智能测试系统-第6章基于虚拟仪器的测试系统实现技术
虚拟仪器技术分析与设计
STOP
Conditioning A/D
TI/O Timing
ROM
DISPLAY
AND C ONTR OL
礟
PROCESSOR BUS 礟Math
Hale Waihona Puke MEMORYD/A488 PORT
DI/O
虚拟仪器 用户定义功能
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1.2 虚拟仪器的组成
• 虚拟仪器的组成包括 ： 硬件 软件
两个基本要素
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这些报告是由下而上内容不断浓缩的(见图18-3)。
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图18-2
多
决策委员会 业主
项目 报告
项目领导
项目报告
子项目领导 分包商
按子项目、承包商
工程小组
按单位工程、技术
部门、专业领域、工程种类
详细资料、按工作包、成本项目
图18-2
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图18-3
子项1报告 概 况 进成质 度 本 量…
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1.1 虚拟仪器的基本概念
Virtual Instrument，VI 什么是虚拟仪器?
虚拟仪器是指在以通用计算机为核心的硬件 平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟的操作 面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机 仪器系统。
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虚拟仪器概念的理解
插入
仪器卡
软面板
计算机
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1．信息载体通常有： (l)纸张，如各种图纸、各种说明书、合同、信件、表格等； (2)磁盘、磁带，以及其他电子文件； (3)照片，微型胶片， X光片； (4)其它，如录相带、电视唱片、光盘等；
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基于虚拟仪器的测试技术实验教学
储、 传输、 处理和显示等。第三， 网络化： 允许学生通过计算 供参考 。
二 、基于虚 拟仪 器 的测试 平 台
虚拟仪器是 随着微 电子技术 、 计算机技术 以及 电子测 试 技术 的迅猛 发展而 出现 的一个 以计算 机为基础 、 以软件 为核 心的完 整 的仪器体 系， 由美 国 Ｎ （ ａｏａｒｔｍ ｎ ） 司在 Ｉ Ｎ ｔｎｌ￣ｒ ｅｔ 公 ｉ Ｉ ｕ ｓ 收稿 日期 ：０６０ — ２０．９０ ２
对 实验 内容 和实验条件要求更高 了 ， 它需要 现代化 的实践环 境 。实验 内容 、 方法 、 手段 的数字化 、 智能化 、 网络化 、 拟化 虚 是实验现代 化的标志 。 … 实验教学是教学活动 中的重要 环节 ， 培养学生 的科学 在
思维方式 、 严谨工作作 风 、 扎实 的专业 知识 和实验技 能等 能 力和素质 中起着 重要作用 。学生 只有 通过大量 的实验 ， 能 才 真正理解 和掌握 所学 的理论 知识。
整个仪器都被计算机软件所代替， 可以说“ 软件就是仪器 ” 。
基于虚拟仪器技术实现 了虚拟化 、 自动化 和网络化 的实 验环境 ， 有非 常鲜 明的时代特征。第一 ， 具 虚拟性 ： 虚拟仪器
技术的柔性结构， 给学生提供 了一个充分发挥 自己的想象
力、 创造 力和施 展才 能的空间。第 二 ， 自动化 ： 生根据实验 学 内容 ， 编写 出 自己的实验 程序 ， 在计 算机 控制 下 自动完 成 实 验操作 ， 括 仪器 工作参 数 没置 、 验数 据 的 自动 采集 、 包 实 存 机 网络 。 自己家里实 时互 动 地操作 实验平 台 ， 在 远程进 行 实 验 的互动操作 。
Ｖ １６Ｓ ｐ ｌ ｏ ． ｕ ｐ
Ｄｅ ２ ０ ｃ． ０ ６
基于LabVIEW的应变测量系统的设计与应用
基于LabVIEW的应变测量系统的设计与应用马志燕【摘要】A system of strain measurement based on virtual instrument is designed,and it com-bines the advantages of virtual instrument and Lab VIEW software.Based on the principle of strain measurement,hardware and software framework of strain measurement system is designed case studyin test of warp tension,and The advantages of this measuring system is verified over traditional sys-tems.Results show that the system has advantages of simple structure,convenient operation,and which can givefull play to the powerful advantage of computer in datacalculation,transmission,stor-age and display.%结合虚拟仪器及其 LabVIEW软件的优点，设计了一种基于虚拟仪器的应变测量系统。
在应变测量原理的基础上，以经纱张力测试为例设计了应变测量系统的软硬件结构，验证了该测量系统较传统系统的优越性。
结果表明，系统硬件结构简单，操作方便，同时能够充分发挥计算机在数据计算、传输、存储和显示等方面的巨大优势。
【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P62-64,65)【关键词】虚拟仪器;LabVIEW;应变测量【作者】马志燕【作者单位】宝鸡文理学院机电工程系，陕西宝鸡 721000【正文语种】中文【中图分类】TP2740 引言应变测量是机械工程中分析零件或结构受力状态、评价材料力学性能、面内变形场的高精度测量和研究某些物理现象机理的重要手段之一。
基于虚拟仪器实验室多功能自动测试系统
虚 拟 仪 器 对 其 前 端 硬 件 的 要求 。
（ ）软 件 组 成 ：软 件 是 虚 拟 仪 器 的 核 心 ，是 虚 拟 仪 ２
器 系 统 实 现 的 关 键 。 本 系 统 软 件 设 计 由 ＶＢ６ ０与 Ｓ ． ＱＬ ｓ ｒｅ ｅ ｒ完 成 。ＶＢ ． 是 一 种 交 互 性 很 强 的 可 视 化 程 序 设 ｖ ６０
发 、 括 预 触 发 ； 可测 量 电 流 、 压 、 变 、 电偶 、 包 ⑥ 电 应 热 热 电阻 、 动 、 速 度 、 率 等 。 振 加 频 基 于 上 述 特 性 ， 集 板 具 有 很 好 的 通 用 性 ， 足 了 采 满
（ ） 件 组 成 ： 统 由 ＤＡＱ（ ｔ ｑ ｉｉｏ ） 和 １硬 系 ＤａａＡｃ ｕｓｔ ｎ 板 ｉ
虚 拟 仪 器 是 使 用 相 同 的 硬 件 系 统 ， 通 过 设 计 不 同
的软 件 就 可 以 完 成 功 能 完 全 不 同 的各 种 测 量 任 务 的 仪
动 测 量 系 统 的 良好 选 择 。
