虚拟仪器及LABVIEW及compactRIO

虚拟仪器 软件和通用硬件。 软件和通用硬件。软件是关键 开发时间短、技术要求低、 开发时间短、技术要求低、系统通用 性强 软件使得开发和维护费用降至最低 短（1~2年） 年 价格低、 价格低、可复用与可重配置性强 用户定义仪器功能， 用户定义仪器功能，柔性 开放、灵活， 开放、灵活，与计算机技术同步发展
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虚拟仪器经过十余年的发展，发展方向： 总线与驱动程序的标准化 硬/软件的模块化 编程平台的图形化 硬件模块的即插即用化 现在，虚拟仪器技术在发达国家的应用已比较普 及，而我国基本上还处于传统测试仪器与计算机 相互分离的状态。
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LabVIEW 介绍
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、 的仪器用开发软件有LabVIEW、 LabWindows/CVI、 LabWindows/CVI、VEE(惠普公司开发的一种用于 系统仿真与设备仪表优化控制的可视化图形编程开发环境 )等 等，其中以LabVIEW应用最为广泛。 等，其中以LabVIEW应用最为广泛。
双击LabVIEW快捷图标，出现启动画面，单击其中的New VI， 打开一个新的LabVIEW程序，可以看到它由前面板（panel） 和流程图（diagram）组成。
前面板窗口
前面板窗口是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，相 当于实际仪器的控制面板，它将用户和程序联系起来，是程 序运行时显示和输入的交互窗口。如图所示的示波器的前面 板，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）。
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图×：示波器流程图
图×：示波器流程图
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下面介绍工具条上常用按钮的功能（其他按钮功能见附录）
：运行（Run），如果VI有编译错误，此按钮将变成 ：运行（Run），如果VI有编译错误，此按钮将变成
。
：连续运行（Run Continuously）。 连续运行（ ）。 ：异常中止执行（Abort Execution）。 异常中止执行（ ）。 。 加亮执行（ Execution）， ），只 :加亮执行（Hightlight Execution），只 有流程图中有。进入加亮执行时， 有流程图中有。进入加亮执行时，变成 此时，流程图中的数据变亮，同时显示VI执 此时，流程图中的数据变亮，同时显示VI执 VI 行中的一些中间数据。 行中的一些中间数据。 提示： 会使LEBVIEW占用大量CPU LEBVIEW占用大量CPU， 提示：使用了 会使LEBVIEW占用大量CPU，
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虚拟含义两方面 一方面：虚拟仪器的面板是虚拟的 一方面：虚拟仪器的面板是虚拟的; 另一方面： 另一方面：虚拟仪器测量功能由软件编程来实现的。
计算机就是仪器， 计算机就是仪器，软件就是仪器
Байду номын сангаас
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虚拟仪器工作原理
利用PC显示器（CRT）的显示功能模拟传统仪器的控制面板 利用 显示器（ ） 显示器 以各种形式输出检测结果 由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理 接口设备完成信号的采集、 接口设备完成信号的采集 用软件实现信号数据的运算、分析、处理 用软件实现信号数据的运算、分析、
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流程图窗口
流程图窗口提供VI的图形化源程序，相当于实际仪器箱内的东 西，在流程图中程序员用图形语言编写LabVIEW程序源代码， 以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出控件。如图所示的 示波器流程图，上面包括前面板上的控件的连线端子，还有一 些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连 线等。
虚拟仪器技术,LabVIEW compactRIO简 虚拟仪器技术,LabVIEW 及compactRIO简 介
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1.虚拟仪器介绍 1.虚拟仪器介绍 2.Labview介绍 2.Labview介绍 3.cRIO介绍 3.cRIO介绍
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1.1 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（机箱，操作面板，信号输入输出 传统仪器：特定功能和仪器外观（机箱，操作面板，信号输入输出 端，开关、旋钮）。 端，开关、旋钮）。
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如：虚拟示波器
Vi
输入电路
A/D
RAM
控制系统
PC机
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虚拟数字电压表 基于虚拟仪器的 温度检测与控制
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虚拟仪器的概念1 虚拟仪器的概念1 ：
用软件构造的， 看得见、摸不着、断电即逝” 用软件构造的，“看得见、摸不着、断电即逝”，既是 PC机又是仪器的“仪器”又称为“虚拟仪器”。 机又是仪器的“ 机又是仪器的 仪器”又称为“虚拟仪器” 包含实际仪器使用、操作信息的软件与PC机结合构成的仪 包含实际仪器使用、操作信息的软件与PC机结合构成的仪 PC 就称之为虚拟仪器。 器，就称之为虚拟仪器。 或者说，虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的PC机仪器， 或者说，虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的PC机仪器，它 PC机仪器 PC机 一系列功能化硬件模块和控制软件组成。 由PC机、一系列功能化硬件模块和控制软件组成。
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虚拟仪器作为传统仪器的替代产品，市场容量 大。据专家预测，到本世纪中叶我国将有50%的 大。据专家预测，到本世纪中叶我国将有50%的 仪器为虚拟仪器。 从上世纪90年代开始，国内的一些大学相继开展 从上世纪90年代开始，国内的一些大学相继开展 了虚拟仪器系统的研究与开发工作，如: 了虚拟仪器系统的研究与开发工作，如:哈尔滨工 业大学、重庆大学、国防大学、电子科技大学、 国防科技大学等。
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1.2 什么是LabVIEW? 什么是LabVIEW?
