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(4)基于串行口或其它工业标准总线的系统：将带有RS-232总线 接口的仪器作为I/O接口设备通过RS-232串口总线与PC计算机 组成虚拟仪器系统，目前仍然是虚拟仪器的构成方式之一。 当今，PC计算机已更多地采用了USB总线和IEEE1394总线。
虚拟仪器技术的四大优势
性能高 虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全 “继承”了以PC技术为主导的最新商业技术的优点，计算 机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。
行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳 动。
第四代仪器：虚拟仪器：虚拟仪器是现代计算机技术
和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革， 是将来仪器发展的一个重要方向。
5
虚拟仪器的定义
所谓的虚拟仪器，就是在以通用计 算机为核心的硬件平台上，由用户 设计定义，具有虚拟面板，测试功 能由测试软件实现的一种计算机仪 器系统。
快（周期1~2年）
开发维护
开发维护费用高
软件结构，节省费用
虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可 分为五种类型：
1、PCI总线——插卡型虚拟仪器 2、并行口式虚拟仪器 3、GPIB总线方式的虚拟仪器 4、VXI总线方式虚拟仪器 5、PXI总线方式虚拟仪器
12
虚拟仪器的硬件构成方案
(1)基于数据采集的虚拟仪器系统 ：借助于插入计算机内的数据 采集卡与专用的软件如LabVIEW(或LabWindows/CVI)，将模拟、 数字信号采集到计算机进行分析、处理、显示等，并可通过 输出实现反馈控制。
“虚拟”的含义 虚拟的仪器面板 由软件实现仪器的测量功能（软件 就是仪器） 。
虚拟仪器结构图
虚拟仪器概念图
7
软件即是仪器
这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。
从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I／O部件来构建虚拟仪 器。I/O部件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传 感器。
扩展性强 只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极 少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。
开发时间少 方便操作，并提供灵活性和高的开发效率，以较少的成本 加速产品上市的时间。
无缝集成 为I/O设备提供标准的接口，可轻松将多个测量设备集成到 单个系统，减少了任务的复杂性。
虚拟仪器技术应用领域
——应用软件（比如：上面所说的媒体播放软件） 应用软件是指：能够操作、控制PC硬件，实现“虚拟仪器”功能的各种应
用软件包。 ——能够实现虚拟仪器功能的硬件（比如：上面所说的声卡）
能够实现虚拟仪器功能的硬件是指：一些可实现仪器功能的特殊硬件模块 （包括驱动软件在内）。
虚拟仪器实例
传统仪器与虚拟仪器比较
NI所拥有的虚拟仪器产品包括软件产品（如LabVIEW）、GPIB产品、 数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、DSP产品和VXI控制产 品等。
虚拟仪器的核心－－软件算法代替硬件电路；
虚拟仪器=总线模块＋算法
虚拟仪器构成的三要素
——商业化的PC及操作系统（比如：上面所说的PC机与操作系统） 商业化的PC是指：主流的品牌机或性能较好的组装机、笔记本电脑 操作系统是指：Windows、Linux、Mac OS等。
LabVIEW 程序被称为“虚拟仪器”或简称为VI(Virtual Instruments)。 LabVIEW 不同于基于文本的编程语言（如Java、VB和C），它是一 种图形化编程语言(Graphical Programming Language)——通常称为G 语言。LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序 是框图的形式。 LabVIEW软件是NI设计平台的核心，也是开发测量 或控制系统的理想选择。
测试和测量 声学测试 ATE 自动光学检验(AOI) 汽车测试 生物医学研究 校准 电子测试 光纤校准 光学度量和测定 研发 半导体测试 电讯通信测试 振动测试
工业自动化 工厂自动化 HMI 实验室自动化 机械控制 机器视觉 石油和天然气处理 制药生产 工业机器人 过程自动化 SCADA 统计流程控制 晶片传送手臂 ………….
