第五章_虚拟仪器测试系统

被测信号
I/O 接口设备 PC-DAQ 系统
GPIB 系统 VXI 系统 PXI 系统 串口系统
计算机
• （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
• 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。
虚拟仪器的基本功能组成
虚拟仪器的基本组成部分
• 硬件和软件两大部分构成。 • 硬件是基础，软件是核心。
• 硬件平台
计算机（核心） I/O接口设备（信号采集、放大和模数转换）
1、测试管理层 用户使用虚拟仪器生产厂商开发的测试管理程序，组成自己的 一套测试仪器，这是虚拟仪器的优点之一，它可以方便地使 用户根据自己的需要，建立自己的测试仪器。
2、应用程序开发层 用户使用应用程序开发软件进行深层开发，以扩展其原有的功 能。
3、仪器驱动层 连接上层应用程序与底层I/O接口仪器的纽带和桥梁。是完成 对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合。
第五章 虚拟仪器测试系统
• 虚拟仪器 • 基于虚拟仪器的测试系统 • LabVIEW开发环境
5.1 虚拟仪器
• 虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测 控系统硬件和虚拟仪器软件资源三者的 结合。
• 1、测量仪器的发展历程 • 2、虚拟仪器的基本概念 • 3、虚拟仪器与传统仪器的比较 • 4、虚拟仪器的基本功能 • 5、虚拟仪器的基本组成部分
• G 与其它基于文本的编程语言的重要区别: G是图形化的编程语言
• LabVIEW8.5的启动界面
前面板和程序框图
前面板组成： 输入控件和
显示主控菜件单栏
输入控件： 按钮、旋钮、 转盘 显示控件： 图标、指示 灯
• 框图程序构成三要素
• 节点：程序框图上的对象，带有输入输出端， 是程序执行元素，类似于传统文本编程语言程 序中的语句、操作符、函数或者子程序。
控制选板
控制模板只用于前面 板，用来创建控制器 和指示器。模板中显 示的是一些子模板的 图标，点击图标即可 弹出该图标下的子模 板。
函数选板：用于创建流程图程序
数据流编程模式
例1-1 例1-2
本章小结
• 1、虚拟仪器定义 • 2、虚拟仪器构成 • 3、LabView开发环境 • 4、 LabView是数据流编程模式
测量仪器的发展历程
第一代电子仪器 第二代电子仪器 第三代电子仪器 第四代电子仪器
数字化
计算机化
模块化
模拟仪器
数字仪器
智能仪器
个人仪器
计算机嵌入到 仪器中
仪器模块嵌入 计算机中
模拟式自动测试系统 第一代测试系统 第二代测试系统 第三代测试系统
数字化
标准化
模块化
扫描 测试系统
专用 测试系统
GPIB 仪器系统
• 什么是LabVIEW ?
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。
易与网络及其他周边设备互连
无限的显示选项、界面友好
传统仪器 专用硬件系统 开发时间长、技术要
求高、系统功能较 专一
开发与维修开销高
长（5~10年） 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
有限的显示选项
虚拟仪器的基本功能
• 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。
比较内容 系统构成
虚拟仪器 软件和通用硬件。软件是关键
开发周期
开发时间短、技术要求低、系统 通用性强
开发费用
技术更新周期 价格
软件使得开发和维护费用降至最 低
短（1~2年）
价格低、可复用与可重配置性强
功能可塑性 用户定义仪器功能，柔性
系统开放性
构成复杂系统 能力
人机交互
开放、灵活，与计算机技术同步 发展
实验一 LabVIEW基本操作
• 练习1-1——p17 • 创建一个VI程序，比较两个数，如果两
数相等则灯亮。 • 创建一个VI程序并调试，使用滑动控件
输入3个数A、B和C，求 (B+C) A－20， 确定运算结果的范围，并使用数值、表 盘和温度计正确显示结果。设计和编辑 前面板，使界面美观、实用。
例：虚拟电压表界面（ LabVIEW前面板编程）
例：虚拟电压表程序（ LabVIEW流程框图）
➢ 什么是 G ?
• 是一种带有各种函数库的编程语言 ;
• 提供了专门用于数据采集和仪器控制的函数 库与开发工具
• 使用 G 语言编制的程序称为虚拟仪器程序 （Virtual Instruments，简称VI ）。
虚拟仪器测试系统的软件系统
• Labview
总结
• 虚拟仪器的概念 • 虚拟仪器的基本功能 • 虚拟仪器的基本组成部分 • 基于虚拟仪器的测试系统
作业：
• 1、测试测量仪器经历了哪几个阶段 • 2、什么是虚拟仪器？特点？ • 3、虚拟仪器的系统组成？
1.3 LabVIEW开发环境
• 什么是LabVIEW • 前面板和程序框图 • 菜单栏（自学） • 数据流编程模式
• 端子：是在框图程序和前面板之间或者在框图 程序的节点之间进行数据传输的接口。
• 连线：连线是输入和输出端子间的数据通道， 代表程序执行过程中的数据流。类似于普通程 序中的参数。
• 结构：传统编程语言中循环、条件结构等的图 形化表示。
• 程序框图的设计就是将函数选板上的结 构、函数节点和前面板对象在程序框图 的接线按照一定的方式和顺序用连线连 接起来。
• 虚拟仪器（VI，Virtual 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，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面 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。
• 如：虚拟示波器
Vi 输入电路
A/D
百度文库
RAM
控制系统
4、 I/O接口软件 I/O接口软件存在于仪器设备（即I/O接口设备）与仪器驱动 程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操作， 并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。
1.2 基于虚拟仪器的测试系统
被测对象
传感器
信号调理模块
数据采集卡
计算机
基于虚拟仪器的测试系统结构框图
显示、输 出、打印
虚拟仪器测试系统的硬件系统
• 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。
• 信号调理模块：
• 信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操 作转换成采集设备能够识别的标准信号，包括 功率放大、电气隔离等。NI公司的仪器信号调 理板卡SCXI是LabVIEW软件直接支持的一个 信号调理板卡，LabVIEW环境中调用非常方 便.
PC机
• 虚拟数字电压表
• 基于虚拟仪器的 温度检测与控制
• 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“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。
虚拟仪器与传统仪器的比较
• 数据采集卡：它是外界信号进入计算机的 通道，在这个通道中要实现A/D转换、放 大或缩小、光电隔离等。选择数据采集卡 时，需要注意以下一些问题：数据分辨率、 精度、最高采样速度、通道数、总线接口 类型。美国NI公司的数据采集卡很好，但 价格贵，这里选用声卡价格便宜，功能也 够用。
• 计算机（LabVIEW）：它的作用是数据 采集，分析，显示和记录。
模块化 仪器系统
第四代仪器系统
虚拟仪器 及系统
软件仪器自定义 型
特定设计专用型 台式仪器积木型 模块仪器集成型
虚拟仪器的基本概念
➢ 什么是虚拟仪器?
• 所谓虚拟仪器, 即是以计算机为基础 ,配以相应测试功 能的硬件作为信号输入输出的接口, 完成信号的采集、 测量与调理,从而完成各种测试功能的一种计算机化仪 器系统。
• 在程序框图的设计过程可以通过即时帮 助窗口来查看结构或函数的使用方法。
LabVIEW环境的三个选板
• LabView环境的三个选板： • 工具选板 • 控件选板 • 函数选板
工具选板
• 使用工具模板中的工 具可创建、修改和调 试VI。当从工具模板 中选择了某种工具后， 鼠标光标就变为该工 具的形状，表示可以 进行某类操作。
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。
• 软件（一套完整的虚拟仪器系统的软件结构一 般分为四层）