程控测试技术及虚拟仪器
传感器与检测技术讲义第12章虚拟仪器技术
第12章虚拟仪器技术虚拟仪器是在20世纪后期随计算机水平和软件技术的迅速进步而出现并发展起来的有别于传统仪器的新概念。
虚拟仪器技术突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式，具有用简单硬件将被测量采集到上位机，然后通过软件设计即可方便灵活地完成对被测试量的分析、判断、显示及数据存储等功能的特点。
软件设计的灵活易变、成本低等特点使虚拟仪器在测试测量技术中越来越发挥出其优势。
目前，虚拟仪器的开发工具有LabVIEW、LabWINDOWS、VB等，下面主要介绍用NI 公司的LabVIEW软件开发虚拟仪器的方法。
本书第13章到17章的综合实例是在计算机上对整个测量系统的联合软件仿真设计，因此在本章后面将介绍用LabVIEW同NI公司的另一款电路仿真软件Multisim进行联合仿真的方法。
12.1 LabVIEW软件的特点LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer Workbench，实验室虚拟仪器工作平台）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）的具有革命性的图形化虚拟仪器开发环境，是业界领先的测试、测量和控制系统的开发工具。
虚拟仪器的概念是用户在通用计算机平台上，在必要的数据采集硬件的支持下，根据测试任务的需要，通过软件设计来实现和扩展传统仪器的功能。
传统台式仪器是由厂家设计并定义好功能的一个封闭结构，有固定的I/O接口和仪器操作面板。
每种仪器只能实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用户。
虚拟仪器的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，并可通过修改软件来改变或增减仪器的功能，真正体现了“软件就是仪器”这一新概念。
作为虚拟仪器的开发软件，LabVIEW的特点如下。
➢具有图形化的编程方式，设计者无须编写任何文本格式的代码，是真正的工程师语言➢提供丰富的数据采集，分析及存储的库函数➢提供传统的数据调试手段，如设置断点，单步运行，同时提供独具特色的执行工具，使程序动画式进行，利于设计者观察到程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷➢囊括了PCI,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485,USB等各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂得总线标准的开发者也能驱动不同总线标准接口设备与仪器➢提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，如DLL（动态链接库），DDE（共享库），Activex等➢具有强大的Internet功能，支持常用的网络协议，方便网络，远程测控仪器开发在测试和测量方面，LabVIEW已经变成了一种工业的标准开发工具；在过程控制和工厂自动化应用方面，LabVIEW软件非常适用于过程监测和控制；而在研究和分析方面，LabVIEW软件有力的软件分析库提供了几乎所有经典的信号处理函数和大量现代的高级信号的分析。
虚拟仪器技术
虚拟仪器简介虚拟仪器的相关介绍2.1 虚拟仪器技术虚拟仪器技术是以计算机软硬件技术为核心，以自动控制技术、传感器技术、现代信号处理技术、现代网络技术、数值分析技术为支撑，以各专业学科为应用背景的现代测试技术。
它利用高性能的模块化集成概念和方法，结合软件设计平台高效、简便的程序编译功能，依据用户各类特殊需求创建出人机对话界面，实现并取代各类特殊、昂贵的测试仪器的功能，目前已经成为测试理论和应用实验研究的重要支撑。
传统电子仪器存在的诸多弱点使传统仪器已渐渐不能满足工业自动化和测量领域的需要。
随着计算机技术日新月异的飞速发展，计算机强大的数据处理能力使得它的应用范围越来越广。
1986年，美国NI公司（National Instruments）提出虚拟仪器的概念，以“软件即仪器”为口号，彻底打破了传统电子仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起仪器和自动化工业的一场革命。
简单地说，虚拟仪器技术就是利用计算机技术实现的对测控系统的抽象。
平常使用的示波器、数字万用表、信号发生器、数据记录仪，以及传感器等传统仪器，都可使用通用计算机和专用的控制器和显示器来模拟，实现向虚拟仪器的转变。
用户在计算机屏幕上用鼠标和键盘就可设置参数、观察波形，取代以往的在传统仪器面板上调节旋钮、观察曲线等操作，更为快捷方便。
可见虚拟仪器反映的是一种“硬件软件化”的思想和趋势。
虚拟仪器是当前测控领域的技术热点，它代表了未来仪器的发展方向。
而Labview是世界上最优秀的虚拟软件开发平台。
使用Labview的最开发虚拟仪器最大的好处是提高开发的效率。
据统计使用Labview开发虚拟仪器比使用基于文本的语言开发效率可以提高10—15倍，程序的执行速度去几乎不受影响；时时在信号处理等方面的强大功能方面是组态软件不可以比拟的。