Ｄａ Ｂｏ ｋ／１ｌ 的 特 点 ：（ １ ｑ ｏ ２ ００ｋ ／ｓ ｓ １ 位 Ａ／Ｄ ； ｓ ｅ件 组 成 ＰＣ —ＤＡＱ 测 试 系 统 ， 基 于 Ｐ —ＤＡＱ 虚 拟 仪 器 灵 活 性 大 ，成 本 低 等 特 点 。 通 过 传 Ｃ 感器 ， ＤＡＱ 板 将 信 号 送 人 计 算 机 ， 用 计 算 机 对 信 号 进 利 行 处 理 ，达 到 测 试 的 目 的 ；通 过 增 加 ＤＡＱ 板 的 输 入 通
数 据采 集 Ｅ Ｐ 自动 测 试 系 统 Ｐ
多 功 能 自动 测 试 系 统 ， 详 述 了 其 实 现 的 过 程 。 并
关 键 词 虚 拟 仪 器
虚拟仪器技术的应用案例
虚拟仪器技术是一种基于计算机和软件的测量和控制系统，它可以通过软件模拟各种物理、电学或机械设备，以实现各种测试、分析和控制任务。
以下是虚拟仪器技术的应用案例：
虚拟测试平台：将虚拟仪器技术应用于汽车、航空航天等领域，可以构建出真实且可靠的虚拟测试平台，对各种零部件进行测试和仿真。
生产线监测：利用虚拟仪器技术，可以开发出能够监测生产线的工作状态和性能的虚拟仪器，从而提高生产效率并减少故障。
医疗诊断：虚拟仪器技术可以应用于医疗领域，如开发出虚拟血压计、心电图等设备，可以帮助医生更快速、更准确地进行疾病诊断和治疗。
环境监测：虚拟仪器技术可以应用于环境监测中，如气体检测仪、水质监测仪等，能够及时检测环境污染并采取相应的措施。
教育培训：虚拟仪器技术可以被应用于教育领域，如开发出虚拟实验室、虚拟仪器等，可以帮助学生更好地理解和掌握相关知识。
总之，虚拟仪器技术在各个领域都有广泛的应用，通过模拟真实设备，可以提高测试效率和准确性，并降低成本。
基于虚拟仪器的阻抗自动测量系统的研究
基于虚拟仪器的阻抗自动测量系统的研究摘要随着计算机技术的发展，仪器仪表领域也开始发生巨大的变化，从传统仪器、智能仪器开始向虚拟仪器发展。
虚拟仪器以其强大的存储、数据显示和数据分析优势，逐渐受到重视。
虚拟仪器技术通过软件将计算机与仪器硬件相结合，很好地将计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的现场测量、控制结合在一起。
不仅降低了仪器的生产成本，还提高了仪器的性能，从而得到广泛的应用。
另外，随着现代科学技术的进步，阻抗的测量逐渐成为各类电子产品的研究基础。
目前，阻抗测量技术已在生物医学、工业测控、电力控制等领域有广泛的应用。
为了满足高校实验室对电子元器件及其附属参数的测量需求，本文设计了一种基于虚拟仪器的阻抗测量系统。
本文通过将虚拟仪器技术与传统硬件相结合，设计实现了一种通过伏安法对阻抗参数进行测量的系统。
其主要工作原理为：将阻抗的测量转换为矢量电压的测量，再利用获得的矢量电压的实部和虚部的数字量与被测参数之间的关系，将其转换为待测量。
本系统主要由硬件和软件两部分构成，硬件部分主要包括通过FPGA设计实现的信号源模块、阻抗/矢量电压转换模块、相敏检波模块、A/D转换模块和通信模块。
其具体的实现主要为利用FPGA设计实现系统正弦激励信号与基准信号的产生；通过相敏检波将采集到的矢量电压信号进行实部和虚部分离；利用低通滤波器滤除干扰信号；再通过A/D转换芯片将采集到的模拟电压信号转换为数字信号；通过系统总线将数据传输到计算机，并对数据进行处理和显示。
软件部分是利用虚拟仪器软件LabVIEW设计实现仪器的数据处理、显示和控制界面，并通过动态链接库的调用来执行仪器操作。
关键字：虚拟仪器技术，阻抗测量，FPGA，LabVIEWResearch of Automatic Impedance Measuring System Based onthe Virtual InstrumentAbstractWith the development of the computer technology, the field of instrumentation begins to change dramatically from traditional instruments and intelligent instruments to virtual instruments. Due to its strong advantages on storage, data display and data analysis, the virtual instruments have gained more attention. Virtual-instrument technology combines the computer and the instrument hardware together using software. It combines the excellent data processing ability of computer with the measurement，and controlling ability of instruments hardware together in this technology. Consequently, not only the cost of the production is reduced, but the instrument performance is also improved. Therefore, the virtual instrument has been widely used.In addition, with the progress of modern science and technology, the measurement of impedance has gradually become the basis of all kinds of electronic products.At present, the impedance measurement technology has been widely used in biomedical science, industrial measurements, power control and other domains.In order to satisfy the measurement requirements of electronic components and their subsidiary parameters in the university laboratory, a kind of impedance measurement system based on virtual instrument is designed in this paper.Based on the combination of virtual instrument technology and traditional hardware, this paper designs and realizes a system to measure the impedance parameters using the volt-ampere method.Utilizing the relationships between the real and the imaginary parts of the voltage vector and the complex impedance, the measurement of the complex impedance can be converted to the measurement quality of the voltage vector. The process can effectively improve the precision of the system.The system consists of two parts: hardware and