虚拟仪器
1
目录
仪器的发展 虚拟仪器 Labview
2
仪器技术革命
第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引起 的，使仪器形态进入了数字化仪器时代； 第二次仪器革命是由于微处理器的大量应用引起 的，使仪器形态进入了智能仪器时代； 第三次仪器革命，由通用计算机软硬件技术的进 步引起，使仪器形态进入第四个时期：
(2) 基 于 通 用 接 口 总 线 GPIB 接 口 的 仪 器 系 统 ： 利 用 GPIB (General Purpose Interface Bus)技术，由计算机实现对仪 器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，排除人为因素 造成的测试测量误差。
(3) 利 用 VXI 总 线 仪 器 实 现 虚 拟 仪 器 系 统 ： VXI(VMEbus Extension for Instrumentation)总线是一种高速计算机总 线VME在仪器领域的扩展。由于其标准开放、传输速率高、数 据吞吐能力强、定时和同步精确、模块化设计、结构紧凑、 使用方便灵活，已越来越受到重视。它便于组织大规模、集 成化系统，是仪器发展的一个方向。
虚拟仪器技术的发展必将会影响工业控制、测量等领域技术的发展。虚拟仪 器的高性能、高扩展性、完美集成及价格低廉的特性将会使其替代一部分传统 仪器，并将在企业的产品研发与测试中起着更重要的作用，也将成为促进各行 业技术发展的重要因素。由此，虚拟仪器技术的发展与应用势在必行。
LabVIEW 环境
LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments, NI）创立的 一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具。
虚拟仪器时代。
仪器的发展历史
第一代仪器：模拟仪器：如指针式万用表，它们的基本
特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。
第二代仪器：数字化仪器：数字化仪器目前相当普及，
如数字电压表、频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化 为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。
第三代仪器：智能仪器：智能仪器内置微处理器，能进
ห้องสมุดไป่ตู้
传统仪器
虚拟仪器
仪器定义 功能设定 关键环节 开放性 性能价格比
厂家
用户
功能特定，与其它设备 连接受到限制。
面向应用的系统结构，可方 便地与网络设备、外设和其 它设备连接。
硬件
软件
封闭式系统，功能固定， 基于计算机技术的开放式系
不能改变。
统，灵活的软件功能模块。
低
高，可重复使用。
技术更新速度 慢（周期5~10年）
虚拟仪器技术的四大优势
性能高 虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全 “继承”了以PC技术为主导的最新商业技术的优点，计算 机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。
行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳 动。
第四代仪器：虚拟仪器：虚拟仪器是现代计算机技术
和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革， 是将来仪器发展的一个重要方向。
5
虚拟仪器的定义
所谓的虚拟仪器，就是在以通用计 算机为核心的硬件平台上，由用户 设计定义，具有虚拟面板，测试功 能由测试软件实现的一种计算机仪 器系统。
快（周期1~2年）
开发维护
开发维护费用高
软件结构，节省费用
虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可 分为五种类型：
1、PCI总线——插卡型虚拟仪器 2、并行口式虚拟仪器 3、GPIB总线方式的虚拟仪器 4、VXI总线方式虚拟仪器 5、PXI总线方式虚拟仪器
12
虚拟仪器的硬件构成方案
(1)基于数据采集的虚拟仪器系统 ：借助于插入计算机内的数据 采集卡与专用的软件如LabVIEW(或LabWindows/CVI)，将模拟、 数字信号采集到计算机进行分析、处理、显示等，并可通过 输出实现反馈控制。
“虚拟”的含义 虚拟的仪器面板 由软件实现仪器的测量功能（软件 就是仪器） 。
虚拟仪器结构图
虚拟仪器概念图
7
软件即是仪器
这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。
从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I／O部件来构建虚拟仪 器。I/O部件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传 感器。