2.2 虚拟仪器的组成与分类虚拟仪器包括硬件和软件两大部分。
硬件主要是获取现实世界的被测信号, 提供信号传输的通道。
9.1 虚拟仪器技术概述
第八章虚拟仪器设计8.1 虚拟仪器技术随着计算机技术的高度发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。
虚拟仪器是20世纪90年代提出的概念，是现代计算机技术、仪器技术及其它新技术完美结合的产物。
虚拟仪器的提出与发展，标志着21世纪自动测试与电子测量仪器技术发展的一个重要方向。
8.1.1 虚拟仪器的概念传统仪器一般是一台独立的装置，从外观上看，它一般由操作面板、信号输入端口、检测结果输出这几个部分组成。
操作面板上一般有一些开关、按钮、旋钮等。
检测结果的输出方式有数字显示、指针式表头显示、图形显示及打印输出等。
从功能方面分析，传统仪器可分为信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出这几个部分。
传统仪器的功能都是通过硬件电路或固化软件实现的，而且由仪器生产厂家给定，其功能和规模一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能。
传统仪器大都是一个封闭的系统，与其它设备的连接受到限制。
另外，传统仪器价格昂贵，技术更新慢（周期为5至10年），开发费用高。
随着计算机技术、微电子技术和大规模集成电路技术的发展，出现了数字化仪器和智能仪器。
尽管如此，传统仪器还是没有摆脱独立使用和手动操作的模式，在较为复杂的应用场合或测试参数较多的情况下，使用起来就不太方便。
由于以上这些原因，使传统仪器很难适应信息时代对仪器的需求。
那么如何解决这个问题呢？可以设想，在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件来实现仪器的部分或全部功能，这就是设计虚拟仪器的核心思想。
所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器。
虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。
随着计算机技术的快速发展、CPU处理能力的增强、总线吞吐能力的提高以及显示技术的进步，人们逐渐意识到，可以把仪器的信号分析和处理、结果的表达与输出功能转移给计算机来完成。
虚拟仪器技术的国内外
01 02
虚拟仪器技术的概念
虚拟仪器技术是一种基于计算机的自动化测试和测量技术，利用计算机 软件来控制和操作测试测量设备，实现数据的采集、处理、分析和显示 等功能。
虚拟仪器技术的起源
虚拟仪器技术起源于20世纪90年代，随着计算机技术和数字信号处理 技术的不断发展，逐渐形成了以计算机为基础的自动化测试测量系统。
加强资金监管
政府应加强对虚拟仪器技术研发和应用项目的资金监管，确保资金用 于实质性的研发活动，提高资金使用效益。
推进产学研合作与协同创新
建立产学研合作机制
政府应积极推动企业、高校和研究机构之间的产学研合作 ，建立长期稳定的合作关系，实现资源共享和优势互补。
支持协同创新平台建设
政府可以支持建设虚拟仪器技术协同创新平台，为产学研 各方提供交流、合作和创新的平台，促进技术转移和成果 转化。
企业应用现状
中国电科
中国电科在虚拟仪器技术的应用方面，积极探索新的应用场景，开发了一系列 基于虚拟仪器的测试与测量系统，广泛应用于航空、航天、兵器等领域。
华为技术
华为技术将虚拟仪器技术应用于通信设备的研发和生产过程中，大大提高了设 备的测试效率和精度。
政府支持与政策
国家科技部
国家科技部将虚拟仪器技术列为重点发展的关键技术之一， 通过多项科技计划的支持，推动虚拟仪器技术的发展和应用 。
虚拟仪器技术的国 内外
2023-11-10
contents
目录
• 引言 • 国内虚拟仪器技术发展现状 • 国外虚拟仪器技术发展现状 • 虚拟仪器技术发展趋势与挑战 • 我国虚拟仪器技术与发达国家的差距及原
因分析
contents
目录
• 加快我国虚拟仪器技术发展的对策建议 • 结论与展望
北信科测控技术与仪器系虚拟仪器期末考试考点总结范文
北信科测控技术与仪器系虚拟仪器期末考试考点总结范文简答：1.虚拟仪器程序调试方法主要有哪些答：1、设置执行程序为高亮方式，程序执行前点击高亮按钮，则运行过程会以高亮形式显示数据流。
２、单步执行方式：如果要使框图程序一个节点一个节点则按下单步单步按行钮就会闪烁，指示它将被执行，再次点击单步按钮，程序将会变成连续运行。
３、探针，从工具模板中选择探针工具，将探针工具置于某根连线上可以用来查看运行过程中数据流在该连线时的数据４、断点使用断点工具可以在程序的某一点中止程序执行，用探针或单步方式查看数据。
2、简要叙述局部变量和全局变量的使用特点和区别。
答：通过局部变量或全局变量，可以实现在程序框图中的多个地方读写同一个控件。
局部变量只能在同一程序内部使用，每个局部变量都对应前面板上的一个控件，一个控件可以创建多个局部变量。
读写局部变量等同于读写相应控件。
通过全局变量可以在不同的VI之间进行数据交换，一个全局变量的VI文件中可以包含多个不同数据类型的全局变量。
LabVIEW中的全局变量是以独立的VI文件形式存在的，这个VI文件只有前面板，没有程序框图不能进行编程。
3、简要介绍For循环和While循环的自动索引功能。
