简述虚拟仪器
简述虚拟仪器的硬件与软件结构
１）硬件部分：构建基于计算机的虚拟仪器，需要有相应的硬件来支持。
虚拟仪器的硬件组成一般分为基础硬件平台和外围硬件设备。
基础硬件平台目前可以选择各种类型的计算机，虚拟仪器充分地利用了计算机的图形用户界面（ＧＵＩ），所开发的具体应用程序都是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ运行环境。
而外围硬件设备则主要包括：各种计算机内置插卡和外置程控测试设备。
这里的外置程控测试设备是指带有某种接口的测试设备。
内置功能插卡产品正在不断面市。
单个插卡就可以完全实现以前体积相对庞大的单台设备的功能。
它可以替代任意波形发生器、计数器、数字万用表、示波器及逻辑分析仪等。
一定程度上实现了测试与测量仪器系统的小型化，提高了便携性。
计算机内置插卡中的数据采集（ＤＡＱ）是ＶＩ的重要组成部分，包括Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换，数字输输出等电路。
其性能决定了数据采集的精度和速度，影响着仪器的整体性能。
ＤＡＱ卡种类繁多，功能齐全，从数据采集的前向通道至后向通道的各个环节，都有对应的ＤＡＱ产品。
随着Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换技术、信号波形处理技术的不断改进，ＤＡＱ卡的采样率已达１ＧＢ／ｓ，精度高达２４位，通道数高达６４个，并能任意结合数字Ｉ／Ｏ、模拟输出和计数器、定时器通道，可以完成模拟波形采集与产生、数字量信号采集、波形采集及数据自动存储、模拟Ｉ／Ｏ、数字Ｉ／Ｏ、定时Ｉ／Ｏ、信号调理等工作。
２）软件部分：ＶＩ系统的核心部分是软件。
ＶＩ的软件由用户应用软件、试验程序和测量仪器驱动程序等三个部分组成，图形化编程技术平台如ＨＰＶＥＥ、ＬａｂＶＩＥＷ和ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ位于最上层。
虚拟仪器软件体系结构ＶＩＳＡ（ＶｉｒｔｕａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａ－ｔｉｏｎＳｏｆｔｗａｒｅＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）主要包含两个层次：用户应用程序和设备驱动程序。
其中设备驱动程序是联系用户应用程序与底层硬件设备的基础。
每一种设备驱动程序都是为增加编程灵活性和提高数据吞吐量而设计的。
每个设备驱动程序都具有一个共同的应用程序编程接口，因此，不管虚拟仪器所使用的计算机或者操作系统是什么，最终所编写的用户应用程序都是可移植的。
虚拟仪器技术简介
虚拟仪器的发展方向
• 虚拟仪器的标准化、模块化、网络化。 • 网络技术应பைடு நூலகம்到虚拟仪器领域中是虚拟 仪器发展的大趋势。 • 21世纪的仪器应具有参与性。 • 21世纪的仪器应最大限度实现绿色化。
虚拟仪器的应用领域
• • • • • 应用于生产检测 应用于研究和分析 应用于过程控制和工业自动化 应用于机器监控 图象处理（机械视觉技术）
虚拟仪器的特点
（1）硬件标准化模块化，强调“软件即仪器”的 新概念。 （2）系统集成化，打破了传统仪器小而全的现状。 （3）仪器自定义，便于工作和管理。 （4）程序设计图形化（G语言），计算可视化。 （5）内嵌丰富的数据信号处理功能 （6） 基于计算机网络技术和接口技术，利用虚拟 仪器技术可方便地实现测量、控制过程的网络化。
本书的结构
• 第1-2章：Labview 入门，前面板和程序框图设计方法，这是 Labview编程最基本技能。 • 第3章：程序结构 • 第4章： 数组、簇、波形 • 第5章：图形控件和图形数据显示 • 第6章：Express VI • 第7章：字符串和数据文件 • 第8章：硬件内容：数据采集及信号调理 • 第9章：数据分析与处理 第10章：动态程序控制 • 第11-20章：专题内容： • 第11章：仪器控制、 • 第15章：频率测量 • 第19章：网络应用
模拟仪器->数字化仪器->智能仪器; 单台仪器->层叠式仪器系统阶段 从80年代进入虚拟仪器系统时代, 虚拟仪器技术是21世纪仪器的发展方向！ 虚拟仪器将在许多品种和领域内逐步取代 传统硬件仪器，使成千上万种传统仪器演 变为计算机软件！
The Software is The Instrument!
