基于LabVIEW的数字电子技术演示中心程序设计.doc

吕梁学院本科毕业论文（设计）

LULIANG UNIVERSITY

分类号：

密 级：

毕业论文（设计）

题 目: 基于LabVIEW的数字电子技术演示中心程序设计

系 别: 物理系
专业年级: 电子信息工程2012级
姓 名:
学 号:
指导教师:

2016年05月15日
摘 要
伴随着近些年高校招生规模的扩大，在校的人数急剧扩张，传统的高等工科院校的实验教学设施和规模越来越不能满足实验教学的要求。而当今社会的用人企业对学生的动手能力的要求也越来越高，所以必然要求有新的技术和设备来代替传统的实验设备。虚拟实验教学便是在这种情况下发展起来的。由于近年来数字电子技术的高速发展为人们的文化、物质生活提供了优越的条件，电子技术的教学越来越为我们提出了更高的要求。到目前为止，数字电子技术课程的教学，普遍有两种方式：一、直接的理论课堂教学，二、动手实验实践教学。相对而言，两者都各具特色，也都相互促进。但是理论教学总是比不上实践的趣味性和易接受性。虽然，课堂教学也都使用多媒体教学，比如演示动画、视频等。有些高校课堂进一步针对性的运用一些电子仿真软件，如Stimuli、Protel99SE。但是总不能很好地适应课堂教学背景条件下的需要。更好地促进数字电子技术的教学，满足课堂教学的生动性和知识的易懂性，同时也帮助学生理解理论知识，数字电子技术演示中心程序设计软件由此而生。
本课题设计是基于Lab View软件的应用与开发，主要利用数字电子技术、模拟电子技术、电路基础等专业技术，研究数字电路技术科目。并用Lab View软件仿真一些难以在课堂上演示的数字电路基础、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路以及模数数模转换等的所有功能。总而言之，用该软件设计，既方便使用又能灵活实现其仿真。其次数字电子技术演示中心是基于数字电子技术这一门课程的教学演示软件，它比较完整地包含了数字电子技术中相关的教学内容，主要演示的内容如上所述，可辅助老师在数字电子技术课堂教学时生动地演示及有针对性地启迪学生对演示的内容和课堂理论的理解。
最后，针对本课题的研究目标与内容及研究方案，做了大量的文献调查和统计。随着电子技术的高速发展，该课题还有很大的研究空间。
关键词：Lab View软件；数字电路基础；组合逻辑电路；时序逻辑电路；模数数模转换

Abstract

With the expansion of college enrollment in recent years, the rapid expansion of the number of people in the school, the traditional experimental teaching facilities and scale of higher engineering colleges and universities can not meet the requirements of the experimental teaching. In today's society, the students' ability to practice ability is also getting higher and higher, so it is necessary to have new technology and equipment to replace the traditional test equipment. The virtual experiment teaching is developed in this situation. Because of the rapid development of digital electronic technology in recent years, people's culture, material life provides a superior condition, the teaching of electronic technology is more and more we put forward higher requirements. So far, the teaching of digital electronic technology courses, there are two ways: first, the direct theory of classroom teaching, two, hands-on practice teaching. Relatively speaking, both have their own characteristics, but also to promote each other. But the theoretical teaching is always less interesting and easy to accept. Although the classroom teaching also uses the multimedia teaching, for instance demonstrates the animation, the video and so on. Some colleges and universities to further the use of some of the electronic simulation software, such as Stimuli, Protel99SE. But the total can not be well adapted to the needs of classroom teaching background. To better promote the teaching of digital electronic technology, meet classroom teaching lively and easy to understand, but also help students to understand the theory of knowledge, digital electronic technology demonstration center program design software from this and unripe.
This topic design is based on the application and development of Lab View software, mainly uses the digital electronic technology, the analog electronic technology, the circuit foundation and so on specialized technology, studies the digital circuit technology subject. And using Lab View software to simulate some difficult to demonstrate in the class of digital circuits, conversational logic circuits, flip flops, sequential logic circuits and analog digital analog conversion and other functions. All in all, with the software design, it is convenient to use and flexible to achieve its simulation. Secondly, digital electronic technology demonstration center is based on the digital electronic technology course teaching demonstration software. It completely contains the digital electronic technology in the teaching content, mainly demonstrates the content mentioned above, teachers assisted in digital electronic technology classroom teaching hours vivid presentation and to enlighten students of the presentation of the content and the classroom theory understanding.
Finally, according to the research objectives and content of the topic and research program, a lot of literature survey and statistics are made. With the rapid development of electronic technology, the subject has a lot of research space.
Key words: Lab View software; Digital Circuit Foundation; conversational logic circuit; sequential logic circuit; analog digital analog converter