答：For循环和While循环可以自动地在数组的上下限范围内编索引和进行累计。
这些功能称为自动索引。
在启动自动索引功能以后，当把某个外部节点的任何一维元素连接到循环边框的某个输入通道时，该数组的各个元素就将按顺序一个一个地输入到循环中。
循环会对一维数组中的标量元素，或者二维数组中的一维数组等编制索引。
在输出通道也要执行同样的工作――数组元素按顺序进入一维数组，一维数组进入二维数组，依此类推。
4、For循环和While循环的区别是什么？使用中它们各自适用于什么场合答：For循环规定了循环次数，其条件选择是根据计数器计数次数是否达到循环次数而决定结束循环的条件；而While循环不规定循环次数，其条件选择是根据选择器端子的条件是否得以满足而决定结束循环的条件。
虚拟仪器技术的国内外
虚拟仪器技术的国内外汇报人：日期:•引言•虚拟仪器技术在国内的应用•虚拟仪器技术在国外的应用目录•国内外虚拟仪器技术的比较与差异•虚拟仪器技术的未来发展趋势01引言虚拟仪器技术是一种基于计算机的测试和测量技术，通过软件实现传统仪器的功能。
定义特点应用领域虚拟仪器技术具有灵活性、可扩展性、高精度、高可靠性等特点，能够满足各种测试和测量需求。
虚拟仪器技术广泛应用于电子、通信、航空航天、汽车等领域。
030201虚拟仪器技术概述国内外发展现状国外发展现状虚拟仪器技术起源于美国，经过多年的发展，已经形成了完整的产业链和标准体系。
国外虚拟仪器技术发展迅速，产品种类繁多，功能强大，性能稳定。
国内发展现状我国虚拟仪器技术起步较晚，但发展迅速。
近年来，国内虚拟仪器技术取得了长足的进步，一些企业开始推出自主开发的虚拟仪器产品，但整体水平与国外还有一定差距。
同时，国内虚拟仪器技术标准体系尚不完善，需要进一步加强标准化建设。
02虚拟仪器技术在国内的应用虚拟仪器技术在国内科研领域广泛应用于实验室建设，提供先进的测试和测量解决方案。
实验室建设科研人员利用虚拟仪器技术进行各种科研项目的研究，如信号处理、图像处理、控制系统等。
科研项目国内学术会议和期刊杂志上经常发表关于虚拟仪器技术的学术论文，促进了该领域的学术交流和发展。
学术交流科研领域国内许多高校开设了虚拟仪器技术相关课程，并出版了专门的教材。
教材与课程利用虚拟仪器技术进行实践教学，提高学生的实践能力和创新精神。
实践教学国内教育机构积极推广虚拟仪器技术，建设了丰富的在线教育资源，方便学生自学。
教育资源教育领域企业应用产品研发虚拟仪器技术广泛应用于企业产品研发过程中，提高了研发效率和产品质量。
生产过程控制企业利用虚拟仪器技术对生产过程进行精确控制，提高生产效率和产品质量。
售后服务企业通过虚拟仪器技术为客户提供更好的售后服务，如远程故障排除、在线技术支持等。
03虚拟仪器技术在国外的应用数据分析虚拟仪器技术可以采集、处理和分析大量的实验数据，提高科研工作的效率和准确性。
虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学中的应用
虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学中的应用作者：刘娜来源：《电子世界》2012年第19期【摘要】本文在介绍虚拟仪器的概念及特点的基础上，指出测控专业应用虚拟仪器的必要性及其作用，并分析了虚拟在测控技术与仪器专业教学中的应用。
【关键词】虚拟仪器；测控技术；仪器；教学；应用相比传统仪器，虚拟仪器具有开放性、灵活性并可与计算机技术保持同步发展、能够实时升级、价格低、利用率高、维护成本低等优点，对教学尤其是实验教学有着传统仪器无法比拟的优势。
一、虚拟仪器简介20世纪80年代末期，美国成功研制出了虚拟仪器，其发展也标志着电子测量和自动检测仪器领域的革新。
虚拟仪器英文全称为Virtual Instrument，简称VI，指的是在计算机为核心的硬件平台上，通过用户定义、设计出的一种具有测试功能和虚拟版面的计算机仪器系统。
通过运用PC计算机的显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，用其他方式代表输出的检测结果，从而完成各项检测功能的一种计算模拟仪器系统。
其中虚拟具体包括两层意思：第一层意思是指虚拟仪器的功能是由软件编程实现。
在硬件平台中，以计算机为核心组成的平台支持下，运用软件编程或软件的组合来实现虚拟仪器的功能，体现着计算机与测试技术深入的结合。
第二层意思是指虚拟仪器的面板是虚拟构成的。
与传统的虚拟仪器不同的是，其虚拟仪器的面板控件是实物和外形相似的图标，代表“放大”、“通”、“断”等等的图标相对应的软件程序。
使用者只要通过鼠标点击面板中的控件就能进行操作，而不是由“触摸”、“手动”来进行操作。
二、虚拟仪器应用于测控教学的必要性我国高等学校工科一般普遍开设例如《控制工程》、《工程测试技术》等专业基础课，这些课程综合和汲取了各学科的新发展、新成就，是一门综合性极强的学科，同时它对新发展的技术有较高的要求，敏锐度较高，这样以来对于学生的学习也就提出了一些新要求。
第一，学生应明确建立频谱的结构概念，掌握数字分析、频谱分析等相关概念与基本原理。
汽车检测技术中的虚拟仪器
块化设计，使得开发时间维护费用
大 大降低 ，而 同时功 能硬件组件的
重复使用率增加。在技术更新上， 传统仪器的技术更新较慢，而虚拟 仪器的技术则随着计算机技术的高