虚拟仪器的构成及分类
虚拟仪器与传统仪器的区别与联系
虚拟仪器与传统仪器的区别与联系
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。
它由计算机，应用软件和仪器硬件组成。
无论哪种虚拟仪器系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑，台式
PC 或工作站等各种计算机平台（甚至可以是掌上电脑）加上应用软件而构成的。
虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。
从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能以摩尔定律（每半年提高一倍）飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。
虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。
尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。
虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的硬件软件化的发展趋势，因而常被称作软件仪器。
它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训既可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。
在仪器计量系统方面，示波器、频谱仪、信号发生器、逻辑分析仪、电压。
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
温度采集系统设计摘要：利用图形化可视虚拟仪器应用软件labview作为温度采集监测系统的开发平台,通过数据采集卡与PC机构成一个功能强大的虚拟仪器,实现对温度的采集、显示、监测、报警等功能。
利用虚拟仪器技术不仅简化了系统硬件,软件实现也很方便,同时图形化的显示使结果更直观、准确,并给出了模拟的系统程序。
一、虚拟仪器1. 1虚拟仪器概述虚拟仪器是在以计算机为核心的硬件平台上, 其功能由用户设计和定义, 具有虚拟面板, 其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板, 以多种形式表达输出检测结果; 利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理; 利用I /O 接口设备完成信号的采集与调理, 从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。
使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板, 就如同使用一台专用测量仪器一样。
1. 2虚拟仪器的图形化开发平台LabVIEW ( Laboratory V irtua l Instrument EngineeringWorkbench)是一种图形化的编程语言, 它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受, 视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS- 232和RS- 485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、A ct iveX 等软件标准的库函数。
LabV IEW是一个面向最终用户的工具, 它为用户提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径, 使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时,可以大大提高工作效率。
LabV IEW 的编程环境包括两个面板: 前面板( pane l )和框图。
通过编制虚拟仪器的前面板来模拟真实仪表的面板, 在程序前面板上, 输入量被称为控制( Controls), 输出量被称为显是控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上, 如旋钮、开关、图表、图形等。
虚拟仪器VirtualInstrument1虚拟仪器的基本概念
VI中的错误。
连续运行 单击此按钮可使VI程序连续地重复执行。 按钮
停止运行 单击此按钮可停止运行VI。 按钮 暂停按钮
单击此按钮可暂停VI执行，再次单击此 按钮，VI又继续执行。
高亮显示 执行按钮
单击此按钮，可动态显示VI执行时数据 的流动。
单步步入 单击此按钮，按节点顺序单步执行程序， 每单击一次，程序执行一步。如果节点 按钮
参考号标示，这个子选板包括各类参考号。
12
13
装饰件 用于对前面板进行装饰的各种图形对象。
14
从文件 调用存储在文件中的控件。 系统选 择控件 用户 控制 把控件放在\National Instruments\LabVIEW 8.5\user目录中时， 将出现在这个子选板中。