目 录

第一章 绪 论 - 3 -
1.1 课题的来源及研究意义 - 3 -
1.2 国内外的研究现状 - 4 -
1.3 研究目标与内容 - 6 -
1.4 研究方案 - 6 -
第 2 章 基于LabVIEW的数字电子技术演示中心的程序平台设计 - 8 -
2.1 数字电子技术演示中心程序平台设计介绍 - 8 -
2.2 数字电路基础 - 8 -
2.3 逻辑门电路 - 9 -
2.4 组合逻辑电路 - 12 -
2.4.1 编码器与译码器 - 12 -
2.4.2 算术运算 - 16 -
2.5 锁存器与触发器 - 17 -
2.5.1 SR触发器与D触发器 - 17 -
第3章 总结 - 18 -
附录 - 19 -
参考文献 - 21 -
致谢 - 23 -

中北大学信息商务学院2009届本科毕业设计说明书
第一章 绪 论
实验是理工科院校必不可少的教学项目，随着高校的扩招与统招，大学生人数已经越来越多，高等教育几乎已经普及化了，理工科的高等院校所购买的传统实验教学设备几乎已经不能满足实验教学的要求，尤其对于高等院校来讲，实验教学起着非常重要的作用。在高等理工科院校的教学实践活动中，许多学科的教学项目是和实验密切相关且不可分离的，特别是一些实践性较强的学科，比如电子类的学科的教学科目中，许多的理论是需要通过实验来加以验证的。然而，近几年伴随着各个理工科院校纷纷扩招和统招的学生人数不断地增加，实验室的设备和规模都不足以满足学生做实验的需要，况且由于高等理工科院校资金的相对匮乏，就使得高等理工科院校的实验室很难再大量地购买理工科实验室所需要的实验仪器。另外，有些高等理工科院校认为有许多的实验可有可无，还不如省上一些资金，把节省下来的资金投入到其他科研项目中去，这些现象频繁地出现在电工类学科的实验教学上。还有就是电类学科的一些实验相对来说比较简单，可做可不做，处于这样一种情况，这些学校都不愿意购买传统的实验仪器来提供教学，这就导致一些实验现象只能是通过老师亲自在课堂上来描绘实验现象，来使学生加深自己的印象，这样的话学生就关于这方面的实验很少能有自己动手的机会。但是在传统的实验教学上，学生基本上都是以小组为单位做实验，每个小组只能分配唯一需要的仪器设备，这样的话每个学生就不能充分利用时间熟悉和掌握仪器的使用方法，导致的结果就是学生的积极性和主动性不高，创新精神和创新意识得不到培养和发展，实践的动手能力也就得不到提高。
再者说由于电子信息技术、计算机科学技术和网络技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、新的调试方法、新的测试领域以及新的仪器结构大量的出现，电子测量仪器的功能和作用已经发生质的改变，其中计算机处于核心地位，计算机软件技术和测量系统更紧密的结合成一个有机整体，随之就导致仪器的概念、结构和设计方案等也发生突破性的变化。在上述的背景下，出现了新的仪器概念—虚拟仪器[1]。因此也就鉴于传统实验室面临的困境，虚拟仪器实验教学系统由此而生。
目前社会上所需要的电子信息工程专业学员应具有协调能力、协作精神、工程项目技能，以便适应工作中对各种电子器件和电类设备进行检测与维修的要求。但由于专业学员人数多、学校实验室设备又有限、学校经费又少等因素，实验所要求达到的效果并不理想，专业学员仅仅按部就班的操作实验仪器，并不能实现自身素质的提高。因此出现了虚拟仪器，它开发结构简单、操作简单方便、价钱便宜。与时俱进地开发出虚拟仪器实验教学系统进行实验教学，以期达到培养学生的动手实践能力和创新精神意识的目标。
近三十年来，虚拟仪器技术在学科教学方面的应用也得到了迅猛的发展，相关类似的研究成果也在不断的涌现，技术也己日趋成熟，教师通过在课堂现场编程构建需要的虚拟仪器也己经成为可能，我们因此可以预见，在不久的将来，随着虚拟仪器技术的发展，虚拟仪器实验教学终将成为高等理工科院校实验教学和远程教育的重要辅助手段。
1.1 课题的来源及研究意义