速 发展更新越来越快 ，一般的技术 更新 周期只有一年左 右。另外 ，虚
拟 仪器还解决 了传统 仪器出现故障
新的Ｉ Ｅ １９ 接 口虚拟仪器等几 Ｅ Ｅ ３４ 种类型。其中，Ｄ 虚拟仪器具 ＡＱ
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虚拟仪器系 统框图
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维普资讯
着操作复杂、稳定性差、检测效率低、检测误差大等缺点。近年来，随着 虚拟仪器引入到汽车和发动机行业 ，为汽车检测技术带来了新的活力。国
内外很 多公司和 高校把虚拟 仪器技术 运用到生 产和科研 中 ，并取得 了一定
的经济和社 会效 益。
的定 义 ，但是一般认 为 ：虚拟仪
器就是在Ｐ 的基础上通过增加相关 Ｃ 的硬件和软 件构建而成 、具 有可视
化界面 的可重用测试仪 器系 统。和
虚拟仪器技术
虚拟仪 器通 常是 由计算机 、硬件接 口电路和软 件这三部分 构成 ，如 下
图所示 。
卜— —● 信 号调理 ’
传统仪器相 比 ，虚拟仪器具有功 能 强大 、测试精 度高 、测试速度快 、 自动化程度高 、人 机界面优异 、适
微处理 器、存储器和显示 器等 ，它
什么是虚拟仪器技术？
什么是虚拟仪器技术？虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。
这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。
只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。
虚拟仪器技术的三大组成部分：1．高效的软件软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。
使用正确的软件工具并通过调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。
NI公司提供的行业标准的图形化编程软件——NI LabVIEW，不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的数据处理能力，并将分析结果有效地显示给用户。
此外，NI还提供了许多其它交互式的测量工具和系统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、基于ANSI-C语言的LabWindows/CVI、支持微软Visual Studio的Measurement Studio等等，这些软件均可满足客户对高性能应用的需求。
拥有了功能强大的软件，您就可以在仪器中创建智能性和决策功能，从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。
2．模块化的I/O硬件面对如今日益复杂的测试测量应用，NI提供了全方位的软硬件解决方案。
无论您是使用PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是IEEE 1394总线，NI都能提供相应的模块化硬件产品，产品种类从数据采集及信号调理、模块化仪器、机器视觉、运动控制、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯，应有尽有。
NI高性能的硬件产品结合灵活的开发软件，可以为负责测试和设计工作的工程师们创建完全自定义的测量系统，满足各种灵活独特的应用需求。
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。
测控技术与仪器专业学生虚拟仪器技术应用能力的培养研究
仪器技术在数 据采集和仪 器控制 自动化领 域发挥 的重要 作 用 ，以及各 个高校对虚拟仪 器技术及对基 于虚拟仪器 技术
的测 控 技 术与 仪 器 专 业 人才 培 养 的重 视 。
的虚 拟仪器软硬 件知识 ；而 通过实验 ，并在课程设计 、毕
业设 计中结合相 关的科研课题 ，可 以培养 学生对虚拟 仪器
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虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学中的应用探讨
关键词 ： 测控 技 术 与仪 器专业 ； 虚拟仪 器 ； 学应 用 教
作者简介 ： 牛群峰 （９４ ） 男 １７一 ， ，河南洛 阳人 ，河４．￣大学电气工程学院，副教授，工学博士，主要研究方向 ： ３－ Ｚ 虚拟仪器技术、
动态信号 测试 与分析。（ 河南 郑州 ４ ００） ５ ０７
数 量 的合 理 配 置 研 究 等。课 程 实践 设 计要 求 写 出 ： 题 、摘 要 、 标
里 之 外” 的魅 力 。
参考文献 ：
［韩 伯棠 管理运 筹 学【 ． 京： ｊ ］ Ｍ 北 高等教 育出 社 ，０ ５ 】 版 ２０
［］ ２薛伟霞 经管类运筹学教学中 “ 三位一体” 创新探讨【】 Ｊ． 现代
