第1章虚拟仪器概论
虚拟仪器概述分析
其中，LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室 虚拟仪器工程平台非 常适于仪器、测量与控制领域的虚拟仪器软 第19页 件开发。
虚拟仪器的系统构成 硬件和软件两大部分构成。
第16页
3.各部分基本功能
虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采集与控制、数据分析与 处理、参数输入与结果输出三大功能模块。 信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用硬件平台，并配合仪器 驱动程序共同完成，而数据分析与处理、参数输入与结果输出 则主要由用户应用软件完成。
传统仪器 硬件（电子线路） 数据采集
价格 功能可塑性
系统开放性
价格低、可复用与可重配置性强 用户定义仪器功能，柔性
开放、灵活，与计算机技术同步 发展 易与网络及其他周边设备互连
第14页 无限的显示选项、界面友好
价格昂贵
厂商定义仪器功能， 刚性 封闭、固定 功能单一的独立设备
构成复杂系统 能力 人机交互
有限的显示选项
1.3 虚拟仪器的系统结构
第5页
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。
第6页
1.2 虚拟仪器的基本概念
1. 虚拟仪器的定义
传统仪器：特定功能和仪器外观。
第7页
基于虚拟仪器的温度检测与控制系 统
第8页
如：虚拟示波器
第11页
（4）虚拟仪器之“虚拟”含义： 虚拟仪器面板；
软件实现仪器功能。 （5）因此，软件是虚拟仪器的核心。
NI公司提出“软件即仪器”（The software is the instrument）。
虚拟仪器概述
PC机或工作 站虚拟仪器 软件开发平台
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一些常用的虚拟仪器板卡
DAQ Card
IMAQ Card
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Field Point
Motion Control Card
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1.1 虚拟仪器的概念
虚拟仪器系统是由计算机、应用软 件和仪器硬件三大要素构成的。计 算机与仪器硬件又称为VI的通用仪 器硬件平台。
C
D IS P OA N N TD R
LAY OL
仪器技术的发展过程
虚拟仪器是在计算机上显示传统仪器面板，它将 硬件电路完成的信号调理和处理功能由计算机程序完 成。
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仪器技术的发展过程
第一代：模拟式仪器仪表
如指针式电流、电压、万用表、模拟式信号产生 器等，它们对测量结果进行指示的基本结构是电磁机 械式结构。
C o n d it io n s
传统仪器 厂商定义功能
1.1 虚拟仪器的概念
礟 ROM M E M O礟M Ra t hY 488 PO R T
A /D D /A D I/O T I/O
P R O C E S TS iOm R i nB gU S C o n d itio n in g
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国内：20世纪90年代中期开始引进、研究和开发工作，目前已取得了很大 进展。如重庆大学已成功开发了15类30余种直接的虚拟仪器并在全国推广。
据“国际自动化仪表”杂志1999年预测：到21世纪前十年，全世界将有 50%的仪器仪表为虚拟仪器，其生产厂家将超过千家，产品将达到数千种。 市场占有率将达到电测仪器仪表的50%以上。
是计算机技术、数据通信技术和测量技术相结合 的产物，它几乎克服了传统硬件化仪器的所有缺点， 是测试仪器的发展方向。
第1章 虚拟仪器概述
第20页
《虚拟仪器技术》
（1）基于PC总线的虚拟仪器 内置PC总线（如ISA、PCI、PC/104）的通用数据采 集卡 （DAQ，Data AcQuisition）。 （2）基于GPIB通用接口总线的虚拟仪器 国际标准（IEEE488.1和IEEE488.2），技术成熟； 但其数据传输速度一般低于500Kb/s，对测试速度要求 很高的场合不太适用。 （3）基于VXl总线的虚拟仪器 具有模块化、系列化、通用化、“即插即用”及VXI 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。 （4）基于PXI总线的虚拟仪器 兼容PCI总线产品。 集CompactPCI的高性能和VXI可靠性，性价比最好。
