发，用用用用于于于于将将将将不不不不同同同同类类类类型型型型的的的的实实实实际际际际仪仪仪仪器器器器通通通通过过过过相相相相同同同同标标标标准准准准的的的的总总总总线线线线连连连连接接接接起起起起来来来来形形形形成成成成一一一一套套套套完完完完整整整整的的的的测测测测试试试试系系系系统统统统，如如如如得得得得到到到到广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用的的的的VXIVXI（开放式测量系统）总线系统。（开放式测量系统）总线系统。（开放式测量系统）总线系统。（开放式测量系统）总线系统。7.2 7.2 虚拟仪器的结构虚拟仪器的结构7.2.1 虚拟仪器的基本结构虚拟仪器的基本结构53535454各部分基本功能各部分基本功能虚虚拟拟仪仪器器的的内内部部功功能能，可可划划分分为为信信号号采采集集与与控控制制、数据分析与处理、结果表示与输出三大功能模块。数据分析与处理、结果表示与输出三大功能模块。信信号号采采集集与与控控制制主主要要由由虚虚拟拟仪仪器器的的通通用用硬硬件件平平台台，并并配配合合仪仪器器驱驱动动程程序序共共同同完完成成，而而数数据据分分析析与与处处理、结果表达与输出则主要由用户应用软件完成。理、结果表达与输出则主要由用户应用软件完成。55557.2.2 虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器的硬件结构（1 1）通用硬件平台的基本功能）通用硬件平台的基本功能信号采集（模拟、数字输入）；信号采集（模拟、数字输入）；信号产生（模拟、数字输出）；信号产生（模拟、数字输出）；信号调理（信号幅度、频率、驱动、隔离等）；信号调理（信号幅度、频率、驱动、隔离等）；定时与计数；定时与计数；大容量数据存储。大容量数据存储。实时信号处理。实时信号处理。总线与通信。总线与通信。7.2 7.2 虚拟仪器的结构虚拟仪器的结构5656（2 2）通用硬件平台的组成）通用硬件平台的组成5757(3)虚拟仪器通用硬件平台的构成形式虚拟仪器通用硬件平台的构成形式 通通常常为为带带有有某某种种标标准准总总线线接接口口的的各各种种测测试试设设备备（分分立立式式或或模模块块式式仪仪器器），主主要要有有PC总总线线的的数数据据采采集集模模块块（PC-DAQ）、GPIB总总线线仪仪器器、VXI总总线线仪仪器器模模块块、PXI总总线线仪仪器器模模块块、RS-232串口、串口、USB接口仪器等类型，或多种类型的组合。接口仪器等类型，或多种类型的组合。58587.2 7.2 虚拟仪器的结构虚拟仪器的结构 根根根根据据据据虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器所所所所采采采采用用用用的的的的信信信信号号号号测测测测量量量量硬硬硬硬件件件件模模模模块块块块的的的的不不不不同，虚拟仪器可以分为下面几种形式：同，虚拟仪器可以分为下面几种形式：同，虚拟仪器可以分为下面几种形式：同，虚拟仪器可以分为下面几种形式：(1)GPIB(1)GPIB系统系统系统系统 (2)PC-DAQ(2)PC-DAQ系统系统系统系统 (3)VXI(3)VXI系统系统系统系统 (4)PXI(4)PXI系统系统系统系统 (5)(5)现场总线系统现场总线系统现场总线系统现场总线系统 其其其其中中中中PC-DAQPC-DAQ测测测测试试试试系系系系统统统统是是是是最最最最常常常常用用用用的的的的构构构构成成成成计计计计算算算算机机机机虚拟仪器系统的的形式。虚拟仪器系统的的形式。虚拟仪器系统的的形式。虚拟仪器系统的的形式。7.2.2 虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器的硬件结构5959（1 1）基于）基于）基于）基于PCPC总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器内内内内置置置置PCPC总总总总线线线线（如如如如ISAISA、PCIPCI、PC/104PC/104）的的的的通通通通用用用用数数数数据据据据采集卡采集卡采集卡采集卡 （DAQDAQ，Data AcQuisitionData AcQuisition）。）。）。）。（2 2）基于）基于）基于）基于GPIBGPIB通用接口总线的虚拟仪器通用接口总线的虚拟仪器通用接口总线的虚拟仪器通用接口总线的虚拟仪器国际标准（国际标准（国际标准（国际标准（IEEE488.1IEEE488.1和和和和IEEE488.2IEEE488.2），技术成熟；），技术成熟；），技术成熟；），技术成熟；但但但但其其其其数数数数据据据据传传传传输输输输速速速速度度度度一一一一般般般般低低低低于于于于500Kb/s500Kb/s，对对对对测测测测试试试试速速速速度度度度要求很高的场合不太适用。要求很高的场合不太适用。要求很高的场合不太适用。要求很高的场合不太适用。（3 3）基于）基于）基于）基于VXlVXl总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器具具具具有有有有模模模模块块块块化化化化、系系系系列列列列化化化化、通通通通用用用用化化化化、“即即即即插插插插即即即即用用用用”及及及及VXIVXI仪器的互换性和互操作性。仪器的互换性和互操作性。仪器的互换性和互操作性。仪器的互换性和互操作性。但价格相对较高，适合于高端的测试领域。