扩展性强 只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极 少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。
开发时间少 方便操作，并提供灵活性和高的开发效率，以较少的成本 加速产品上市的时间。
无缝集成 为I/O设备提供标准的接口，可轻松将多个测量设备集成到 单个系统，减少了任务的复杂性。
虚拟仪器技术应用领域
——应用软件（比如：上面所说的媒体播放软件） 应用软件是指：能够操作、控制PC硬件，实现“虚拟仪器”功能的各种应
用软件包。 ——能够实现虚拟仪器功能的硬件（比如：上面所说的声卡）
能够实现虚拟仪器功能的硬件是指：一些可实现仪器功能的特殊硬件模块 （包括驱动软件在内）。
虚拟仪器实例
传统仪器与虚拟仪器比较
NI所拥有的虚拟仪器产品包括软件产品（如LabVIEW）、GPIB产品、 数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、DSP产品和VXI控制产 品等。
虚拟仪器的核心－－软件算法代替硬件电路；
虚拟仪器=总线模块＋算法
虚拟仪器构成的三要素
——商业化的PC及操作系统（比如：上面所说的PC机与操作系统） 商业化的PC是指：主流的品牌机或性能较好的组装机、笔记本电脑 操作系统是指：Windows、Linux、Mac OS等。
LabVIEW 程序被称为“虚拟仪器”或简称为VI(Virtual Instruments)。 LabVIEW 不同于基于文本的编程语言（如Java、VB和C），它是一 种图形化编程语言(Graphical Programming Language)——通常称为G 语言。LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序 是框图的形式。 LabVIEW软件是NI设计平台的核心，也是开发测量 或控制系统的理想选择。
测试和测量 声学测试 ATE 自动光学检验(AOI) 汽车测试 生物医学研究 校准 电子测试 光纤校准 光学度量和测定 研发 半导体测试 电讯通信测试 振动测试
工业自动化 工厂自动化 HMI 实验室自动化 机械控制 机器视觉 石油和天然气处理 制药生产 工业机器人 过程自动化 SCADA 统计流程控制 晶片传送手臂 ………….
虚拟仪器
1
目录
仪器的发展 虚拟仪器 Labview
2
仪器技术革命
第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引起 的，使仪器形态进入了数字化仪器时代； 第二次仪器革命是由于微处理器的大量应用引起 的，使仪器形态进入了智能仪器时代； 第三次仪器革命，由通用计算机软硬件技术的进 步引起，使仪器形态进入第四个时期：
(2) 基 于 通 用 接 口 总 线 GPIB 接 口 的 仪 器 系 统 ： 利 用 GPIB (General Purpose Interface Bus)技术，由计算机实现对仪 器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，排除人为因素 造成的测试测量误差。
(3) 利 用 VXI 总 线 仪 器 实 现 虚 拟 仪 器 系 统 ： VXI(VMEbus Extension for Instrumentation)总线是一种高速计算机总 线VME在仪器领域的扩展。由于其标准开放、传输速率高、数 据吞吐能力强、定时和同步精确、模块化设计、结构紧凑、 使用方便灵活，已越来越受到重视。它便于组织大规模、集 成化系统，是仪器发展的一个方向。
虚拟仪器技术的发展必将会影响工业控制、测量等领域技术的发展。虚拟仪 器的高性能、高扩展性、完美集成及价格低廉的特性将会使其替代一部分传统 仪器，并将在企业的产品研发与测试中起着更重要的作用，也将成为促进各行 业技术发展的重要因素。由此，虚拟仪器技术的发展与应用势在必行。
LabVIEW 环境
LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments, NI）创立的 一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具。
虚拟仪器时代。
仪器的发展历史
第一代仪器：模拟仪器：如指针式万用表，它们的基本
特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。
第二代仪器：数字化仪器：数字化仪器目前相当普及，
如数字电压表、频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化 为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。
第三代仪器：智能仪器：智能仪器内置微处理器，能进
ห้องสมุดไป่ตู้
传统仪器
虚拟仪器
仪器定义 功能设定 关键环节 开放性 性能价格比
厂家
用户
功能特定，与其它设备 连接受到限制。
面向应用的系统结构，可方 便地与网络设备、外设和其 它设备连接。
硬件
软件
封闭式系统，功能固定， 基于计算机技术的开放式系
不能改变。
统，灵活的软件功能模块。
低
高，可重复使用。
技术更新速度 慢（周期5~10年）