电子信息技术的迅速发展，尤其是近些年来数字电子逻辑电路技术的高速发展，为人们的物质生活提供了优越的条件，数字电子逻辑电路技术的教学也越来越为我们提出更高的要求。目前数字电子逻辑电路技术课程的教学，大体有两种方式：一、最直接的理论课堂教学；二、动手实验实践教学。相对而言两者各具特色，也互相促进。但是理论教学总是比不上实践的趣味性及易接受性。虽然课堂教学也使用多媒体课件辅助，例如用Stimuli、Proteus等演示动画、视频等，但是总不是能很好地适应课堂教学背景条件下的需要。为了更好促进数字电子逻辑电路技术的教学，满足课堂教学的生动性和知识的易懂性的特点,同时帮助学生理解理论知识，数字电子逻辑电路技术演示中心软件由此而出现。
随着教学仪器的发展和高等理工科院校新时期实验教学所面临的新要求，虚拟仪器及技术作为未来学术教学科研的重要方法和手段，特别是在高等理工科院校其应用前景非常广阔。如果将虚拟仪器系统引入实验教学，有如下几个意义：
（1）由于虚拟仪器的硬件是通过微型计算机为基础的，我国普通高等院校的实验室一般都拥有相当数量的通用计算机，只要购买一定的仪器模板以及相应的软件，就可以构成足够数量的虚拟仪器供学生使用，可以节约大量仪器设备的经费投入。
（2）用虚拟仪器开发平台如Lab View开发相关功能硬件的“虚拟仪器”不但简单易行，且交互性、可操作性和真实感与实际仪器基本相同。由它们组成一个虚拟实验室，让学生先在虚拟实验室通过对“虚拟仪器”的模拟操作使用，全面了解和掌握各种虚拟仪器的使用方法和操作要点，为实际使用虚拟仪器设备和传统的实验仪器设备打下较好的基础，既可降低教师的劳动强度，减少仪器设备的损坏，又可以提高实验教学质量与效果[4]。
（3）虚拟仪器在实验教学中最简单的应用就是代替常规的仪器，如函数发生器、示波器、万用表等。比如实验者在实验中采用虚拟仪器，实现信号发生及波形记录，可取得较好的结果。用计算机虚拟出的函数发生器产生实验所需的激励信号，其波形、频率、幅值等完全能代替常规的仪器使用[5]。
（4）在同一台计算机上，通过操作者的不同的定义，可以虚拟出不同的仪器，各仪器之间还可以通过不同的窗口进行切换，因此实验室无需配备各种传统仪器，可以通过软件设计使虚拟仪器和实验设备不断更新。学生在计算机上操作各种虚拟仪器进行实验，就如同是在操作传统仪器一样有效，与在真实实验室的现场实验做出的实验结果是一样的。这样，使用基于虚拟仪器系统的虚拟实验来代替实际现场实验，能很好地解决实验教学的矛盾，而且又符合现代测试技术和实验技术的发展方向。
（5）将虚拟仪器技术和计算机模拟仿真技术通过数据交换共享结合起来建成虚拟仿真实验室，对一些科学现象和规律进行仿真实验，能够代替部分实际实验项目供教师和学生进行教学与研究[5]。学生利用计算机模拟仿真软件和虚拟均具有人机交互能力，这样在这个虚拟的交互式仿真世界，给人创造一种近乎进行真实实验的感觉。
1.2 国内外的研究现状
虚拟实验室最早在1989年由美国的William Wolf教授提出，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。美国国家研究委员会的定乂为：虚拟实验室是一个无墙的中心————研究人员能在其中从事科学研究和工程设计，不必顾及地理位置的限制，实现同行间、同事间的互动，共享仪器、设备、数据、计算资源以及数字图书馆的信息等。进入21世纪，科技的迅猛发展，与虚拟仪器相关的其他技术如仪器技术和软件技术取得了重大突破，这些技术的突破带动着虚拟仪器技术的研究飞速发展。目前，国内外的很多高等院校对虚拟仪器展开了相关的研究。
近年来，由于网络技术的快速发展，国外通过互联网来构建虚拟实验室己较为普遍，Betrayer等人以Lab View软件作为平台，利用相关的技术，建立了一个实时远程访问的虚拟实验室，学生做实验时可以不受时间和地点的限制，只需一台与该实验室系统网络连的计算机，便可通过局域网进行相关实验。