software. The hardware part is mainly composed of the signal source module designed by FPGA, the conversion module of impedance to voltage vector, themodule. The design and realization of sinusoidal excitation signal and the reference signal is utilized by FPGA. We separate the real and imaginary parts of the voltage vector by the phase sensitive detection, and filter out the interference by a low pass filter. Then the collected signal is converted to a digital signal by an A/D conversion chip. The data will be transmitted to the computer through a communication bus of the system, and then it will be processed and displayed.The software part realizes the data processing, display and control using the virtual instrument software LabVIEW.And the operation of the instrument is performed by calling dynamic link libraries.Keywords:Virtual instrument technology, Impedance measurement, FPGA, LabVIEW目 录第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3虚拟仪器技术简介 (4)1.3.1 虚拟仪器概念 (4)1.3.2 虚拟仪器的构成 (4)1.3.3 虚拟仪器的发展 (5)1.4虚拟电子测量系统 (5)1.4.1 虚拟电子测量系统介绍 (5)1.4.2 虚拟电子测量系统的构成 (6)1.5主要研究内容 (7)第2章阻抗测量理论及方法分析 (9)2.1阻抗自动测量系统主要性能和预期指标 (9)2.2阻抗简介 (9)2.2.1 阻抗的定义 (9)2.2.2 阻抗的表达方式 (10)2.2.3 被测件的等效电路 (11)2.3阻抗的测量方法 (12)2.3.1 谐振法 (12)2.3.3 伏安法 (14)2.3.4 网络分析仪法 (15)2.4阻抗测量方法的对比 (16)2.5本章小结 (17)第3章阻抗测量系统的原理及总体设计 (18)3.1阻抗测量系统的原理 (18)3.2系统的总体设计 (22)3.2.1 系统的硬件设计 (22)3.2.2 系统的软件设计 (23)3.3本章小结 (24)第4章系统硬件设计及实现 (25)4.1信号源模块 (25)4.1.1 信号源设计的方案与对比 (25)4.1.2 信号源的实现 (27)4.1.3 FPGA实现 (28)4.2阻抗/矢量电压转换模块 (30)4.2.1 阻抗/矢量电压转换原理 (30)4.2.2 连接电路设计 (31)4.2.3 电路实现 (32)4.3相敏检波模块 (32)4.3.1 相敏检波原理 (33)4.4A/D转换模块 (35)4.4.1 ADS1232芯片 (36)4.4.2 A/D转换电路的实现 (36)4.5通信模块 (36)4.5.1 通信模块工作原理 (36)4.5.2 通信模块的实现 (37)4.6电源转换模块 (38)4.7系统硬件实物图 (38)4.8本章小结 (39)第5章软件设计 (40)5.1系统设备驱动程序 (40)5.2应用程序的开发 (42)5.2.1 LabVIEW简介 (42)5.2.2 软件程序框图 (43)5.2.3 系统前面板设计 (46)5.3本章小结 (46)第6章系统性能测试及误差分析 (47)6.1系统工作流程介绍 (47)6.2数据测试及对比 (48)6.2.1 电阻的测量 (49)6.2.2 电容的测量 (50)6.2.4 附属参数测量 (52)6.3误差分析 (53)第7章总结 (55)7.1本文主要完成的工作 (55)7.2系统存在的不足及展望 (56)参考文献 (57)作者简介及科研成果 (61)致谢 (62)第1章绪论1.1 研究背景及意义测量是我们认识和改造自然界的一种重要手段，对任意一种研究对象，只要想对其进行定量评价，就需要通过测量来实现[1]。
基于PXI总线和虚拟仪器的智能传感器测试系统
８１０＇ ｌｇａｄ ｐａ ｏ ｅ ｒｅａｄｔｅｓｓ ｍ ｔｋ ｓｋ鸥 ｔ ｏｆ ｕｅｔｅｓｓｅ ． ｅ ａ ｓ ｅｓｓ ｍ ｓｓ ｈ ｖｎ ｅ 田 ￣８１ ｐｕ－ － ｌ ｏ ｔ ￣ｔ ｈ ｙｔ ａｅ １ ’ ｓ ｎ ｙ ｎ ｕ ｎ ｅ ｉ ｔ ｃｎ ｇｒ ｔｍ Ｂ ｃｕｅｔ ｙｔ ｕｅ ｅａ ａｃ ｈ ｄ ｍｅ ｏ ｉ ｈ ｙ ｈ ｅ ｔ ｄ ｄ
．
Ｋｅ ｏ ｄ ： Ｘ ｕ ； ｉ ｕ ｌ ｕ ｔ ｍｅ ｔ， Ｓ ８ ｎ ｏ ｙ ｗ ｒ ｓ Ｐ Ｉｂ ｖｒ ａ ｒ ｎ ； ＥＤ ｅ ￥ｒ ｓ ｔ ｉ ｕ ｓ Ｉ
０ 引言
感器或 传动器 进行识 别 和描述 的二 进制 Ｔ Ｄ 信息 。Ｔ Ｄ 包 ＥＳ ＥＳ 含的信息包括 ： 制造商 、 传感器 型号 、 号 、 序列 测量范 围、 灵敏度
，
ｉ ｉ ａｓ ｌ－ ｈ ｎ ｅｓａ ｄ ｍｕｔ ８ ｎ ｏ８ ｉｔｌ ｔ ａ ｔｓ ｎ ｙ ｔｍ、ｔＣ ｎ ｌｚ ｅ ｄ ｔ ｎ ｔ ， ａ ｅ ｅ ｒｓ ｔ ｑ ｉｋｙ ｔ ｓ ｌ ａ ｍｕｔ ｃ ａ ｎ ｌ ｎ ｌｉ ｅ ８ ｌ ｅ ｅ ｕ ｌ ｅ ｔ ｇ ｓ ｓ ｏ ｉ － － ｎ ｃ ｉ ｅ Ｉ ａ ａ ａｙ ｅｔ ａ ｉ ｍｅ ｓ Ｃ ｇ ｔ ｅ ｕ ｓ ｕ ｃ ｌ ｎ ｈ ａ ｉ ｏ ｎ ｈ ｔ ｌ
Ｚ ＮＧ ＬｎｒｉＴ ＮＧ Ｌ－ ｉＬ Ｎ ｕ －ｉ ＨＡ ｉ－ｕ ，Ａ ｉ ｗｅ，ＵＡ Ｊｎｙｎ ｇ
（ ａｏ ｅｔ ｔ ， ｄｎｅＥ ｇ ｅｒ ｇＣ ｌｇ ， ｉ ｌ ５０ ３Ｃ ｉ ） ＷｅｐｎＴ ｓ Ｏｍ ｅ Ｏｒａｃ ｎ ｉ ｅｉ ｏ ｅｅ ｒ ｎ ｎ ｌ ａ 锄ｇ０００ ， ｈｎ ｊ ａ
术 的智 能传感 器测试 系统。该 系统能够实现传 感器的即插 即用和 自动 配置 ， 大大缩短 了配置 系统的时间。 由于采 用了性 能先进 的硬件产品 ， 它同时也是 一种 多通道 多传感 器的智能测试 系统 ， 能够对采集 的数据进行 实时分析 ， 从而更快地得 出
基于虚拟仪器的测试系统
０ 引言
所谓 虚拟 仪器 就是以计算机作为仪器统一的硬 件平 台，
充分 利用 计算 机的运算 、 存储 、 回放 、 调用 、 示及文 件管理 显
意 以下一些问题 ： 数据分辨率 、 精度 、 最高采样速度 、 通道数 、 总线接 口类型。美国 Ｎ 公 司的数据 采集 卡很好 。 价格 贵 ， Ｉ 但
具箱 和函数库 ， 并集成 了很多 仪器硬件 库。Ｌｂ ｅ 持多 ａ ｗ支 ｉ ｖ 种操 作系统平 台 ， 在任何一个平 台上 开发的 Ｌ ｂ ｅ ａｖ ｗ应用程 ｉ
序可直接移植到其它平 台上 。
出和计数器四种输入输出方式。在此使用模拟输入方式 ， 可
以通过选 择 Ｄａ ｑ ｉｔ ｎ子 模块 的 Ａ ａ ｇＩｐ ｔ 模 板 ｔ Ａｃｕ ｉｏ ａ ｓｉ ｎ ｌ ｎｕ 子 ｏ
维普资讯
２０实 践
基 于虚 拟 仪 器 的 测 试 系统
白树森