第10页
《虚拟仪器技术》
通过总线技术，可实现： 模块化硬件设计； 标准化；
便于生产、维护（维修）、升级；
较好的经济性。
第11页
《虚拟仪器技术》
仪器与自动测试系统几种常用总线的比较
摘自：Evaluating PXI and VXI Platforms for your Measurement and Automation Needs，NI
（5）因此，软件是虚拟仪器的核心，NI 提出“软件 即仪器”（The software is the instrument）。
第6页
《虚拟仪器技术》
与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点：
（1）功能强、性价比高、开放性（可扩充性）好； 充分利用计算机丰富的软硬资源。
仪器功能可通过软件灵活设计（基于相同的硬件， 通过软件设计可实现不同的虚拟仪器）。
3. 虚拟仪器通用硬件平台的构成形式
通常为带有某种标准总线接口的各种测试设备（分立式 或模块式仪器），主要有PC总线的数据采集模块（PCDAQ）、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、PXI总 线仪器模块、RS-232串口、USB接口仪器等类型，或多 种类型的组合。
第一章虚拟仪器简介(1)
图 标
名称
功
能
Operate
用于操作前面板的控制和显示。使用
１
Value （ 操 它向数字或字符串控制中键入值时，
作值）
工具会变成标签工具
２
Position/S 用于选择、移动或改变对象的大 ize/Select 小。当它用于改变对象的连框大
（选择） 小时，会变成相应形状。
w LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232、 和RS-485、USB2.0 、PCI、PXI、PCMCIA 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它 还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标 准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。
第一章虚拟仪器简介(1)
w 图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。使用这种语
可以启动和停止工作。
w 前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这 一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有 开关、旋钮、图形以及其他控制（control）和显示对 象（indicator）。
w 显然，并非简单地画两个控件就可以运行，在前面板后 还有一个与之配套的流程图。
第一章虚拟仪器简介(1)
w 如果将VI与标准仪器相比较，那么前面板上的东西就是 仪器面板上的东西，而流程图上的东西相当于仪器箱内 的东西。在许多情况下，使用VI可以仿真标准仪器，不 仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其 功能也与标准仪器相差无几。
第一章虚拟仪器简介(1)
三、LabVIEW的操作模板
包括工具（Tools）模板、控制（Controls）模 板和函数（Functions）模板。
w 工具模板（Tools Palette）
虚拟仪器概述论文
摘要 (1)前言 (1)第一章虚拟仪器 (2)1.1虚拟仪器的概念 (2)1.2虚拟仪器的构成 (2)1.3虚拟仪器发展概况及前景 (2)1.4虚拟仪器与传统仪器相比所具有的优越性 (3)1.5 LabVIEW 简介 (3)第二章虚拟数字示波器构想 (4)2.1示波器原理概述 (4)2.2示波器与虚拟仪器结合的趋势 (4)2.3利用LabVIEW设计虚拟数字示波器构想 (5)2.4虚拟数字示波器前景 (6)小结 (6)参考文献： (7)基于LabVIEW的虚拟仪器概述摘要本文介绍了虚拟仪器的概念、组成和虚拟仪器开发软件LabVIEW，以及基于LabVIEW的数据采集系统，并对虚拟仪器的前景进行了展望。
关键词：虚拟仪器， LabVIEW ，数字示波器，数据采集Summarize Virtual Instruments based on LabVIEWAbstract：The paper introduces the concept and the constitute of Virtual Instruments and the software LabVIEW. It discusses the system of data acquisition（DAQ）,and introduces the development and perspective of virtual instrumen.Keywords：Virtual instrument，LabVIEW，Data acquisition，Oscillograph前言虚拟仪器是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。
虚拟仪器的突出优点在于能够与计算机技术结合，将计算机资源与仪器硬件，数字信号处理技术与不同功能的软件模块结合，组成不同的仪器功能。
用户可根据测试的需要，自己设计所需要的仪器系统，即利用数据采集卡及计算机外围硬件进行信号的采集与检测，然后用计算机所编的软件来实现对信号的处理、计算和分析以及对测试结果进行显示。
第1章 虚拟仪器概论 PPT课件
3
注意事项
• 学生因病因事不能上课须在学院教学秘书处办理请假手续， 请假时数累计超过该课程教学时数1/3以上者，按缺课处理， 无故旷课达6学时（迟到两次折合1学时）以上者，缺交作业 （含实验报告）达1/3以上者，或未完成教师要求的报告、 实验者，不得参加该课程考核，并在成绩记载时注明“缺考” 字样，缺考的课程必须重修。旷课、迟到、缺交作业等由任 课教师负责记录。
系统和仪器设计中尽量用软件代替硬件，充分利用计算机技 术来实现和扩展传统测试系统与仪器的功能。即：“软件就 是仪器” 。
• 常见的虚拟仪器方案
被 测 对 象
传 感 器
信 号 调 理
数 据 采 集
信 号 处 理
仪 器 面 板
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虚拟仪器组成
• 计算机：提供虚拟仪器通用平台，数据存储，显示等； • 仪器硬件：获取被测信号，产生激励信号等； • 应用软件：控制数据采集、控制、分析、处理和显示等，是虚
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虚拟仪器的分类
按总线接口类型划分：
• 插卡式（PC-DAQ）虚拟仪器
• GPIB虚拟仪器
• VXI/PXI/LXI虚拟仪器
• 串行口（RS232/422）虚拟仪器
• USB接口虚拟仪器
• IEEE1394虚拟仪器
•现场总线虚拟仪器
• ……
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常用虚拟仪器板卡
PXI DAQ Card
IMAQ Card
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Field Point
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Motion Control Card
1_虚拟仪器基础
虚拟仪器韩彬彬第一章虚拟仪器及LabVIEW入门主要内容1.1 虚拟仪器概述1.2 虚拟仪器硬件系统1.3 虚拟仪器软件系统1 仪器发展过程2 虚拟仪器概念的提出3 什么是虚拟仪器4 虚拟仪器组建方案5 虚拟仪器VS 传统仪器6 应用现状及前景1 仪器发展过程智能仪器——将计算机装入仪器虚拟仪器——将仪器装入计算机2 虚拟仪器概念的提出虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（National Instrument）。
NI公司建立于1976年，超过2,000种测试测量产品，在80个国家设有直属分支机构，600家系统联盟商。
虚拟仪器概念在1986年提出的，但其雏形可以追溯到1981年由美国西北仪器系统公司推出的Apple II为基础的数字存储示波器。
这种仪器和个人计算机的概念相适应，当时被称为个人仪器。
（Personal Instrument）。
1986年，NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabVIEW，标志着虚拟仪器软件设计平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。
3什么是虚拟仪器？在通用计算机平台上,用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能,实质是将传统仪器硬件和最新计算机软件技术充分结合起来,以实现并扩展传统仪器功能。
由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种计算机操纵的模块化仪器系统。
实质上代表了一种创新的仪器设计思想。
SOFTWARE IS INSTRUMENT最简单，最本质的表述1.1 虚拟仪器概述4 虚拟仪器组建方案被测对象信号调理数据采集卡数据处理虚拟仪器面板虚拟仪器以透明方式把计算机资源和仪器硬件的测试能力结合，实现仪器的功能运作。