但价格相对较高，适合于高端的测试领域。但价格相对较高，适合于高端的测试领域。但价格相对较高，适合于高端的测试领域。（4 4）基于）基于）基于）基于PXIPXI总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器兼兼兼兼容容容容PCIPCI总总总总线线线线产产产产品品品品。集集集集CompactPCICompactPCI的的的的高高高高性性性性能能能能和和和和VXIVXI可靠性，性价比最好。可靠性，性价比最好。可靠性，性价比最好。可靠性，性价比最好。6060（1 1 1 1）GPIBGPIBGPIBGPIB仪器（通信接口总线）仪器（通信接口总线）仪器（通信接口总线）仪器（通信接口总线）General Purpose Interface Bus General Purpose Interface Bus19651965年年 惠普公司设计惠普公司设计HP-IBHP-IB19751975年年 HP-IBHP-IB变成变成IEEE-488IEEE-488标准标准19871987年年 IEEE488.2IEEE488.2被采纳被采纳,IEEE 488-1978 IEEE 488-1978变成变成IEEE488.1-1987IEEE488.1-198719901990年年 SCPISCPI规范被引入规范被引入IEEE 488IEEE 488仪器仪器19921992年年 修订修订IEEE 488.2IEEE 488.219931993年年 NINI公司提出公司提出HS488HS4887.2.2 虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器的硬件结构6161屏蔽的屏蔽的2424芯芯GPIBcableGPIBcable及定义及定义GPIBGPIB产品示例产品示例（1 1 1 1）GPIBGPIBGPIBGPIB仪器（通信接口总线）仪器（通信接口总线）仪器（通信接口总线）仪器（通信接口总线）6262NINI的的PCI-GPIBPCI-GPIB卡卡操操 作作 系系 统统：DOS,DOS,Windows2000/9x/NTWindows2000/9x/NT最大最大I/0I/0速度：速度：1.5 Mbytes/s 1.5 Mbytes/s（IEEE488.1)IEEE488.1)7.7 Mbytes/s 7.7 Mbytes/s(HS488)(HS488)尺寸：尺寸：133x107 mm133x107 mmGPIBGPIB产品示例产品示例（1 1 1 1）GPIBGPIBGPIBGPIB仪器（通信接口总线）仪器（通信接口总线）仪器（通信接口总线）仪器（通信接口总线）6363（2 2 2 2）DAQDAQDAQDAQ（Data Acquisition)Data Acquisition)Data Acquisition)Data Acquisition)仪器仪器仪器仪器 DAQDAQ仪仪器器是是以以微微型型计计算算机机为为平平台台，配配以以用用于于测测量量和和测测试试的的数数据据采采集集卡卡（仪仪器器卡卡）及及专专用用软软件件，为为实实现现某些测量和测试功能而构成的通用或专用仪器系统。某些测量和测试功能而构成的通用或专用仪器系统。DAQDAQ仪仪器器设设计计都都是是基基于于某某一一种种总总线线进进行行的的。这这种种总总线线可可以以是是计计算算机机总总线线中中的的内内总总线线如如ISAISA总总线线、PCIPCI总总线线 等等，也也 可可 以以 是是 计计 算算 机机 总总 线线 中中 的的 外外 总总 线线 如如IEEE488IEEE488（GPIBGPIB）、）、RS232CRS232C、USBUSB总线等。总线等。7.2 7.2 虚拟仪器的结构虚拟仪器的结构7.2.2 虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器的硬件结构数据采集功能 模拟输入模拟输入/输出输出数字输入数字输入/输出输出时钟输入时钟输入/输出输出ADCDACcntr/timerdigitalDAQ BoardOnOff1-0（2 2 2 2）DAQDAQDAQDAQ（Data Acquisition)Data Acquisition)Data Acquisition)Data Acquisition)仪器仪器仪器仪器7.2.2 虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器的硬件结构6565 VXIVXI（eXtentions eXtentions for for InstrumentInstrument）总总线线系系统统是是一一种种在在世世界界范范围围内内完完全全开开放放的的、适适用用于于多多厂厂商商的的模模块块化化仪仪器器总总线线系系统统，是是目目前前世世界界上上最最新新的的仪仪器器总总线线系系统统。VXIVXI总总线线把把已已经经经经过过长长期期应应用用考考验验的的VMEVME总总线线扩扩展展应应用用到到仪仪器器领领域域，它它的的先先进进设设计计思思想想体体现现在在作作为为一一个个彻彻底底开开放放的的标标准准，使使用用户户能能以以最短的时间组建具有极高测试吞吐量的系统。最短的时间组建具有极高测试吞吐量的系统。(3)VXI(3)VXI系统系统系统系统7.2.2 虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器