（ 家 口职 业技 术 学 院， 张 河北 张 家 口 ０ ５ ０ ） ７ ０ ０
摘 要： 虚拟仪 器就是 以计 算机作 为仪 器统一的硬件平 台， 充分利用计算机智 能化功 能 ， 统仪 器的专业化 把传
ｌ 传感器Ｉ 信号调理ｌ 数据采集ｌ 计算机（ａｖＥ Ｉ —Ｉ —Ｉ —Ｊ Ｌｂ Ｉ ｗ）
图 １ 硬 件 组 成 框 图
传感器： 它的作用是将被测信号转换为与之有对应关系 电信号。如测速发电机、 流量传感器等信号调理： 它的作用
包括信号放大 或衰 减、 波 、 滤 隔离 、 保护 等。Ｎ 公 司的 仪器 Ｉ 信号调理板卡 Ｓ Ｘ 是 Ｌｂ ＩＷ 软件直 接支持的一个 信号 Ｃ ｌ ａＶ Ｅ
２ 虚拟 仪器 的软件 设计
软件设计 由两部 分组 成 ： 面板和 流程 图。在前 面板 ， 前
【优秀版】现代测试技术与系统PPT
2）以个人计算机为核心的个人仪器测试 系统，如图1-5、1-6所示。
具有测量功能的模块或仪器卡直接与个人 计算机的系统总线相连。仪器的测试功能由在 个人计算机上开发的测试应用程序实现。
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智能仪器：采用专门的微处理器、存储器 和接口芯片，与仪器测量部分融合在一起。
自动测试系统：是用现成的PC配以一定 的硬件和仪器测量部分组合而成。
虚拟仪器：是将测试仪器软件化和模块 化，并与计算机结合构成的仪器系统。
1. 智能仪器
智能仪器是指包含微计算机或微处理器的 测量或检测仪器。具有对数据进行存储、运 算、逻辑判断及自动化操作等功能。它具有的 软件功能使仪器呈现某种智能作用。
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智能仪器的特点： （1）操作自动化； （2）具有自测功能； （3）具有数据处理功能； （4）具有友好的人机对话能力； （5）具有可程控操作能力。
2. 自动测试系统 自动测试系统是以PC为核心，在程序控 制下自动完成测试任务的仪器系统。 其发展分为3个阶段：第1代专用型，第 2代积木型，第3代模块化集成型。
2）测量精度高，性能好； （1）第1代自动测试系统 常见的自动测试系统一般由测试控制器、可程控测试仪器、标准数字接口总线、测试软件等组成。
系统中的嵌入式计算机、模块化仪器均以总线插卡的形式出现，插入带有总线插座、插槽、电源的VXI、PXI总线机箱中。 年10月22日星期二 系统中的嵌入式计算机、模块化仪器均以总线插卡的形式出现，插入带有总线插座、插槽、电源的VXI、PXI总线机箱中。 （2）第2代自动测试系统 虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己定义，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 。
基于虚拟仪器技术的电源自动测试系统
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｒ ａ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｒ ａ ｔ ｍ ａ ｉ ｔ ｓ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ｖ ｒ ｕ ｌ ｉ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ａ ｅ ｄ ｓ ｓｒ ｃ ： ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｅ ｌ ｔ ｆ ｐ ｗｅ ｕ ｏ ｔｃ ｅ ｔ ｓ ｓ ｅ ｂ ｓ ｄ Ｏ ｉｔ ａ ｎ ｔ ｕ ｎ ｒ ｉ— ｚ ｏ ｃ ｓ ｅ ｒ ｍ ａ ｄ ｗａ ｅ ｔ ｏ ｔ ｗａ ｅ Ｏｎ ｈ ｒ ｒ ， ａ ｌ ｔ ｓ ｉ ｇ ｉ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ａ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｔ ｏ ｕ ｅ ｕ ｓ ｄ ｆｏ ｈ ｒ ｒ ｏ ｓ ｆ ｒ． ａ ｄ ｗａ ｅ ｌ ｅ ｔｎ ｎ ｔ ｕ ｎ ｒ ｏ ｎ ｃ ｅ ｏ ｃ ｍｐ ｔ ｒ ｔ ｒ ｕ ｈ ｓａ ｄ ｒ ｈ ｏ ｇ ｔ ｎ ａ ｄ ＧＰＩ ｏ ｆ ｕ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｇ ｉ ｓ ｒ ｍｅ ｔ Ａｎ ｏ ｒ ａ ｔ ｍａ ｉ ｅ ｔｎ ｙ ｔ ｍ ｓ ｂ ｉ Ｂ ｃ ｎ ｉ ｒ ｄ ｉ ｅ ｔｎ ｎ ｔ ｕ ｎ ． ｇ ｄ ａ ｐ ｗｅ ｕ ｏ ｔｃ ｔ ｓ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｉ ｕ ｌ ｔ ｕ ．Ｓ ｆｗａ ｅ ｉ ｅ ｅ ｏ ｅ ｎ ｔ ｅ ｂ ｓ ｓｏ ａ ＶＩ ｐ ｏ ｔ ｒ ｓｄ ｖ ｌ ｐ ｄ ｏ ｈ ａ ｉ ｆＬ ｂ ＥＷ ｌ ｔｏ ｍ ｆｖ ｒ ｕ ｌ ｎ ｔ ｕ ｎ ．Ｔｈ ｙ ｔ ｍ ｅ ｅ ｏ ｅ ｐ ａ ｆ ｒ ｏ ｉｔ ａ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｉ ｅｓ ｓ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｈ ｓ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｏ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔ ｔ ｓ ， ｅ ｓ ｐ ｒ ｔｏ ａ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｆ ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｏ ｕ ｅ ｃ ａ ｙ ｏ ｅ ａ ｉ ｎ。 ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｅ ｌ ｃ ｍ ｅ ｔ ｆ ｒ ｓｍｉ ｒ ｉ ｓ ｒ — ｏ ｖ ｎ ｅ ｔ ｒ ｐａ ｅ ｎ ｏ ｉ ｌ ｎ ｔｕ ａ ｍｅ ｔ ，ｓ ｖ ｎ ｏ ｔ Ａ ｌｏ ｉ ｓ ｐ ｏ ｔ ｈ ｔ ｏ ｆｆｅｄ ｄ ｂ ｇ ｉ ｇ，ｃ ｎ ｅ ｉｎ ａ ｎ ｅ ａ ｃ ，ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｎ ｓ ａ ｉｇ ｃ ｓ． ｓ ｔ ｕ ｐ ｒ ｓ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｉ ｌ ｅ ｕ ｇ ｎ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔｍ ｉ ｔ ｎ ｎ ｅ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔ ｔ ａ ｅ ｔ ｓ ｉ ｇ ｒ ｃ ｒ ｓ ｎ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｄ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ ｔ ａ ｉ ｇ ｂ ｃ ｒ ａ ｙ ｏ ｓ ｖ ｅ ｔ ｅ ｏ ｄ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ａ ａ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｒ ｃ ｎ ａ ｋ ａ ｅ ｅ ｓ ． ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｔ ｍ ａ ｉ ｅ ｔｎ ｙ ｔ ｍ ；ＧＰＩ ｙ ｗｏ ｄ ： ｕ ｏ ｔｃ ｔ ｓ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ Ｂ；ｖ ｒ ｕ ｌ ｎ ｔ ｕ ｎ ；Ｌａ Ｖ Ｉ ｉｔ ａ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｉ ｂ ＥＷ ；ｐ ｏ ｒ ｍ ｒ ｎ ａ ｅ ｒ ｇ ａ ｆ ｏ ｔｐ ｎ ｌ