传感器硬件部分软件部分1.1 虚拟仪器概述5虚拟仪器VS 传统仪器传统仪器厂商定义功能虚拟仪器用户定义功能P R O C E S S O R B U SC o n d i t i o n i n gT i m i n gA /DD /A D I /OT I /O D I S P L A YA N D C ON T R O L 488 P O R T 礟M a t h ME M O R Y 礟R OM P R OC E S S O R B U S C on d i t i o n i n g T i m i n gA /D D /AT I /O DISPLAY AND CONTROL48礟M E M O R YR O MC o n o P a n e F o wP es s u e A a m C o n d o n sS T O PT em p e a u e1.1 虚拟仪器概述虚拟仪器的特点虚拟仪器传统仪器软件使得开发与维护费用降至最低开发与维护开销高技术更新周期短（1-2年）技术更新周期长（5-10年）关键是软件关键是硬件价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵用户定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，计算机技术同步发展封闭、固定与网络及其他周边设备互联功能单一的独立设备传统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卡前置预处理对比利用计算机强大、高效的数字信号处理和控制能力，配合高速高精度A/D 、D/A 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。
1.1 虚拟仪器导论
第1章虚拟仪器导论引言测试、测量活动是人类认识客观世界最基本的方法，测量仪器则是实施测量活动所必须的工具和手段。
随着现代科学技术的不断发展和进步，电子测量仪器逐渐发展演变成为测量仪器的主体。
多年来电子测量仪器的发展大致经历了这样几个阶段：模拟仪表——以19世纪电磁、磁电技术、钟表技术为基础，以电工类仪器为主数字仪表——以20世纪60年代的半导体晶体管、集成电路为基础，进入电子测量阶段智能仪器——以20世纪70年代嵌入式计算机、大规模集成电路、精密模拟电路为基础虚拟仪器——以20世纪80年代计算机技术、微电子技术和数字信号处理技术、精密模数转换技术为基础虚拟仪器（Virtual Instruments）的概念源自于美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，简称NI公司，成立于1976年）。
1983年，NI公司创新的提出了虚拟仪器的概念。
并将虚拟仪器的理念贯穿到1986年它们发明的LabVIEW图形化编程语言中。
并最终形成了NI LabVIEW图形化虚拟仪器开发环境。
初期的虚拟仪器应用主要体现在构建基于数字仪表的自动化测试系统（仪器控制）方面。
设置在计算机上的GPIB控制器通过数字仪表的GPIB接口控制、管理着数字式测量仪器，并将测量数据的分析结果在计算机的屏幕上显示出来。
参考下图。
GPIB不同的接线方式二十多年后的今天，虚拟仪器技术已经得到了长足进步和发展。
这得益于现代计算机技术、微电子技术和数字信号处理技术获得的突破性进展。
正因为如此，以这些技术为依托的虚拟仪器也得到了不断地发展从而导致电子测量仪器进入到一个创新的发展阶段。
实质上，虚拟仪器已经成为现代电子测量仪器的一个重要的组成部分。
我们的实验室已成为以虚拟仪器为主要仪器设备的现代化、自动化的实验室。
在虚拟仪器出现之后，人们为了与过去所生产、使用的仪器能够相区别，改称那些仪器为传统仪器。
本章主要介绍虚拟仪器的一些基本概念，目的是为了更好的了解LabVIEW，因为LabVIEW的核心思想就是虚拟仪器。
第1章 虚拟仪器概述公开课
LabVIEW的应用
电子测量 物理探伤 电子工程 振动分析 声学分析 地球物理勘探 课堂教学 ……
性能高 扩展性强 开发时间少 无缝集成
虚拟仪器的结构
信号调理 数据采集卡
GPIB接口仪器 测 控 对 象 计 算 机 工 控 机
硬件 软件
VXI接口仪器 图形采集仪器
串行口仪器
并行口仪器
虚拟仪器集成开发环境 ——LabVIEW
其他接口设备
LabVIEW的特点及功能
LabVIEW的特点
图形化 、易上手、丰富的库函数……
LabVIEW的功能
一种编程语言 一种交互式的开发环境 一个硬件设计工具
LabVIEW的发展历程
1983年4月研制成功 1986年5月NI公司推出了测试版 经历了20余年 发展了多个版本 支持多个平台