1986年美国国家仪器公司设计的Lab View是一种图像化编程环境，实现了虚拟仪器的概念。1987年第一台开发成功以后，相继加入了研发队伍，例如有HP和PC公司，其中以NI公司为代表，他开发了虚拟仪器所需的各种硬件产品, 包括各种数据采集卡、各种GPIB、VXI仪器控制产品等。还为不同层次的用户提供简单方便的虚拟软件开发平台，如Lab View、Lab Windows/PC。
虚拟仪器技术目前在国外发展很快，美国的B&B公司在NI公司的Lab View和PXI/SC-XI基础上开发了车内测试系统(IVDAS)。IVDAS的性能优越性源于使用PXI和SCXI所带来的灵活性和可升级性。近年来，各大虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件，本论文是基Lab View开发软件而设计完成的。当今虚拟仪器系统开发采用的总线包括传统的RS232串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线、PCI总线、PXI总线，以及己经被PC机广泛采用的USB通用串行总线和1394总线(即Fire，也叫做火线)。特别是美国NI公司，为使虚拟仪器能够适应上述各种总线的配置，开发了大量的软件以及适应要求的硬件(插件)，可以灵活地组建不同复杂程度的虚拟仪器自动测试系统。
在国内，华中科技大学、北方交通大学等将自己研制的虚拟仪器用于教学实践， 收到了良好的效果，湖南师范大学物理与信息科学学院购买了虚拟仪器，并将虚拟仪器公布于自己相关实验网站上，学生只要输入自己的学号和密码就可以在网上做相关的实验，提高了学生参与实验的机会。国内许多高等院校也都在积极地开展虚拟仪器的研究和开发。其中，唐山大学基于Compactor/PXI研制的锅炉供热自动控制系统，成功地应用在唐山市热力总公司项目上。清华大学基于Compactor/PXI技术建设的实验室热工水利学测控平台，成功研制了先进的热工测量技术和热工仿真技术，完成了海水淡化等重要课题研究。重庆大学开发了虚拟实时噪声倍频程分析仪，实现了对噪声总声压级、各种计权声压级以及相应倍频程的实时测量和分析。国防科技大学进行了虚拟数字示波器的设计研究，其结果与HP公司的双通道台式数字存储示波器HP546O3B相比增加了频域分析功能，充分利用计算机的存储与外设连接的能力，测量结果和波形直接打印输出[6]；另外，还开发了基于虚拟仪器的RailSAR测控系统，RailSAR轨道合成孔径雷达是一套非常复杂的成像雷达系统，也是一个自动化程度很高的测量系统。
陈春朝等人将虚拟仪器引入到测试技术这门课程中，通过几个实例，研究了基于LabVIEW的虚拟仪器技术在现代教学中的实用性，取得了一定的成果。何亚农等人利用LabVIEW软件平台，将构建的虚拟仪器应用到凸轮检测机构、机构运动分析、机械零件几何量测量等机械基础的综合实验中，取得了很好的效果。严正国等人将LabVIEW软件应用到数字信号处理教学中，并通过对飞机导``航系统的模拟仿真，证明了以LabVIEW为平台的虚拟实验教学方法能够有效的提高教学质量。也国垄等人使用虚拟仪器代替了传统的电子技术基础实验中的传统测试仪器，在LabVIEW软件平台上，利用NI数据采集卡设计了包括频率计、毫伏表等功能虚拟示波器。林顺英在虚拟软件LabVIEW平台上，以传递函数为基础，研究了在单位阶跃信号下，二阶系统的动态性能。KinYeung等人研究了如何幵发远程接入控制系统，并通过一个直流电机控制实验说明了该设计方法。张窥、张春仙研究了构建网络虚拟实验室的技术，并在此基础上详细地讨论了建立该实验室的几种技术方法，即ActiveX、VRML、java、ASP和交互式Flash技术。
随着电脑技术，仪器技术和网络技术的不断发展虚拟仪器将向三个方向发展，下面分别简绍这三个方向。
(1)外挂式虚拟仪器