基于虚拟仪器技术的小功率自动测试系统
右， 并且将人为 引进测量误差 的几率 大大降低 。
２ 系统总体结构
２ ． １ 系统 功 能
系统利用计 算机对 小功 率标准 装置 的各 设备 进 行 程控 ， 实 现计 量工 作 的 自动 化 。Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 的程 控 命 令通过 内部 的 Ｖ Ｉ Ｓ Ａ模 块 ， 利 用计 算机 的 Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ总
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（ ６ １ ２ ３ ６ Ｕ ｎ ｉ ｔ ， Ｐ Ｌ Ａ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ９ ４ ）
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基于虚拟仪器技术的示波器测试系统
科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI O N2008N O .13SC I ENC E &TEC HN OLO GY I NFO RM ATI O N工程技术1基于虚拟仪器技术数字示波器的设计1.1虚拟示波器的组成框图虚拟仪器是指用软件、硬件及其它附加设备把计算机转变为可用于测试、测量和应用于工业自动化领域的监测设备[1].本虚拟数字示波器主要由一块P C I 总线的多功能数据采集卡和相应的软件组成。
将它们安装在一台运行的P C 机上,即构成一个功能强大的可存储数字示波器。
该数字示波器操作与显示主面板如图1所示。
1.2仿真与实际信号的采集当用虚拟数字示波器进行测量时,意味着被测电路特性数据是事先知道的。
这里我们将解释获取信号的基本步骤,选择明确设置取决于被测信号,举例说明:有一个峰值电压为5V,1M Hz 的正弦波信号,连接到A 通道1:1的探头上。
首先我们设置通道参数,其次设置触发特性,然后开始采样获取波形,最后停止采样,保持最后的测试结果。
P CI 总线传输速率高,数据吞吐量大,是今后数据采集板卡设计的主流。
本设计采用的PCI －1200数据采集卡是一块性价比较好的产品,支持D M A 方式和双缓冲区模式,保证了实时信号不间断采集与存储。
它支持单极和双极性模拟信号输入,信号输入范围分别为－5～＋5V 和0～10V 。
提供16路单端／8路差动模拟输入通道、2路独立的D A 输出通道、24线的T T L 型数字I ／O 、3个16位的定时计数器等多种功能。
这些功能使得我们不仅可以用该卡设计虚拟示波器,也可以设计虚拟函数发生器或虚拟计数器,做到一卡多用。
1.3仪器功能本虚拟数字示波器设计参考了H P 公司的双通道台式数字存储示波器HP54603B 的功能,并在仪器分析和处理功能上有所扩展。
仪器主要功能包括:双通道信号输入、触发控制、通道控制、时基控制、波形显示、参数自动测量、频谱分析、波形存储和回放等。
基于虚拟仪器的PCB自动测试系统软件设计
（． 军 工程 大 学 １海 武汉 ４ ０ ３ ；． ３ ０ ３ ２ 海装 上 海局
上海
上海
２０ ．
２０ ８ ） ０ ０ ３
摘
要 ：介绍 了某型 电子装备 的 Ｐ Ｂ自动测试系统的结构和功能 ， Ｃ 给出了测试系统主控软件 和测试子 程序 的设计 与
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｒ ｈｔ ｃ ｕ ｅａ ｄ ｆ ｎ ｔ ｎ ｏ ｈ ｕ ｏ ｔ ｅ ｔ ｇ ｓ ｓ ｅ ｏ ＣＢ ｉ ｌｃ ｒ ｎ ｃ ｅ ｕ ｐ ｅ ｔ ｉ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ． ｓｒ ｃ： ｅ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｒ ｎ ｕ ｃ ｉ ｆｔ ｅ ａ ｔ ｍａ ｉ ｔ ｓ ｉ ｙ ｔ ｍ ｆ Ｐ ｎ ｅｅ ｔｏ ｉ ｑ ｉｍ ｎ ｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｏ ｃ ｎ Ｔｈ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｍａ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｔ ｒ ｎ ｕ ｐ ｏ ｒ ｍ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｅｍｏ ｕ ａ ｉａ ｉ ｎ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｓ ｅ ｏ ｔｏ ｆｗａ ｅａ ｄ ｓ ｂ ｒ ｇ ａ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ Ｔｈ ｄ ｌ ｒ ｔ ｅ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｓ ｓ ｚ ｏ ｉ ｕ ｅ ｏ ｄ ｖ ｌ ｐｍａ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｔ ｒ ｉｈ ｆ ｓ ｌ ｔ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｌ ｄ ｌｓ ｔ ａ ｕ ｏ ｔ ｓ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｎ ｅ ． ｆｅ ｅ ｔ ｓ ｓ ｄ ｔ ｅ ｅｏ ｓ ｅ ｏ ｔｏ ｆｗａ ｅｗｈ ｃ ｕ ｅａ ｌ ｈ ｕ ｃ ｉ ａ ｓ ｏ ｍｏ ｕ ｅ ｈ ｔ ｔ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ｅ ｄ Ｄｉｆ ｒ ｎ ａ ｎ ｔ ｓ ｕ ｐ ｏ ｒ ｍ ｅ ｉ ｎ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔ Ｐ ｕ ｃ ｉｎ Ｓ ｍｅ ｃ ｉ ｃ ｌ ｅ ｈ ｉｕ ｓ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｔ ｅ ｅ ｔｓ ｂ ｒ ｇ ａ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ａ ｅ ｎ ｄ ｆ ｒ ｎ ＣＢ ｆ ｎ ｔ ． ｏ ｒｔ ａ ｃ ｎ ｑ ｅ ｓ ｄ ｉ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ｓ ｆ ｏ ｉ ｔ ｓ ／ｗａ ｅａ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｅｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓｏ ａ ｄ ｒ ｏ ｆ ｕ ａ ｉｎ ａ ｄ ｄ ｔ ｒ ｃ ｓ ｉ ｎ ａ ｄ ａ ａ ｙ ｉｇ ａ ｅ ｒ ａ ｉｅ ． ｏ ｔ ｒ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ， ｎ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｆｈ ｒ ｗａ ｅ ｃ ｎ ｉ ｒ ｔ ｎ ａ ａ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｎ ｎ ｌ ｚｎ ｒ ｅ ｌ ｄ ｇ ｏ ｚ Ｔｅ ｔｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ｖ ｈ ｔｔ ｅ ｓ ｆｗａ ｅｏ ｈ ｕ ｏ ｔ ｓ ｙ ｔ ｍ ｆＰ ｓ ｃ ｐ ｂ ｅ ｏ ｔ ｂ ｅｗｏ ｋ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ａ ｄ ｓｉ ｇ ｒ ｓ ｌ ｐ ｏ ｅ ｔ ａ ｈ ｏ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ａ ｔ ｅ ｔｓ ｓ ｅ ｏ ＣＢ ｉ ａ ａ ｌ ｆｓａ ｌ ｒ ， ｏ ｓ ｌｔ ｕ ｃ ｉ ｎ ｏ ｇ ｏ ｏ ａ ｉ ｌ ｅ ｆ ｒｎ ｎ ｅ Ｖｉｔ ａ ｎ ｔｕ ｅ ｔ ａ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｃ ｎ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅｙ ｄ ｃ ｅ ｓ ｈ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｃ ｓ ｎ ｏ ｄ ｃ ｍｐ ｔ ｅｐ ｒｏ ｒ ａ ｃ ． ｒ ｕ ｌｉ ｓ ｒ ｍ ｎ ｓ ｂ ｓ ｄ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｆｅ ｔ ｌ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｏ ｔａ ｄ ｂ ｖ ｉ ｒ ｖ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｅ ｆ ｉｎ ｙ ａ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｉ ｅ ｃ ｓ ｗｅ１ ｃ ． Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｖｒ ｕ １ ｎ ｔｕ ｎ ； ａ ｔ ｍ ａ ｉ ｅ ｔ ｇ ｓ ｓ ｅ ； ｓ ｆｗａ ｅ ｓ ｂ ｒ ｇ ａ ｙ ｒｓ ｉｔ ａ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｕ ｏ ｔ ｔ ｓ ｉ ｙ ｔｍ ｉ ｃ ｎ ｏ ｔ ｒ ； ｕ ｐ ｏ ｒ ｍ
计算机虚拟仪器技术
计算机虚拟仪器技术简介计算机虚拟仪器技术是在计算机技术的基础上，将软件技术与仪器技术相结合，实现对各类仪器进行虚拟化的技术。
它通过软件模拟的方式，将传统的硬件仪器虚拟化为软件仪器，实现了在计算机上进行各类仪器的模拟、仿真和操作，具有灵活、便捷和高效等特点。
发展历程计算机虚拟仪器技术起源于20世纪80年代，当时主要用于代替传统的硬件仪器进行信号采集和分析。
随着计算机技术的发展，虚拟仪器技术也得到了迅速的发展和应用。
90年代，虚拟仪器技术开始应用于自动测试系统，实现了对多种测试设备的集成和统一管理。
2000年代以后，随着云计算和大数据技术的兴起，计算机虚拟仪器技术得到了进一步的发展，不仅应用于实验室和工业界，还被广泛应用于医疗、教育、科研等领域。
技术原理计算机虚拟仪器技术主要包括以下几个方面的技术：1. 信号采集与处理在计算机虚拟仪器技术中，模拟信号需要通过数据采集卡进行采集，并输入到计算机中进行处理。
计算机利用模拟-数字转换技术将模拟信号转换为数字信号，并进行数字信号处理。
2. 仪器仿真与建模利用计算机虚拟仪器技术，可以通过编程语言或专门的建模工具对仪器进行仿真。
根据仪器的特性和功能，可以利用数学模型和物理模型进行仿真，以实现对仪器的模拟和仿真。
3. 用户界面设计计算机虚拟仪器技术依赖于用户界面的设计，通过直观的图形界面和友好的操作方式，使用户能够方便地模拟和控制虚拟仪器。
用户界面设计要考虑用户的使用习惯和操作需求，提供清晰的操作指导和可视化的数据展示。
4. 数据处理与分析在计算机虚拟仪器技术中，数据处理与分析是非常重要的环节。
通过对采集到的数据进行处理和分析，可以得到实验结果和相关参数，并通过可视化的方式展示给用户。
数据处理与分析的方法包括滤波、频谱分析、峰值检测等。
5. 仪器控制与管理计算机虚拟仪器技术可以实现对各类仪器的远程控制和集中管理。
通过网络技术和远程控制接口，可以实现对分布在不同地点的仪器的控制。
基于虚拟仪器的气敏元件智能测试系统
基于虚拟仪器的气敏元件智能测试系统林永兵;李晓燕;王天荣;张国雄【摘要】介绍了一种用于测量气敏元件参数的虚拟仪器测试系统,具体内容包括信号调理模块设计,基于ISA总线数据采集卡及其驱动程序的设计,高度交互的虚拟软面板和数据处理软件的设计,并给出了设计中的关键技术.用虚拟仪器组建的气敏元件测试系统具有很高的性能价格比,不仅可为生产厂家提供理想的测试工具,而且可为开展气敏元件的进一步研究和应用提供有效的手段.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2002(035)001【总页数】4页(P39-42)【关键词】虚拟仪器;ISA总线;气敏元件【作者】林永兵;李晓燕;王天荣;张国雄【作者单位】天津大学,精密仪器与光电子工程学院,天津,300072;河北科技大学,石家庄,050018;哈尔滨理工大学,哈尔滨,150080;天津大学,精密仪器与光电子工程学院,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TP274+2林永兵1；李晓燕2；王天荣3；张国雄1(1.天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072；2.河北科技大学，石家庄，050018；3.哈尔滨理工大学，哈尔滨，150080）随着液化石油气、煤气普遍进入家庭，安全的重要性日益明显.因煤气泄漏造成财产损失和伤亡事故时有发生，燃气泄漏报警器已越来越受到人们的重视，报警器的生产也得到迅速发展.燃气泄漏报警器的核心单元是气敏元件.为了提高气敏元件的质量、可靠性和降低生产成本，必须形成规模生产.目前限制气敏元件规模化生产的一个重要因素是检测手段落后，测试效率和精度低，同时，由于缺少完善的测试设备，得不到气敏元件各种特性的完整参数和曲线，也限制了气敏元件的进一步研究和应用.例如气敏元件的温度补偿问题，只有充分了解了气敏元件电阻值在不同气体浓度和温度条件下的变化规律，才有可能采用适当的软硬件方法进行满意的补偿.因此，无论对于生产和研究，都急需一套完善的气敏元件性能参数测试系统[1]. 近几年来，虚拟仪器技术在国内外发展迅速[2].虚拟仪器以其组建系统的灵活性、操作的简捷性、强大的数据处理能力、易于维护和扩充等优点，在气体传感器测试领域中有着广阔的应用前景.气敏元件的特性参数多，需采集和处理的数据量大，面向控制的单片机的数据处理能力有限，而基于计算机的虚拟仪器却具有强大的数据处理能力；由于虚拟仪器技术的引入，气敏元件的各种特性曲线的实时测量成为可能；用虚拟仪器组建气敏元件测试系统成本低，性能完善，具有广阔的应用前景和市场竞争力.根据我国气敏元件生产厂家的实际情况和现有技术水平，利用虚拟仪器技术成功地组建了气敏元件参数测试系统.