LabVIEW的在线帮助系统
显示即时帮助 搜索LabVIEW帮助 LabVIEW编程范例 LabVIEW网络资源
第1章 虚拟仪器概述
什么是虚拟仪器
虚拟仪器是美国国家仪器公司 （National Instrument Corp，NI）1986年 推出的概念，是现代计算机技术和仪器技 术深层次结合的产物，是计算机辅助测试 （Computer Assistant Test）领域的一项重 要技术。
虚拟仪器的特点和优势
第一讲虚拟仪器概述ppt课件22页PPT
1.1 CVI简介
• CVI---C for virtual instrument; • CVI是NI(National instrument)公司推
出的交互式C语言开发环境； • CVI将C语言与用于数据采集分析和显示
的测控专业工具有机的结合；
• CVI是测控领域最受欢迎的软件开发平台 之一；
• 应用：建立检测系统、自动测试环境、 数据采集系统、过程监控系统、虚拟仪 器等。
• 系统的构成：硬件平台、计算机的 I/O接口、软件（VCVI）；
• 系统的演示。
实例三 净化项目
• 见各图片。
深一步的应用
• CVI与MATLAB的接口； • 基于一般信号分析技术的虚拟仪器设计； • 基于相关伪随机技术的虚拟仪器设计； • 基于神经网络的虚拟仪器设计； • 基于小波分析的虚拟仪器设计； • 基于混沌技术的虚拟仪器设计； • 基于模糊理论的虚拟仪器设计； • 网络化虚拟智能传感器系统设计。
• 目前，随着微电子技术和计算机技术的飞速发 展，测试技术与计算机的深层次结合引起了测 试仪器领域里一场新的革命一种全新的仪器结 构概念导致了新一代仪器---虚拟仪器的出现。
• 国际上从1988年开始陆续有虚拟仪器产品面 市，当时有5家制造商推出了30种产品。此后， 虚拟仪器产品成倍增加。
四. 虚拟仪器的发展方向
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
第1章虚拟仪器概论
VXI总线系统的典型结构
独立系统 仪器 3# CPU 磁 盘 仪器 2# CPU 仪器 1# CPU 内部 主计算机 RAM
分层式仪器系统 CPU 仪器 仪器 1# 1# 命令者 从者 CPU 仪器 1# 从者 仪器 仪器 2# 2# 命令者 从者 CPU 仪器 2#
26
仪器 2# 从者 CPU
主计算机 仪器 1#
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以LXI为主体的虚拟仪器网络结构
在以LXI为 主体的虚拟仪器网络结构中，GPIB、 VXI、PXI、LXI共存于系统，通常仅是LAN的一个 节点，这样不仅能够最大地发挥各自的功能和优势， 而且可以相互进行数据的传输和资源的共享。
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LXI模块化仪器的优势
集成更为方便，不需要专用的机箱和0槽计算机； 可以利用网络界面精心操作，不需要编程和其 他虚拟面板； 连接和使用更为方便，可以利用通用的软件进 行系统编程； 非常容易实现校准计量和故障诊断； 灵活性强，可以作为系统仪器，也可以单独使 用。
1.2.1.4基于PXI总线方式的虚拟仪器
PXI（
PCI eXtensions for Instrumentation）总线是N I公司在1997 年9月1日推出的全新的开放性、模块化仪 器总线规范。它以CompactPCI为基础， 是PCI总线面向仪器领域的扩展。
PXI 机箱
PXI 模块 主控计算机 MXI-3 模块
DISPLAY AND CONTROL
礟
D A/
TI /O
Tim ing
D/A Co /O DI nd itio I/O nin T g
A/D
Tim ing
S BU OR ESS C Ma PRO 礟 th
虚拟仪器第1章
第1章 揭开虚拟仪器的面纱
引子
计算机技术的进步为新型的测控仪器提 供了现实的基础。
另一方面，传统的测控技术越来越满足 不了科技进步的要求。
“最初只存在机器语言，计算机的世界里 一片黑暗。可是不久，汇编语言问世了， 给计算机的世界投下了一缕曙光。后来， Fortran的出现带来了光明。”
LabVIEW图形化编程语言的出现终于把 人们——尤其是工程师和科学家们从繁 杂的编程工作中解放出来，使他们能够 真正专心于自己所关注的事情。
1.2虚拟仪器的体系结构
从构成要素讲，VI由计算机、应用软件和 专用仪器硬件组成。 从构成方式讲，则有以DAQ板和信号调理 部分为硬件来组成的PC-DAQ测试系统。
1.2虚拟仪器的体系结构
LabVIEW程序被称为VI（Virtual Instrument），即虚拟仪器。 LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪 器”，即虚拟仪器的概念。 LabVIEW还包含了大量的工具与函数用 于数据采集、分析、显示与存储等。