PC-DAQ式虚拟仪器是现在比较流行的仪器系统，但是，由于基于PCI的虚拟仪器在插入DAQ时需要打开机箱等，比较麻烦，而且主机上的PCI插槽有限和测试信号直接接入电脑，各种现场的被测信号对电脑的安全造成很大的威胁，同时，电脑内部的强电磁干扰对被测信号有极大的干扰，故以USB为介面方式的外挂式虚拟系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流[7]。
(2)PXI高精度虚拟仪器测试系统
PXI系统高度的可扩展和良好的兼容性，以及比VXI更高的性价比，将成为未来大型高度集集成测试系统的主流。
(3)网络化虚拟仪器
尽管internet技术最初没有如何将嵌入式智慧型仪器连接在一起，不过NI公司以开发了通过Web浏览器测量这些嵌入式仪器设备产品，使人们可以通过internet操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性，我们将能够方便的将虚拟仪器组成电脑网络。通过利用将分散在不同地理位置的测试设备连接在仪器，使昂贵的硬件设备和软体在网路上得以共用，减少了设备的重复投资。现在，有关MCN (Meas-urementand Contorol Networks)方面正在积极的研究，并取得了一定的进展。由此可见，网路化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。
1.3 研究目标与内容
本文针对目前高等理工科院校实验教学的现状，提出将虚拟仪器代替传统仪器应用于实验教学，弥补传统仪器的不足。本课题是在LabVIEW平台上设计数字电路基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、数模模数转换，这些仪器基本构成一个数字电子技术逻辑设计实验教学系统。
数字电子技术演示中心，简称数电演示中心。数电演示中心是基于数字电子技术这一门课程的教学演示软件，它比较完整地包含了数字电子技术中相关的教学内容，主要演示的内容分为四个章节（概述部分除外），可辅助老师在数字电子技术课堂教学时生动地演示及有针对性地启迪学生对演示内容和课本中理论的理解。
首先对虚拟仪器的概念、特点及功能做个简单介绍，以及虚拟仪器的发展前景，并介绍虚拟仪器在实验教学中的运用；然后介绍虚拟仪器编程语言LabVIEW；接下来逐个重点介绍构成数字电子技术逻辑设计实验教学系统的每个仪器，即门电路实验、组合逻辑电路、时序逻辑电路、数模模数转换等；最后写可行性分析以及总结。
1.4 研究方案
1、 针对不同要求的程序采用不同的算法结构——算法多样性。算法汇总：主从循环结构（采用事件同步技术）、事件驱动型队列状态机结构、生产者-消费者结构、标准状态机、事件循环结构。
2、 每个算法结构都有较详细的说明——程序的可读性。便于理解算法实现的思想，易读性较强。
3、 每个子程序包含错误捕获或错误处理——程序错误处理的合理性。
4、 对常用的程序片段进行子VI模块化，且每个子ＶＩ都含有一个有意义的图标和较详细的附加描述；子ＶＩ的端子连线合理，错误簇分配到左下方和右端，每个端子布局合理。
5、 使用移位寄存器避免产生数组与快速传递数据和合理地在循环结构中使用定时器，节省内存和ＣＰＵ开销。
6、 程序段的界面设计一致性强，都采用Ｏｆｆｉｃｅ２００７的经典蓝色界面，演示界面控件布局合理且每个控件都附有说明信息，便于用户操作。
7、 自定义控件设计合理，如演示中心的中心界面上的八个布尔按键。
8、 界面设计工具主要采用Office PowerPoint 2007，后台采用Lab view，界面设计的效果好并且易于设计程序界面，所见即所得。
9、 系统的思想贯穿于整个程序的设计的过程。
10、 程序运行时，98%以上的按键都可以通过快捷键操作，不同界面快捷键的设计相一致统一（除部分按键相冲突未设置快捷键，但所有按键都可以通过Tab键相应选择），方便用户使用。