该专业旨在培养从事信息测量与控制工程电气工程粮食工程电子工程机械工程领域有关的信息处理工业检测智能仪器及传感技术机电一体化技术等方面的研究开发设计和制造的应用型工程技术人才主要学习测控仪器设计与制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工程所必需的基本理论知识信息的获取传输处理与控制知识电子设备计算机控制与信息技术等宽广的工程技术方面的知识
将 软件 的应 用 引 入 到 课 堂 教 学 ，理 论与 应 用 相 结 合， 丰 富教 学 注 重 培 养 分析 问题 与 解 决 问题 的 能 力 和 自主学 习能力 的教 学 模 运 内容 ，提高学习兴趣，使学生 能基本 掌握管理 ＷＩ ＱＳ Ｎ Ｂ软件 式 的 转 变 ，使 学 生 感 受 到 运 筹 学 “ 筹 于 帷 幄 之 中，决 胜 于 千 和 管 理 运筹 学 ２０ 件 常用 的命 令和 功 能 。 ．软 课 程实 践 设 计 要 求学 生收 集现 实 生 活 的资 料 或 根 据 提 供 的 选 题 建 议 ，理 论 联 系 实 际 ，提 出 问题 并 给 予 解 决 ，要 求 选 题 具 有 创新 性 ，尽量 具 有 可行 性 。一 般 给 出十几 个 选 题 ，让 学 生 从 中选 一 个 ，如 医 院护 士 （ 场 营 业员 、小 区保 安 、食 堂 服 务 员 ） 商
什么是虚拟仪器
什么是虚拟仪器?一、什么是虚拟仪器?一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能强大的应用软件、低成本的硬件(例如插入式板卡)及驱动软件，他们在一起共同完成传统仪器的功能。
以软件为主的测量系统充分利用了常用台式计算机和工作平台的计算、显示和互联网等诸多用于提高工作效率的强大功能。
软件是在功能强大的硬件基础上创建虚拟仪器系统的真正关键所在。
虚拟仪器可使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各种测量测试仪器，即软件系统是虚拟仪器的核心，软件可以定义为各种仪器，因此可以说“软件即仪器”。
虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。
有了虚拟仪器，用户就可以完全根据自己的需求组建测量和自动化系统，而不用再受功能固定(完全由厂家提供)的传统仪器的限制。
二、虚拟仪器和传统仪器的比较独立的传统仪器，例如示波器和波形发生器，性能强大，但是价格昂贵，且被厂家限定了功能，只能完成一件或几件具体的工作，因此，用户通常都不能够对其加以扩展或自定义其功能。
仪器的旋钮和开关、内置电路及用户所能使用的功能对这台仪器来说都是固定的。
另外，开发这些仪器还必须要用专门的技术和高成本的元部件，从而使它们身价颇高且很不容易更新。
基于PC机的虚拟仪器系统，诞生以来就充分利用了现成即用的PC机所带来的最新科技。
这些科技和性能上的优势迅速缩短了独立的传统仪器和PC机之间的距离，包括功能强大的处理器（如Pentium 4)、操作系统及微软Windows XP、NET技术和Apple Mac OS x。
除了融合诸多功能强大的特性，这些平台还为用户提供了简单的联网工具。
此外，传统仪器往往不便随身携带，而虚拟仪器可以在笔记本电脑上运行，充分体现了其便携特性。
需要经常变换应用项目和系统要求的工程师和科学家们需要有非常灵活的开发平台以便创建适合自己的解决方案。
可以使用虚拟仪器以满足特定的需要，因为有安装在PC机上的应用软件和一系列可选的插入式硬件，无需更换整套设备，即能完成新系统的开发。
虚拟仪器技术
什么是虚拟技术?
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块 化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种 测试,测量和自动化的应用.
上世纪80年代,美国国家仪器公司NI (National Instruments)提出"软件 即是仪器"的概念,推出了LabVIEW直观 的流程图编程风格的软件开发和运行平台, 引发了测控技术领域的一场重大变革 .
首先,在网关服务器上采用Labview 构建控制温度的控制设备虚拟仪器和相应 的VI服务程序,之后对虚拟仪器进行web Server配置,最后利用Labview内嵌的 Web Publishing Tools Tools将服务器的程序发 布到Web上,产生客户端的运行程序.这 样,用户就可以通过浏览器运行应用服务, 实现远程监控家庭电气设备的温度状况.
结合嵌入式Internet技术与基于web的虚拟仪器技术的基础上,在 智能家庭研究中提出的一简单模型设计
基于Web的虚拟仪器技术智能家庭应用
系统基本组成
在该系统中,用户终端和嵌入式网关Web服 务器之间的连接建立在TCP/IP协议基础上,并 应用Http协议通过网页发布信息.网关利用USB 接口连接虚拟仪器的数据采集系统和信号调理系 统,读取家电设备上的温度传感器的感应信息, 并对信息进行分析判断.
在PC和工业控制计算机中插入基于PC 总线(ISA,PCI)的数采板卡构成硬件系 统.编写Windows系统平台的驱动程序和 软面板实现软件功能,成为业界的主要解 决方案.
但是在恶劣环境下测试任务的实践过程 中,我们发现基于PC或工控机的虚拟仪器 暴露出很多问题,如:体积大.不便于携 行;插卡式结构.接触易松动,不紧固; 以机械硬盘为主要存储介质,抗震性能差 等等.