该系统可模拟气敏元件的各种使用环境；一次可测50只元件，测试效率高，并且可以测量气敏元件的各种特性曲线；可以按用户自行设定的失效判据进行分档；通用性强，测量其它气敏元件时，只需更换取样电阻即可；虚拟面板良好的人机界面，可大大提高用户操作的准确性；课题来源于国家“九五”攻关项目“气体传感器技术研究”，有重大的实际应用价值.气敏元件是一种把气体(多数为空气）中的特定成份检测出来，并将它转换成电信号的器件，以便提供有关待测气体的存在及其浓度大小的信息.目前常用的有等气敏元件.半导体气敏元件的基本工作电路如图1所示.A、B为气敏元件的两个极，为气敏元件工作时的加热电压，取样电阻串联在测试回路中.对串联回路加工作电压VC，在洁净空气中，气敏元件的电阻较大，则在取样电阻上的电压较小；当在待测气体中时，气敏元件电阻变小，则取样电阻上的电压变大.只要准确地测出在各种气体浓度和温度下的变化规律，就可以获得气敏元件的各种特性参数，如在某一温度和气体浓度下的灵敏度、分离度、电阻值、响应时间和响应曲线等.本测试系统由元件试验箱、仪器硬件和计算机三部分组成，如图2所示.元件试验箱采用有机玻璃加工，内置气敏元件测试元件板、加热装置、搅拌装置、注气排气装置和温湿度传感器.测试元件板上可以插装50只气敏元件；温湿度传感器监测试验箱内的温湿度变化情况；工作时，往元件试验箱内充入某一特定气体，以模拟气敏元件的各种现场使用环境；两个元件试验箱交替使用(图2中只画出一个），可提高测试系统的使用效率.仪器硬件由信号调理模块和数据采集卡组成，信号调理模块主要用来调理气敏元件和温湿度传感器的输出信号，使之成为标准的电压0～5 V或电流0～20 m A信号，然后送入数据采集卡进行模数转换.信号调理模块是专用的，而数据采集卡则设计成通用型.信号调理模块和数据采集卡的分开设计增加了组建测试系统的灵活性，如当被测对象改变时，只需更换信号调理模块即可，而无须重新设计整个仪器硬件.仪器硬件与计算机之间通过ISA总线来交换数据，整个测试系统是在计算机的控制下运行的.用户利用鼠标和键盘直接在虚拟面板上进行操作即可完成数据采集、分析计算、存贮和波形显示等功能，切换到数据处理软件后，立即以图表、曲线的形式给出气敏元件的各种特性参数，并能按用户自行设定的失效判据进行分档.虚拟仪器前端硬件包括信号调理模块和数据采集卡，这两部分都由我们自行设计. 信号调理模块对气敏元件和温湿度传感器的输出信号进行滤波、放大和阻抗变换，使之成为采集卡可以接受的信号.对于气敏元件输出的信号，由于其反映在取样电阻上的电压信号范围已在0～5 V之间，故无需放大，经过滤波和阻抗变换即可，而温湿度传感器的输出信号在0～1 V之间，为提高测量精度，需经过放大处理.本测试系统中，给每路气敏元件都配置了一个取样电阻，这样可克服由于共享取样电阻带来的信号建立时间长且不稳定的缺点，但同时取样电阻值的分散性也将在一定程度上影响系统测量精度.经过精度分析可知，选用0.1%精度、温度系数为25×10-6的精密电阻作为取样电阻是合适的，能保证测试系统在0.1～10 RL范围内有高于1%的测量精度.数据采集卡是基于ISA标准总线的，使用时，需插在计算机相应的插槽上.采集卡共占用4个连续的I/O地址，连续采样速率可达50 kbs，精度在0.1%以上.采集卡的原理框图如图3所示.模数转换芯片采用AD 1674 JN，因其内部带有S/H故无须外接采样保持器，简化了电路设计.地址译码部分采用可编程逻辑器件GA L 16V 8，进一步简化电路，提高采集卡的可靠性.卡上带有三个16位定时/计数器，其中两个级连，形成一个32位的实时时钟，可为用户提供几个微秒到几十分钟范围内的定时，另一个计数器可用于频率和脉宽的测量.其工作过程是先给通道寄存器置数，选择通道后，作延时再启动A/D转换，通过查询或中断方式来读取转换后的数据[3～4].该数据采集卡有以下几个特点：1）通道数多.通道数为64路，并且可编程选择任意二通道组成双端输入方式. 2）抗干扰能力强，适合工业现场环境下的测量.采用光电隔离和其他抗干扰措施如去耦、模拟地与数字地分开走线等，使采集卡具有了很强的抗干扰能力.3）板上自带DC-DC变换器，无须外接电源.为实现光电隔离，采集卡必须有两套独立的电源供电，采用DC-DC变换器，可直接从计算机电源中获取另一套独立的电源.4）成本低，通用性强.既可测模拟量(包括电流和电压信号），又可测频率量；12位的分辨率能满足大多数工业测量的要求.软件是虚拟仪器的核心，虚拟仪器的一切功能都通过软件来体现.本系统软件设计包括三部分：1）采集卡驱动程序，2）虚拟面板，3）气敏元件数据处理软件.采集卡驱动程序编写成动态链接库(DLL）的形式，在W indow s操作系统中，采用任何计算机语言，都能控制硬件卡的操作，获得测量结果.采集卡驱动程序的编制，使用户无须了解硬件卡的电路细节和工作原理，便能对它进行操作，大大地方便了用户进行二次开发.由于VC++中有直接对端口操作的函数，故采集卡驱动程序采用VC++编制.虚拟面板是传统仪器物理面板的逼真模拟，也是虚拟仪器的重要特征.本测试系统中的虚拟面板如图4所示，具有以下几个特点：1）高度的人机交互性.用户的每一步操作都能得到提示和及时响应；功能键之间的互锁，进一步提高了用户操作的准确性和安全性；提供在线帮助.2）双面板结构.主面板集中了所有的操作元件和显示元件，而所有的设置选项，则置于设置面板内.双面板结构，使主面板的布局更简洁明了，易于操作.3）取消了旋扭，采用更适合鼠标操作的按扭和滑块；用状态行来代替传统仪器上的指示灯，它所表达的信息更全面.4）被测信号的实时显示.在测量同时，被测信号波形如气敏元件响应曲线可实时地显示在窗口上.5）在虚拟面板的设计中应用了多线程技术，实现了系统在监测环境温湿度的同时能及时响应用户对虚拟面板的操作.通过对各个功能模块的合理划分，精心布局，最终设计出一块界面友好、操作简便、功能完善的虚拟面板，它提供给用户的功能和信息远比传统仪器面板丰富、直观. 数据处理软件采用模块化结构设计，各模块定义明确，划分合理.针对气敏元件参数多的特点，以表格和曲线的形式给出各种参数值，所有的参数都集中在一起，一目了然；最终测量结果可以存盘，也可打印输出.具有分档功能；用户可自行设定分档范围和失效判据及其它各种参数.数据处理软件的层次结构如图5所示.本测试系统中，数据处理软件是作为一个功能键出现在虚拟面板上的.虚拟面板与数据处理软件分开设计，各成独立模块，增加了组建系统的灵活性.给虚拟面板配以不同的数据处理软件，利用相同的硬件模块，便可构成不同的测试系统，真正实现“软件就是仪器”.本测试系统的虚拟面板和数据处理软件采用快速应用程序开发语言C++Builder 3.0编制，程序运行在W indow s95下.图6给出了实测的3气敏元件对H2的电阻响应曲线(取样电阻为200 KΩ）.1）目前，该测试系统已在国内多家单位投入使用，工作稳定可靠，用户反响良好. 2）本测试系统中，信号调理模块和数据采集卡的分开设计以及虚拟面板和数据处理软件的分开设计，使系统具有了高度的灵活性和易扩展性.3）用虚拟仪器组建的气敏元件测试系统，具有测量效率高、通用性强、使用方便、成本低等一系列优点，不仅可为生产厂家提供理想的测试工具，而且还可为开展气敏元件的进一步研究和应用提供有效的手段.【相关文献】[1] 林永兵.用虚拟仪器组建气敏元件测试系统[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学仪器仪表学院，1999.[2] 刘阳.基于PC总线虚拟仪器的关键技术及发展前景[J].电子技术应用，1996，(11）：4-5.[3] 林君，程德福.微型计算机卡式仪器原理、设计及应用[M].北京：国防工业出版社，1996.[4] 沈兰荪.数据采集技术[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1990.。
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1.虚拟仪器的定义
• Virtual Instrument，VI • 什么是虚拟仪器?