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第二章 虚拟仪器技术
2.1 虚拟仪器的基本概念及其功能特点
2.1.1 虚拟仪器的基本概念
虚拟仪器是充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。虚拟仪器不但功能多样、测试准确，而且界面友好、操作简易，与其它设备集成方便灵活[6]。
虚拟仪器是在通用计算机上加上一组软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式。给用户一个充分发挥自己才能、想象力的空间。用户可以根据自己的要求，设计自己的仪器系统，满足多样的应用需求，即“软件即仪器”。
虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等[7]。其中，硬件接口模块可以包括插入式数据采集卡（DAQ卡）、串/并口、IEEE488接口（GPIB）卡、VXI控制器以及其他接口卡。目前较为常用的虚拟仪器系统是GPIB仪器控制系统、VXI仪器系统、PXI仪器系统、串行口仪器系统、数据采集卡系统、以及这五者之间的任意组合[8]。
2.1.2 虚拟仪器的功能
虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器面板，完成对仪器的控制，数据分析与显示，代替传统仪器，改变传统仪器的使用方法，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器价格，使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能。虚拟仪器广泛应用于电子测量、电力工程、矿物勘探、医疗、振动分析、升学分析、故障诊断及教学科研等诸多领域。虚拟仪器最常见的应用是取代传统的台式仪器。随着插入式数据采集速率的提高和触发技术的改进，插入式数据采集板技术使台式仪器获得了新生。在虚拟仪器所取代的仪器中，最常见的是示波器。通过利用虚拟仪器开发软件编制出的虚拟仪器程序，用户可以调整数据采集板的动作，使软件就像一台示波器一样显示出输出波形，同时虚拟示波器还可以进行许多分析工作。例如NI公司Virtual Bench软件具备许多仪器的功能，它可以把插入式数据采集板变成示波器和动态信号分析仪[9]。
2.1.3 虚拟仪器的特点