1.1 虚拟仪器的概念
软件技术是虚拟仪器的核心技术。常用 的仪器用开发软件有LabVIEW、 LabWindows/CVI、VEE等等，其中以 LabVIEW应用最为广泛。 有关VI的概念。
1.1 虚拟仪器的概念
虚拟仪器第一章
第1章主要内容机 械 学 院 王 见 vi@ 机 械 学 院 王 见 vi@ 机 械 学 院 王 见 vi@ 虚拟仪器系统基础1.1仪器仪表的发展进程虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)是日益发展的计算机硬 、软件和总线技术在向其它相关技术领域密集渗透的过程中，与测 试技术、仪器仪表技术密切结合共同孕育出的一项全新的成果。
20 世纪中期，美国国家仪器公司（National Instruments Corporation 简称NI）首先提出了虚拟仪器的概念，认为虚拟仪器是由计算机硬 件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界 面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统 。
如果再作进一步说明，那么虚拟仪器是一种以计算机作为仪器统 一硬件平台，充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显 示以及文件管理等基本智能化功能，与传统仪器的专业化功能和软 件化的面板控件结合起来融为一体，这样便构成了一台从外观到功 能都完全与传统硬件仪器一致，同时又充分享用计算机智能资源的 全新的仪器系统。
由于仪器的专业化功能和面板控件都是由软件形 成，因此国际上把这类新型的仪器称为“虚拟仪器”。
有的资料上甚 至直接将虚拟仪器这种形式称为“软件即仪器”。
仪器仪表的发展进程与虚拟仪器机 械 学 院 王 见虚拟仪器的概念 虚拟仪器的软件系统 虚拟仪器的开发系统 虚拟仪器总线系统vi@1.2 虚拟仪器基本概念虚拟仪器的实质是利用I/O接口设备完成信 号的采集与传输，利用计算机强大的软件功能机 械 学 院 王 见 vi@1.2.1 虚拟仪器基本概念“虚拟”二字主要包括以下两方面的含义。
完成信号的运算、分析与存储，利用计算机显 示器模拟传统仪器的控制面板，并以多种形式 表达输出测试结果。
仪器面板是虚拟的 仪器功能由软件编程来实现1.2.2虚拟仪器的构成1.2.2.1 基于PC机平台的虚拟仪器 基于PC机的虚拟仪器的基本构成如下图所示。
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VXI仪器系统
VXI总线系统的典型结构有：单CPU系统、多CPU 系统、独立系统和分层结构仪器系统
单 CPU 系统 CPU GPIB 主计算机
多 CPU 系统 CPU GPIB 主计算机
25
仪器 1#
仪器 2#
RAM
仪器 3#
仪器 1# CPU
仪器 2# CPU
分 配 器
RAM
仪器 3# CPU
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VXI模块
VXI总线系统的最小物理单元是组件模块。它由带 电子元器件和连接器的组件板、前面板和任选的 屏蔽壳组成。从大小方面看，模块有A，B，C， D四种规格 。
A型 100×160 P1 B型 233×160 P1 P2
C型 233×340
P1 P2
D型 367×340
P1 P2 P3
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欢迎学习
虚拟仪器技术
信息学院 颜华
1
课程介绍
“虚拟仪器技术与应用”三大任务
任务之一：了解虚拟仪器基本概念
任务之二：学会LabVIEW8.2基本编程技术
任务之三：掌握虚拟仪器基本设计方法
2
教学参考书
《LabVIEW 8.2基础教程 》 雷振山 编著
中国铁道出版社
3
（24元）
教学参考书
电子信息与电气学科规划教材
12
1.2 虚拟仪器的组成
• 虚拟仪器的组成包括硬件和软件两个基本要素。
信号调理 GPIB 接口仪器 测 控 对 象 DAC 卡 GPIB 接口卡
VXI/PXI 接口模块 串行口仪器/PLC 现场总线设备 其他计算机硬件板卡
计 算 机 软 件 系 统
虚拟仪器的硬件结构
13
1.2.1虚拟仪器构成形式
9
仪器的发展历史
第一代仪器：模拟仪器 第二代仪器：数字化仪器 第三代仪器：智能仪器 第四代仪器：虚拟仪器
10
虚拟仪器的出现