虚拟仪器技术课程介绍
广州市 暨南大学 信息科技学院 电子工程系
王思华 教授
E-mail: twangsh@
一、课程目标、要求和考核方法 课程目标、
1. 教学目标及教学要求
虚拟仪器技术实质上是基于计算机的测控技术，主要应用于自动化测量、 虚拟仪器技术实质上是基于计算机的测控技术，主要应用于自动化测量、 测试和控制系统的开发。 测试和控制系统的开发。 《虚拟仪器技术》课程涉及多个技术领域。本课程的教学目标是让学生 虚拟仪器技术》课程涉及多个技术领域。 了解虚拟仪器技术的概念、结构和特点，掌握使用LabVIEW LabVIEW去开发虚拟 了解虚拟仪器技术的概念、结构和特点，掌握使用LabVIEW去开发虚拟 仪器应用软件的方法和技巧, 仪器应用软件的方法和技巧, 有效地提高学生独立分析问题和解决问题 的能力，以及工程应用软件的设计能力。此外， 的能力，以及工程应用软件的设计能力。此外，通过机器视觉技术和工 程应用案例等讲座开阔学生的视野和思路。 程应用案例等讲座开阔学生的视野和思路。 本课程的要求是掌握虚拟仪器的组成和技术发展方向,掌握LabVIEW 本课程的要求是掌握虚拟仪器的组成和技术发展方向,掌握LabVIEW的编 LabVIEW的编 程方法和虚拟仪器应用软件设计技巧， 程方法和虚拟仪器应用软件设计技巧，具备一定的虚拟仪器应用系统的 设计能力。并要求学生综合运用传感器、 设计能力。并要求学生综合运用传感器、计算机系统与接口技术和信号 处理技术等多门课程的知识，完成规定的设计性实验和综合性实验， 处理技术等多门课程的知识，完成规定的设计性实验和综合性实验，提 交课程设计论文。 交课程设计论文。
（2）LabVIEW用于工业测量和控制 LabVIEW用于工业测量和控制
LabVIEW的适用范围 3.2 LabVIEW的适用范围
虚拟仪器
虚拟仪器虚拟仪器技术是20世纪90年代发展并兴起的一项新技术，主要应用于自动测试、过程控制、仪器设计和资料分析等领域，其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件。
虚拟仪器（VI）的出现是仪器测试测量领域的一个突破，代表着仪器测试测量发展的最新方向和潮流实现了测试测量技术和计算机技术的真正融合，是计算机技术和现代测量技术高速发展共同孕育出的一项新技术。
1.虚拟仪器的概念虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展而产生的一种新型仪器，是现代计算机系统和仪器系统技术相结合的产物，它推动着传统仪器朝着数字化、模块化、虚拟化、网络化的方向发展。
自1986年美国国家仪器公司（National Instruments,简称NI）提出虚拟仪器（Virtual Instrument,简称VI）的概念以来，虚拟仪器这种计算机操作的模块化仪器系统在世界范围内得到了广泛的认同和应用。
通常使用的测量仪器基本上由三部分组成：数据获取、数据处理与分析、数据的显示。
传统仪器是将这三部分装入在一个仪器仪表机箱内，而虚拟仪器则是一种功能意义上的仪器，是具有仪器功能的软硬件组合它并不强调物理上的实现形式，所以虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能模块硬件结合起来，充分利用计算机系统强大的数据处理能力，在基本仪器设备配件的支持下，利用软件完成资料的采集、控制、资料分析和处理以及测试结果显示的测试测量系统。
它大大突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的局限性，使用户可以简单、方便地对仪器进行维护、扩展和升级。
众所周知，电子测试自动化是测量仪器发展的主要方向，随着现代科学技术的不断发展，测试项目日益增多，测量范围越来越大，对测试速度精度的要求也越来越高，这些都需要测量仪器和测试方法不断改进和完善，而虚拟仪器系统的特点正适合了这个时代的潮流。
在虚拟仪器系统中，用户使用相同的硬件系统，而只需将具有一种或多种功能的通用模块相互组合，就能设计出不同的仪器系统；同时通过有好的图形接口来操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样方便，而虚拟仪器的“虚拟”在很大程度上也体现在这种模仿真实仪器操作面板的虚拟面板上。
第十一章 计算机测试系统与虚拟仪器
第三节
仪器前端
除了利用通用计算机或工控机开发测试仪器外，专用的仪 器总线系统也在不断发展，成为构建高精度、集成化仪器系统 的专用平台。高精度集成系统架构经历了GPIB→VXI→PXI仪器 总线的发展过程。
GPIB通用接口总线是计算机和仪器间的标准通信协议。GPIB的 硬件规格和软件协议已纳入国际工业标准——IEEE488．1和 IEEE488．2。它是最早的仪器总线，目前多数仪器都配置了遵 循IEEE 488的GPIB接口。典型的GPIB测试系统包括一台计算机、 一块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器。每台GPIB仪器有单独的地 址，由计算机控制操作。系统中的仪器可以增加、减少或更换， 只需对计算机的控制软件作相应改动。这种概念已被应用于仪 器的内部设计。GPIB的数据传输速度一般低于500Kb／s，不适 合对系统速度要求较高的应用。作为早期仪器发展的产物，目 前已经逐步退出市场。