虚拟仪器是指，在以通用计算机为核心的 硬件平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟 的操作面板，测试功能由测试软件来实现的一 种计算机仪器系统。
虚拟仪器“虚拟”的含义
1）虚拟仪器面板
传统仪器面板上的器件都是实物，而虚拟仪器面板 控件是外形与实物相像的图标，其操作对应着相应的软 件程序，使用鼠标式键盘操作虚拟面板的控件。
6.3.1基于虚拟仪器的数据采集基础知识
被 测 物 理 量
非电量
传 感 器
信 电信号 号 调 理
模拟 信号
数 据 采 集 卡
数字 信号
计 算 机
基于DAQ卡的数据采集系统结构
1.数据采集卡
PCI总线接口数据采集卡
USB总线数据采集卡
2.数据采集卡产品介绍
（1）NI PCI-6251数据采集卡
第6章
基于虚拟仪器的测试 系统实现技术
第6章 基于虚拟仪器的测试系统实现技术
教学内容
虚拟仪器概述 虚拟仪器的软件开发平台LabVIEW 基于虚拟仪器的测试系统实现技术
6.1 概述
传统仪器：特定功能和仪器外观。
智能仪器
微处理器 MPU 程序存储器 (ROM)
卡式仪器的演变
数据存储器 (RAM)
LabVIEW
(Laboratory Virtual
Instrument
Engineering Workbench，
实验室虚拟仪器工 程平台 ) 是美国 NI 公司推出的一种基于G 语言 (Graphics Language ，图形化编程 语言) 的虚拟仪器软件开发工具； 目的：简化程序的开发工作，使用户能快 速、简便地完成自己的工作。
（3）函数选板
函数选板中 包含创建程 序框图所需 的VI和函数。
LabVIEW 的菜单和工具栏
LabVIEW菜单
LabVIEW的工具栏
中止执行 单步步入 单步步出 文本设置 分布对象 显示即时帮助窗口
单步步过
对齐对象
LabVIEW中的数据类型
支持的数据类型有： 数值型 布尔型 数组型 字符串型 波形数据类型 簇 路径
2. 基于DAQ助手的数据采集
DAQ助手（数据采集助手）是LabVIEW中的 一个重要工具，它是一个设置测试任务、通道 与缩放的图形接口。
3. 基于DAQmx的数据采集
DAQmx数据采集VI :
· DAQmx Create Virtual Channel.vi：创建虚拟数据采集通道； · DAQmx Timing.vi：为数据采集配置采集速率和创建缓冲器； · DAQmx Trigger.vi：为数据采集任务配置触发源，触发数据采集； · DAQmx Start Task.vi：开始数据采集或者产生即将输出的数据； · DAQmx Write.vi：向指定的虚拟通道或者任务写入数据； · DAQmx Read.vi：从指定的虚拟通道或者任务读取数据； · DAQmx Wait Until Done.vi：等待数据采集完成； · DAQmx Stop Task.vi：停止数据采集或者停止产生数据的输出； · DAQmx Clear Task.vi：清除数据采集任务。
6.2.3 LabVIEW 创建虚拟仪器的方法 1.创建虚拟仪器 创建虚拟仪器的一般步骤： 1）前面板设计 2）程序框图 3）数据流编程 4）功能检验 5）保存文件
创建虚拟仪器举例
两数相加与两数相减VI
2.调试虚拟仪器
虚拟仪器的一般调试步骤 1）运行VI 2）清除语法错误 3）高亮显示执行过程 4）单步执行 5）探针工具 6）断点
3. 创建和调用子VI
构造一个子VI的主要工作就是需先为子 VI创 建图标和连线板。
调用子VI示例
求解方程：Y=2×X+0.5
前面板
框图程序
4. LabVIEW程序设计举例
例1 虚拟温度计
测温范围：0~100oC 测温传感器：AD590，灵敏度：1μ A/K
虚拟温度计VI
前面板
框图程序
测 试 部 分
被测量
I/O接口 A/D 转换器 输入 电路 D/A 转换器 模拟 执行器
键盘显示接口 键盘 显示
标准仪用 通讯接口
外部仪用 标准总线
计算机部分
催生虚拟仪器的土壤
芯 片
硬 件
软 件 网 络 LANs
Internet
总 线 AT
计算机技术的进步
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 ）在 1986 年提 出的，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。
6.4.1 基于虚拟仪器的测试系统组建方法
（1）确定仪器类型
仪器类型的确定主要考虑以下几方面： 1）被测对象的要求及使用领域 2）系统成本 3）开发资源的丰富性 4）系统的扩展和升级 5）系统资源的再用性
模拟输入：AI0~AI7
模拟输出：AO0,AO1 数字I/O：P0.0~P0.7,P1.0~P1.3
定时/计数器：PFI0
3. NI数据采集卡的安装
在安装数据采集卡前，要先安装驱动软件，及安装 产品附带的NI-DAQmx。
4. NI数据采集卡的测试
在Measurement & Automation Explorer的下拉菜单 中，可利用Self-Test， Test Panels对采集卡 进行自检，面板测试等 操作。
2）软件实现测控功能
如：基于高速数据采集硬件，通过计算机软件编程可实 现“虚拟示波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟交流数字电压 表”、“虚拟频率计”、“虚拟相位计”等不同仪器。
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 DAQ 卡 GPIB 接口卡
图标是VI的图形化表 示，可包含文字、图 形或图文组合。
连线板用于显示VI中所有输入控件 和显示控件的接线端，类似于文本 编程语言中调用函数时使用的参数 列表。
LabVIEW的操作选板
LabVIEW包含3个操作选板 :
工具选板 控件选板 函数选板
（1） 工具选板
（2） 控件选板
控件选板包括 创建前面板所 需的输入控件 和显示控件。
例1 模拟直流信号输出
前面板
程序框图
例2 输出波形信号
6.3.4 数字信号输入/输出
数字输入/输出接口通常用于与外围设备 的通信和产生某些测试信号，例如在过 程控制中与受控对象传递状态信息，进 行测试系统报警等。
数字输出举例
控制P0口的 8根I/O线输 出状态
6.3.5 计数信号输入/输出
PCI-6251与配合使用的电缆和接线端子
68针插座头 各引脚定义
（2） NI USB-6009数据采集卡
8 个模拟通道（ 14 位、 48KS/s 采 样 速 度 、 ±20V输入范围) 2路14位模拟输出通道 12个I/O通道 1个32位计数器/定时器
NI USB-6009的接线端子分配
6.3.2 模拟信号的采集
LabVIEW 设计的虚拟仪器主要用于 获取真实物理世界的数据，也就是说， 必须要有数据采集的功能，从这个角 度来说，数据采集是 LabVIEW 的核 心，使用 LabVIEW ，必须要掌握如 何进行数据采集。
1. 基于LabVIEW的数据采集过程
基于LabVIEW的数据采集过程
PCI-6251数据采集卡的主要性能指标
16 路 模 拟 输 入 通 道 ， 16 位 分 辨 率 ， 单 通 道 采 样 速 率 1.25MS/s，多通道采样速率1MS/s； 板载可编程放大器可以快速调节放大倍数来适应每个通道 对输入范围的要求，可以提供7个可选输入电压范围 （ ±10V ， ±5V ， ±2V ， ±1V ， ±0.5V ， ±0.2V ， ±0.1V），方便了信号的采样和调理，提高了实际分辨率 和精度； 2路模拟输出通道，16位分辨率，更新速率2.8MS/s； 24路数字I/O通道(8路高速可达10MHz)； 2个32位80MHz计数器/定时器； 6个DMA通道可提高数据吞吐量； 触发方式：模拟和数字触发。
（1）前面板
前面板是VI的用户界面。创建VI时，通常应 先设计前面板，然后设计程序框图执行在前 面板上创建的输入、输出任务。
（2） 程序框图
程序框图是图形化源代码的集合，图形化源 代码又称G代码或程序框图代码。
程序框图由接线 端、节点、连线 和结构等构成。
（3） 图标和连线板
创建 VI 的前面板和程序框图后，可创建图标 和连线板，以便将该VI作为子VI调用。 图标和连线板图形：
前面板和程序框图
例4 虚拟温Βιβλιοθήκη 报警VI前面板和程序框图例5 波形显示VI
设计一个 VI ，显示 2 组数据，时间间隔相同，但一个为 30点的数据，另一个为50点的数据。
显示两组数据VI的前面板和程序框图
6.3 基于LabVIEW的测试系统实现技术 利用LabVIEW良好的软硬件集成能力， 可开发实用的测试系统，将各种物 理量转换为电信号，并最终得到理 想的测试结果。
计 算 机 软 件 系 统