计算机技术和仪器技术结合 充分利用计算机丰富的软硬件资源，可以较 大突破传统仪器在数据处理、表达、传递、存储 等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。 还可以把仪器的三大功能全部放在计算机上实现。 构成虚拟仪器 在计算机中插入数据采集卡，然后，用软件 在屏幕上生成仪器面板，用软件来进行信号处理 分析，实现传统仪器的功能，这就是虚拟仪器。
DISPLAY AND CONTROL
礟
D A/
TI /O
Tim ing
D/A Co /O DI nd itio I/O nin T g
A/D
Tim ing
S BU OR ESS C Ma PRO 礟 th
MEMORY
ST OP
D/ A
ROM
T POR 488
/O DI
传统仪器 厂商定义功能
虚拟仪器 用户定义功能
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虚拟仪器软件开发平台
基于文本式编程语言开发工具
VC++，VB，C++Build，LabWindows/CVI， Delphi等 基于图形化编程语言开发工具 LabVIEW（NI 公司） HP VEE （HP 公司）
Graphical Programming
37
虚拟仪器前面图
虚拟仪器程序框图
P3 提供更高的功能： 100MHz 时钟与同步线 ECL 星型线 ECL 触发线 24Pin 本地线 电源分配线
23
VXI主机箱
VXI总线主机箱是组件模块的机械载体。模块的 互连载体是主机箱的背板，背板与模块之间通过 总线连接器衔接。 电源、冷
却系统
背板 双宽度带 屏蔽的D 尺寸模块
未屏蔽C
尺寸模块
VXI总线系统的典型结构
独立系统 仪器 3# CPU 磁 盘 仪器 2# CPU 仪器 1# CPU 内部 主计算机 RAM
分层式仪器系统 CPU 仪器 仪器 1# 1# 命令者 从者 CPU 仪器 1# 从者 仪器 仪器 2# 2# 命令者 从者 CPU 仪器 2#
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仪器 2# 从者 CPU
主计算机 仪器 1#
33
虚拟仪器软件层次结构（软件框架）
仪器面板控制软件 数据分析处理软件 仪器驱动程序 输入/输出接口软件
34
输入/输出（I/O）接口软件
I/O接口软件存在于仪器与仪器驱动程序之间， 是一个完成对仪器内部寄存单元进行直接存取数 据操作，为仪器驱动程序提供信息传递的低层软 件，是实现开放的、统一的虚拟仪器系统的基础 和核心。 虚拟仪器系统I/O接口软件的特点、组成、内 部结构与实现规范等在VPP（VXI Plug & Play) 系统规范中有明确的规定，并被定义为VISA (Virtual Instrument Software Architecture)软 件。
27
制定PXI规范的目的是将通用PC的性能 价格比优势应用到模块化仪器领域，形 成一种高性价比的虚拟仪器测试平台。 PXI和VXI分别源于PCI总线和VME总线， 二者有很大的相似性。 PXI的优势在于模块体积更小、数据传输 速率更高。但PXI在电磁兼容性、单机箱 插槽数量、电源品种、电源功率、冷却 能力等方面均不及VXI。
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以LXI为主体的虚拟仪器网络结构
在以LXI为 主体的虚拟仪器网络结构中，GPIB、 VXI、PXI、LXI共存于系统，通常仅是LAN的一个 节点，这样不仅能够最大地发挥各自的功能和优势， 而且可以相互进行数据的传输和资源的共享。
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LXI模块化仪器的优势
集成更为方便，不需要专用的机箱和0槽计算机； 可以利用网络界面精心操作，不需要编程和其 他虚拟面板； 连接和使用更为方便，可以利用通用的软件进 行系统编程； 非常容易实现校准计量和故障诊断； 灵活性强，可以作为系统仪器，也可以单独使 用。
• • • • • 基于数据采集卡的虚拟仪器 基于GPIB方式的虚拟仪器 基于VXI总线方式的虚拟仪器 基于PXI总线方式的虚拟仪器 基于LXI总线方式的虚拟仪器
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1.2.1.1基于数据采集卡的虚拟仪器
在以PC
机为基础的虚拟仪器中，插入式数 据采集卡DAQ (Data Acquisition)是虚拟仪 器中最常用的接口形式之一。其功能是将现 场数据采集到计算机，或将计算机数据输出 给受控对象。
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GPIB插头
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GPIB接口电路设计