从结构上划分
{
测量仪器或设备 接口 微机或微处理器 软件
测量仪器或系统主要完成被测量的测量工作。测量仪器或系 统在微机所发的控制指令控制下完成如工作频段选择、输出 电平调节、量程设置和测量功能。这种能接受程序控制并据 之改变内部电路工作状态，能完成特定任务的测量仪器称为 仪器的可编程控制，或称程控仪器。 接口的主要任务是提供机械兼容、逻辑电平匹配、并能通过 数据线交换电信号信息。各仪器之间通过适当的接口用各中 总线相连。 微机或微处理器在软件控制下，发出各种控制指令控制各台 测量仪器协同工作以完成数据采集任务，并对测量数据进行 处理，如计算、变换、数据处理、误差分析等，最后将测量 结果存储或打印、显示输出，实现自动测试。微机或微处理 器是整个测试系统的核心。软件是根据测量任务所编制的程 序，是计算机测试系统的灵魂。
虚拟仪器技术课程介绍
编程语言选择依据及推荐
• 平台支持: 确保所选编程语言与软件开发平 台和硬件平台兼容。
编程语言选择依据及推荐
推荐语言
输标02入题
• LabVIEW G语言: 对于使用LabVIEW平台的项目， 推荐使用图形化的G语言进行编程，它直观易用， 适合快速原型开发。
01
03
• Python: 对于数据分析、算法开发和科学计算等应 用，推荐使用Python语言，它语法简洁、库丰富， 适合快速开发和原型验证。
虚拟仪器技术将与计算机科学、电子工程、 机械工程等多学科深度融合，推动相关领 域的创新发展。
THANKS
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知识掌握程度
通过课程学习，学生对虚拟仪器技术的 基本概念、软硬件开发平台及系统设计
方法有了较深入的了解。
团队协作与沟通能力
在课程项目实践中，学生学会了与团 队成员协作、沟通，共同完成任务。
实践能力提升
通过课程实验和项目实践，学生的动 手能力和解决问题的能力得到了显著 提高。
创新思维培养
课程鼓励学生自主思考、创新，通过 课程设计等环节培养学生的创新意识 和能力。
基于计算机的仪器模拟
图形化编程
虚拟仪器利用计算机强大的计算和处 理能力，通过软件模拟传统仪器的功 能和操作界面。
虚拟仪器使用图形化编程语言，如 LabVIEW等，使得用户可以直观地设 计和开发仪器界面与功能。
模块化设计
虚拟仪器采用模块化设计思想，将仪 器功能划分为不同的模块，方便用户 根据需求进行组合和配置。
利用LabVIEW的调试工具对 程序进行单步执行、断点设置 和变量监视等操作，确保程序 的正确性和性能。同时，通过 优化算法和代码结构提高程序 的执行效率。
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“程控测试技术及虚拟仪器”基本要求
虚拟仪器的概念
1、虚拟仪器以通用计算机为核心平台
2、虚拟仪器的测试功能由软件实现
3、用户可以自己设计虚拟仪器的界面
4、虚拟仪器是现代计算机技术和现代仪器技术结合的产物
5、虚拟仪器的很多功能可由用户按自己的需求设计实现
6、传统的仪器功能主要是通过硬件实现
7、现代测试仪器的发展方向之一是网络化
8、程控测试的仪器构成：
GPIB方式、基于VXI总线方式、基于PXI总线方式、基于LXI总线方式
9、虚拟仪器的层次结构：
I/O接口、仪器驱动程序、仪器面板控制、数据处理
10、常用的虚拟仪器开发平台
基于文本方式：
VC++，VB，C++Build，LabWindows/CVI，Delphi等
基于图形方式：
LabVIEW（NI 公司）HP VEE （HP 公司）
虚拟仪器总线接口技术
11、GPIB总线可以连接15台以内的仪器组成自动测试系统
12、GPIB总线互连电缆总长度不超过20m
13、GPIB总线采用8位并行传输
14、GPIB总线最大传输率为1MBps
15、在程控测试系统中，一般具有3种接口功能：讲者、听者和控者
16、一个程控测试系统同一时刻只有一个讲者工作
17、一个程控测试系统可以有多个听者同时工作
18、GPIB接口定义了讲、听、控等10种接口功能
19、GPIB总线由16条信号线构成
20、GPIB总线有3条挂钩联络线
21、GPIB总线有5条接口管理控制总线
22、GPIB总线的基本地址容量为：听地址31个，讲地址31个
23、GPIB总线每传递一个数据字节，都要进行一次三线挂钩
24、GPIB总线采用三线挂钩技术，可以协调快慢不同的设备可靠地进行信息传递
25、GPIB控者功能接口芯片是Intel 8292
26、GPIB总线收发器接口芯片是Intel 8293
27、GPIB除控者功能以外全部接口功能的接口芯片是Intel 8291A
28、GPIB设备可以串行连接
29、GPIB设备可以星型连接
30、GPIB接口采用24脚插座
31、VXI总线数据传输速率可达40MBps
32、VXI总线采用插入式模块结构，性能高于GPIB总线
33、VXI总线定义的信号线分为7类
34、VXI总线是VME总线标准在仪器领域的扩展
35、VXI总线定义了4个层次：系统连接层、数据传输层、系统组态层和系统操作层