LabVIEW（Laboratory LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本 orkbench）是一种用图标代替文本 行创建应用程序的图形化编程语言。具有强大的 数据采集、仪器控制功能的软件。 传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决 传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决 定程序执行顺序，而LabVIEW 则采用数据流编 定程序执行顺序，而LabVIEW 则采用数据流编 程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了 程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表 示数据流向。
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3. 虚拟仪器的特点
从虚拟仪器的组成结构上来看： （1）虚拟仪器的硬件是通用的（包括通用计算机硬件平 台和通用的测量功能硬件）；
软 件 采集 被测 对象 信号 调理、采集 硬件 激励信号 采集和产生 控制参数 控制和处理 测量 数据 计算机 输出 数据 仪器面板、 鼠标、键盘 数据命令 显示和输出 键入命令 用户
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1.4 虚拟仪器技术应用领域
一、工业测控 二、时序分析 三、系统仿真 四、远程测量
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化工生产流量测控
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滤波器频响分析
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汽车引擎 震动分析
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马路路灯照度模拟
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1.5虚拟仪器的应用现状 1.5虚拟仪器的应用现状
国际上从1988年开始陆续有虚拟仪器产品面市，当 国际上从1988年开始陆续有虚拟仪器产品面市，当 时有五家制造商推出30种产品，此后，虚拟仪器产品 时有五家制造商推出30种产品，此后，虚拟仪器产品 成倍增加，到2004年底，虚拟仪器制造厂已达几百家， 成倍增加，到2004年底，虚拟仪器制造厂已达几百家， 共生产几千种虚拟仪器产品，销售额达几十亿美元， 占整个仪器销售额20%以上。 占整个仪器销售额20%以上。 美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大虚拟仪器制 造国。生产虚拟仪器的主要厂家有NI公司、HP公司、 造国。生产虚拟仪器的主要厂家有NI公司、HP公司、 Tektronix公司。这些厂家的产品在国际市场有较强的 Tektronix公司。这些厂家的产品在国际市场有较强的 竞争力，目前已批量进人中国市场。
数字化 模拟仪器 数字仪器
计算机化
数字化 扫描 测试系统 专用 测试系统
标准化
特定设计专用型
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1.3 虚拟仪器的系统结构
1. 虚拟仪器系统组成及各部分基本功能
（1）虚拟仪器的系统构成
硬件和软件两大部分构成。 硬件是基础，软件是核心。
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（2）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、结果表示与输出三大功能模块。 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、结果表达与输出则主要 由用户应用软件完成。
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LabVIEW的发展历程 LabVIEW的发展历程
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LabVIEW基础知识学习 LabVIEW基础知识学习
LabVIEW程序构成 LabVIEW程序构成 控制选项板功能介绍 函数选项板功能介绍 工具选项板功能介绍 数据线、数据流和数据类型 控制量与显示量
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1.LabVIEW程序构成： 1.LabVIEW程序构成：
（2）良好的人机界面。虚拟仪器的面板（或称软面 板）是虚拟的（通过“控件”虚拟出面板）； （3）功能强。虚拟仪器的功能是由用户软件定义的。 10
（4）虚拟仪器之“虚拟”含义： 虚拟仪器面板； 软件实现仪器功能。如：基于高速数据采集 硬件，通过计算机软件编程可实现“ 硬件，通过计算机软件编程可实现“虚拟示 波器” 波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟交流数字 虚拟频谱仪” 电压表” 电压表”、“虚拟频率计”、“虚拟相位计” 虚拟频率计” 虚拟相位计” 等不同仪器。 （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）。
虚拟仪器（VI， 虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以计算机和测试模 Instrumentation）：是一种以计算机和测试模 块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机显 块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机显 示屏幕上显示虚拟的仪器面板，以及由计算机所完成的仪器功能， 都可由用户软件来定义的计算机仪器。
传统仪器 专用硬件系统 开发时间长、技术要求 开发时间长、 高、系统功能较专一 开发与维修开销高 长（5~10年） 5~10年 价格昂贵 厂商定义仪器功能，刚 厂商定义仪器功能， 性 封闭、固定 封闭、 功能单一的独立设备 有限的显示选项
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构成复杂系统能 易与网络及其他周边设备互连 力 人机交互 无限的显示选项、 无限的显示选项、界面友好
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虚拟仪器的概念2： 虚拟仪器的概念 ： 虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上， 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， 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。 种计算机仪器系统。 PC机＋仪器板卡＋应用软件 机 仪器板卡＋
1.2 虚拟仪器的形成和发展
电子测量仪器(Electronic Instruments)及自动测试系 电子测量仪器(Electronic Instruments)及自动测试系 统(Automatic Test System, ATS)的发展 ATS)的发展
第一代电子仪器 第二代电子仪器 第三代电子仪器 模块化 智能仪器 计算机嵌入到 仪器中 模拟式自动测试系统 第一代测试系统 第二代测试系统 模块化 GPIB 仪器系统 台式仪器积木型 模块化 仪器系统 模块仪器集成型 软件仪器自定义 型 个人仪器 第四代仪器系统 仪器模块嵌入 计算机中 第三代测试系统 虚拟仪器 及系统 第四代电子仪器
（2）操作方便；
通过图形用户界面（GUI）操作虚拟仪器面板。 通过图形用户界面（GUI）操作虚拟仪器面板。
（3）硬件模块化、系列化；
基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。
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虚拟仪器与传统仪器的比较： 虚拟仪器与传统仪器的比较：
比较内容 系统构成 开发周期 开发费用 技术更新周期 价格 功能可塑性 系统开放性
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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）。 仪器升级方便，性价比高（一机多用）。 基于计算机网络技术，可实现“网络化虚拟仪器” 基于计算机网络技术，可实现“网络化虚拟仪器”。