现代化生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高，而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。虚拟仪器正可以实现这些要求。与传统仪器相比，虚拟仪器具有如下优点：
（1）传统仪器功能由仪器厂商定义，虚拟仪器功能由用户自己定义；
（2）传统仪器与其它仪器设备连接十分有限，虚拟仪器可方便地与网络外设及多种仪器连接；
（3）传统仪器图形界面小，人工读取数据，信息量小，虚拟仪器界面图形化，计算机直接读取数据并分析处理；
（4）传统仪器数据无法编辑，虚拟仪器数据可编辑、存储、打印；
（5）虚拟仪器价格低廉，仅是传统仪器的五至十分之一；
（6）传统仪器系统封闭、功能固定、可扩展性差。虚拟仪器实际上基于计算机技术开放的功能模块，通过编程可构成多种仪器技术；
（7）传统仪器开发和维护费用高，虚拟仪器基于软件体系的结构可大大节省开发费用。
表1虚拟仪器与传统仪器比较
指标
虚拟仪器
传统仪器
基本功能
功能主要由软件决定，用户可以自己定义
功能由硬件决定，不易改变
数据分析处理功能
存储、分析、处理能力强
弱（或无）
功能的扩展性
易于扩展，容易升级
不易扩展，难以升级
易用性
数据显示多样化，交互好，能进行自适应测量和监控
显示方式少，交互差（或无），难以进行自适应测量和监控
测量精度
取决于不同的硬件模块
取决于仪器本身
价格
单台价格高，适合组建系统
单台价格低，组件系统成本高
2.2 虚拟仪器开发平台LabVIEW介绍
在构建虚拟仪器系统所需要的硬件平台确定之后，就需要通过软件来实现需要达到的各种功能。软件是虚拟仪器的关键，NI公司提出“软件就是仪器[2]”的概念直接导致虚拟仪器的产生，充分体现了这一点。虚拟仪器技术的发展和应用就是源于NI公司的虚拟仪器开发环境LabVIEW。NI公司开发的软件平台己经成为了虚拟仪器软件技术事实上的标准。
2.2.1 LabVIEW的概述
LabVIEW是虚拟仪器集成环境的简称，是目前应用最广、发展最快、功能最强大的图形化软件开发集成环境。LABVIEW本身是功能较完整的软件开发环境，它是作为替代常规的Basic或C语言而设计的。用方框图代替了传统的程序代码。作为编写应用程序的语言，除了编程方式不同外，LabVIEW具备编程语言的所有特征，因此被称为G(Graphical)语言。LabVIEW所运用的设备图标与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。用LabVIEW设计的虚拟仪器可以脱离LabIEW开发环境，最终呈现在用户面前的是和实际的硬件仪器相似的操作面板。
LabVIEW是一个开放式的虚拟仪器开发系统应用软件，它为设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境。利用它设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统或数据采集系统，并任意构造自己的仪器面板，而无需进行任何繁琐的计算机程序代码的编写，从而可以大大简化程序的设计。
LabVIEW包含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的功能库和开发工具库。LabVIEW的程序设计实质上就是设计单个的虚拟仪器，即“VIS”。在计算机显示屏幕上利用功能库和开发工具库操作一个前面板(front panel)；在后台则利用图形化编程语言编制用于控制前面板的程序。程序的前面板具有与传统仪器类似的界面，可接受用户的鼠标指令。一般来说，每一个VI都可以作为其它VI的调用对象，其功能类似于文本语言的子程序。
LabVIEW的运行机制就宏观上讲已经不再是传统上的冯.诺依曼计算机体系结构的执行方式。传统的计算机语言(如C语言)中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替。从本质上讲，它是一种带有图形控制结构的数据流模式，这种方式确保程序中的节点只有在获得它的全部数据后才能执行。数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能执行；而目标的输出，只有当它的功能完全时才是有效的。即在这种数据流程序的概念中，程序的执行是数据驱动的，它不受操作系统、计算机等因素的影响，LabVIEW程序是数据流驱动的。这样，LabVIEW中被连接的方框图之间的数据流控制程序的执行次序，而不像文本程序受到行顺序执行的约束。从而可以通过相互连接功能方框图快速简洁地开发应用程序，甚至还可以有多个数据通道同步运行[17]。
LabVIEW的核心是VI。VI有一个人机交互界面——前面板(front panel)和类似于源代码功能的方框图(diagram)。在VI的前面板中，控件(contro1s)模拟了仪器的输入装置并把数据提供给VI的方框图；而指示器(indicators)则模拟了仪器的输出装置并显示由方框图获得或产生的数据。一个VI可以由底层的多个VI组成，就像真实仪器由印刷电路板组成，而印刷电路板又由IC、分立元件组成一样。底层的VI代表了最基本的计算，I/O操作与界面设计功能，各层VI都有相同的结构形式。虚拟仪器模型、图形界面和结构化数据流程图编程是LabVIEW三大核心技术。
2.2.2 LabVIEW的特点
与传统程序语言不同，LabVIEW采用强大的图形化语言（G语言）编程，面向测试工程师而非专业程序员，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。LabVIEW的强大功能归因于它的层次化结构，用户可以把创建的VI程序当作子程序调用，以创建更复杂的程序，而这种调用的层次是没有限制的。LabVIEW这种创建和调用的子程序的方法，使创建的程序结构模块化，更易于调试、理解和维护。LabVIEW具有以下几个主要特点[18]：
（1）提供大量的仪器面板中的控制对象，如各种开关、表头、旋钮、图表、刻度杆、指示灯等，而且用户可以方便地设计库中没有的仪器。
（2）使用图标表示功能模块，使用连线表示各模块之间的数据传递，使用数据流程图式的语言书写程序源代码，这样使得编程过程与思维过程非常相近。
（3）提供程序调试功能。可以在源代码中设置断点，单步执行源代码，连线上设置探针，观察程序运行过程中数据流的变化，可以直观地对程序进行动态调试并实时地记录调试结果。
（4）采用编译方式运行32位应用程序，运行速度快。应用程序生成器可以将LABVIEW编写的文件转化为可在Windows下独立执行的软件包，保护应用程序不被修改，也增强了程序运行的灵活性。
（5）提供了大量的函数库供用户直接调用。除包括基本的数学函数、字符串处理函数、数组运算函数和文件I/O函数外，还有高级分析函数库、工具箱库，综合时频分析控制箱，仪器驱动函数库，提供了包含500多种、40多个仪器厂家制造的硬件驱动程序。
（6）提供动态链接库接口和外部代码接口节点，使用户能在它的平台上使用其它软件平台编译的模块。能调用C、BASIC语言程序。支持Active技术，可以直接使用VB、VC生成的控件，可以在控件和程序之间交换数据。
（7）支持TCP/IP协议，可以通过Internet调用远程机上的LabVIEW程序。使用LabVIEW的VI Server可以实现远程网络监控。
2.2.3 LabVIEW开发虚拟仪器
在虚拟仪器总线标准确定后，配置适当的I/O接口硬件，即可用LabVIEW开发虚拟仪器。开发虚拟仪器的一般