36、VXI模块有A、B、C、D 4种尺寸规格
37、VXI模块有3种连接器分别是：P1 P2 P3
38、VXI A型模块只带P1 连接器
39、VXI B、C型模块带有P1 和P2连接器
40、VXI D型模块带有P1 P2和P3连接器
41、VXI 机箱能为模块提供公用电源、冷却和电磁屏蔽
42、VXI 机箱的启始插槽号为：0号
43、VXI 总线规范规定，系统公用资源器件用于系统资源管理。
44、VXI 的系统公用资源包括：0槽服务器件和资源管理器。
45、VXI 仪器系统结构：单CPU 多CPU 独立系统分层式仪器系统
46、PXI 总线是与VXI 并行的另一种仪器总线标准
47、PXI总线是PCI总线在仪器领域的扩展
48、PXI 与VXI 比较，PXI模块体积更小，数据传输速率更高
49、PXI 与VXI 比较，VXI电磁兼容性、单机箱插槽数量、电源功率等性能更强
50、PXI 总线规范包含：机械规范、电气规范和软件规范
51、PXI 的J1连接器定义了标准的32位PCI总线
52、PXI 的J2连接器定义了64位PCI总线和PXI新增的信号线
53、单个PXI机箱的仪器模块插槽可达7个
54、PXI 总线与PCI总线具有相同的电气性能，传输速率数据可达132MBps（32位）
55、PXI 总线与PCI总线具有相同的电气性能，传输速率数据可达264MBps（64位）
56、PXI 软件支持通用操作系统和标准工业开发环境
57、PXI 规范要求厂商开发标准的设备驱动程序
58、PXI 机箱有3U和6U两种尺寸
59、PXI 控制器有标准桌面PC的远程控制和嵌入式控制
60、PXI 系统由PXI机箱、PXI控制器和PXI仪器模块构成
61、PXI机箱由总线背板、仪器插槽、冷却系统和机壳组成
62、
70、LXI 总线是基于局域网的自动测试系统标准
71、LXI 总线是局域网技术在的自动测试领域应用的扩展
72、每个LXI机箱都自带电源、冷却、触发、电磁兼容屏蔽和以太网接口
73、LXI 总线指定网络的一个模块作为主时钟，对其它模块实现时钟同步
74、LXI器件可监视以太网连接的IP地址，若网络链路断开不到20 s，可恢复连接
75、
虚拟仪器软件标准
80、可编程仪器标准命令（SCPI）是标准化仪器编程语言，是程控仪器的重要标准
81、常用的可编程仪器标准命令（SCPI）包括仪器公用命令和主干命令
82、SCPI仪器公用命令包括：仪器标识查询、复位、自检查询、清除和错误信息查询命令
83、SCPI仪器主干命令的测量指令组由：测量命令、配置命令、读名命令、取命令组成
84、虚拟仪器软件结构（VISA）的I/O函数库，用于编写仪器驱动程序，完成计算机与仪器之间命令和数据的传送。
85、
LabVIEW
100、虚拟仪器软件开发工具包含文本式编程语言和图形化编程语言
101、LabVIEW属于图形化编程语言，广泛用于工业界和研究实验室
102、LabVIEW已成为主要的数据采集和仪器控制软件
103、LabVIEW集成了GPIB VXI USB 的硬件和数据采集卡通信的全部功能
104、用LabVIEW编程设计的虚拟仪器，包含前面板、程序框图和图标/连线板3部分105、设计LabVIEW应用程序，主要利用工具选板、控件选板和函数选板完成
106、LabVIEW 的控件选板位于前面板
107、LabVIEW 的函数选板位于程序框图
108、从LabVIEW 的“查看”菜单，能打开“工具选板”和“控件选板”
109、使用LabVIEW 创建虚拟仪器的一般步骤为：设计前面板、设计程序框图和使用连线进行数据流编程
110、LabVIEW的“控件”选板包含“图形”子选板
111、LabVIEW控件选板中的“数值”子选板包含“滑杆”、“转盘”等控件
112、LabVIEW控件选板中的“布尔”子选板包含“指示灯”、“开关”等控件
113、LabVIEW函数选板中的“结构”子选板包含“循环”、“分支”等执行方式
114、LabVIEW函数选板中的“比较”子选板包含“大于”、“小于”等运算方式
115、LabVIEW函数选板中的“波形”子选板包含“打开”、“读取”等文件操作
116、LabVIEW函数选板中的“数值运算”子选板包含“加”、“减”、“乘”、“除”等常用运算
117、LabVIEW函数选板中的“布尔运算”子选板包含“与”、“或”等逻辑运算
118、LabVIEW程序既可单步执行，也可连续执行
119、LabVIEW程序既可连续执行，也可设置断点执行
120、使用“探针工具”可以检查VI运行时连线上的值
121、LabVIEW“经典数值”子选板的控件
122、LabVIEW中FOR 循环结构、While 循环结构的特点与使用
123、LabVIEW中条件结构、事件的特点与使用
124、LabVIEW中的文件类型及特点与使用
125、LabVIEW中局部变量的特点与使用
126、LabVIEW中全局变量的特点与使用
127、字符串、数组、簇的使用（创建数组、捆绑）
128、LabVIEW中的各种用于显示的“图型”
129、文件操作（二进制、文本、电子表格、数据记录）
130、掌握教材第四章、第五章、第六章的例子
131、掌握虚拟仪器的设计方法
132、使用声卡采集数据、输出信号。