计算机GPIB接口功能通过GPIB接口卡来实现
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GPIB仪器系统
GPIB设备的 串行连接
设备 A 设备 B 设备 C
GPIB设备 的星连接
设备 B 设备 A
GPIB 系统
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1.2.1.3基于VXI总线方式的虚拟仪器
虚拟仪器技术中最引人注目的应用是基于VXI总线 （VMEbus Extension for Instrumentation）平 台技术的自动测试仪器系统。 VXI总线优点主要有： VXI总线系统中，各 ① 标准开放； 种命令、数据、地址 和其它消息都通过总 ② 结构紧凑； 线传递。 VXI总线系 ③ 数据吞吐能力强； 统的各种总线都印制 在主机箱内的多层底 ④ 定时和同步准确； 板上，通过P1/J1、 ⑤ 模块可重复利用； P2/J2、 P3/J3连接 ⑥ 众多厂家支持 。 器与各模块相连接。
《虚拟仪器技术分析与设计》 张重雄 编著
电子工业出版社
4
（23元）
教学参考书
《LabVIEW 8.20 程序设计从入门到精通》
陈锡辉，张银鸿 编著
清华大学出版社
（49元）
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第1章
虚拟仪器概论
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第1章 虚拟仪器概论
1.1虚拟仪器的基本概念 1.2虚拟仪器的组成 1.3虚拟仪器的特点与应用 1.4虚拟仪器技术发展趋势 1.5虚拟仪器设计原则 1.6虚拟仪器的设计步骤 1.7虚拟仪器软面板设计技术
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PXI仪器系统
NI的高性能PXI机箱和控制器
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1.2.1.5基于LXI总线方式的虚拟仪器
2005年9月，VXI 科技公司和安捷伦公司共同推出 新一代基于局域网（LAN）的模块化测量仪器平 台标准LXI（LAN-based eXtensions for Instrumentation），即LAN的仪器扩展。随后， LXI标准特有的模块仪器和测量系统投入市场。 LXI总线规范融合了GPIB仪器的高性能、VXI、 PXI插卡式仪器的紧凑灵活和以太网的高速吞吐率。 LXI的特点主要有：数据吞吐量高、模块化结构好、 开放性强、即插即用等特点。
GPIB Serial
DAQ VXI • Measurement Studio • LabVIEW
Image Acquisition Motion Control
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1.3 虚拟仪器的特点与应用
传统仪器
关键是硬件
开发与维护费用高 技术更新周期长 价格高 厂商定义仪器功能 系统封闭、固定 不易与其他设备连接
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1.2.1.2基于GPIB方式的虚拟仪器
GPIB (General Purpose Interface Bus) 是由HP公司于1978 年制定的总线标准，是传统测试仪器在数字接口方面的延伸和 扩展。 GPIB总线为24芯电缆: 16条信号线 ( 8根双向8位数据线, 3 根数据挂钩联络线, 5根接口管理控制线），8根地址线 ， 24芯 簧片插头座。
虚拟仪器
关键是软件
开发与维护费用低 技术更新周期短 价格低，并且可重用性与可配置性强 用户定义仪器功能 系统开放、灵活，与计算机的进步同 容易与其他设备连接
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虚拟仪器的优势
丰富和增强了传统仪器的功能。 虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其 他管理集中交由计算机来处理。 仪器由用户自己定义。 开放的工业标准。 虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准， 使资源的可重复利用率提高，功能易于扩展，管理 规范，生产、维护和开发费用降低。 便于构成复杂的测试系统。 可通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行 远程测试、监控、和诊断。可节约仪器购买和维护 42 费用。