15
NI数据采集设备
为一个子程序或结构，则进入子程序或 结构内部执行单步运行方式 。
单步步过 单击此按钮，按节点顺序单步执行程序 （不进入循环，SunVI内部）。 按钮 单步步出 单击此按钮，退出单步执行，进入暂停 状态。 按钮 文本字体 设置按钮
虚拟仪器的基本概念、特点和构成
图17-11 三角波基波信号检测VI的前面板 图17-12 三角波基波信号检测VI的框图程序
◆思考与练习2
1、LabVIEW应用程序由哪几部分构成？ 2、在上述三角波基波信号检测VI中增加“幅
值”和“相位”测量并进行显示。
项目十七 虚拟仪器
[知识链接一] 虚拟仪器的基本概念 [知识链接二] LabVIEW 8.5编程基础
[知识链接一] 虚拟仪器的基本概念
一、虚拟仪器的概念
虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是计算 机技术与仪器技术深层次结合的产物，是对传统 仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命。
I/O接口设备组成。 （2）软件结构 虚拟仪器软件由应用程序和I/O接口仪器驱动程序两大部
分构成。 应用程序包含实现虚拟面板功能的前面板软件程序和定
义测试功能的流程图软件程序等两个方面的程序。 I/O接口仪器驱动程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、
驱动与通信
虚拟仪器的构成方式主要有五种类型
图17-2 虚拟仪器的构成方式
图17-7 控件选板
（3）函数选板
函数选板仅位于程序框图。函数选板中包含创建 程序框图所需的VI和函数。按照VI和函数的类型， 将VI和函数归入不同子选板中。
图17-8 函数选板
三、LabVIEW中的Express VIs
LabVIEW的最主要特性是其快捷性，主要体现在程 序框图窗口的函数选板中包含了许多功能强大的 Express VI（快速VI）。它将过去的基本函数面向 应用做了进一步的打包，把常用的测量功能集成于 一些简单易用、交互式的VI中。
用户在程序开发过程中，只需在整个程序流程图中 简单地调用Express VI程序，并使用属性设置页面 配置系统的采集、分析与显示功能，实现应用程序 的快速开发与设计，极大地提高了程序开发效率。
虚拟仪器软件开发平台介绍
虚拟仪器技术起源于20世纪80年代， 随着计算机技术和图形化编程语言的 快速发展，虚拟仪器逐渐成为一种重 要的测量和自动化控制工具。
虚拟仪器优势及应用领域
灵活性
虚拟仪器可以通过软件编程实现各种 复杂和定制化的功能，满足不同应用 需求。
可扩展性
虚拟仪器可以方便地添加新的功能和 模块，实现系统功能的升级和扩展。
信号可视化
提供信号可视化工具，将处理后的 信号以图形化方式展示，便于用户 直观了解信号特性和处理效果。
软件架构设计
模块化设计
采用模块化设计思想，将虚拟仪器软件划分为多个功能模块，降 低系统复杂性，提高可维护性和可扩展性。
层次化结构
构建层次化的软件架构，包括数据采集层、信号处理层、应用层 等，实现不同层次间的解耦和高效协作。
03
支持多通道数据的同步采集，确保不同通道间数据的时序一致
性和准确性。
信号处理技术
数字信号处理算法
运用数字信号处理算法（如滤波、 变换、谱分析等）对采集到的信 号进行加工和处理，提取有用的 特征信息。
实时信号处理
支持实时信号处理功能，能够在数 据采集的同时进行信号处理和特征 提取，满足在线监测和实时控制的 需求。
易用性指标
涉及用户界面设计、操作流程简化等，衡量 平台的易用程度。
功能指标
涵盖虚拟仪器组件数量、类型、数据处理能 力等，体现平台的功能丰富程度。
稳定性指标
考察平台的故障率、恢复能力等，确保平台 的稳定运行。
对比分析不同平台优缺点
平台A
优点包括丰富的组件库和强大的数据处理能 力，但操作相对复杂，学习成本较高。
03
支持自定义模块开发，满足用户个性化需求
虚拟仪器实验报告
虚拟仪器实验报告摘要：虚拟仪器是一种基于计算机技术的仿真实验方法，通过模拟和模型计算来代替传统仪器设备进行实验。
本文主要介绍了虚拟仪器实验的原理和应用，以及在教学和研究领域中的潜力和优势。
通过对虚拟仪器的实验，可以提高实验效率、降低实验成本，并且具有实验数据可重复性高、操作更加安全等优点。
1. 引言虚拟仪器是指利用计算机技术和软件工具来实现仪器设备的模拟和仿真。
与传统的实验仪器相比，虚拟仪器不需要实际的硬件设备，通过软件工具就可以模拟实验的过程和结果。
虚拟仪器的出现，极大地提高了实验的效率和安全性，同时降低了实验成本，被广泛应用于教育和研究领域。
2. 虚拟仪器实验的原理虚拟仪器实验的原理主要包括仪器模型的建立和实验过程的仿真。
首先，通过数学建模和计算机编程，将真实仪器的工作原理和特性抽象成数学模型。
然后，使用虚拟化技术和算法，将这些数学模型转化为计算机程序，实现仪器的仿真运行。
在实验过程中，通过人机交互界面，用户可以进行实验的设置和操作，并观察实验结果。
3. 虚拟仪器实验的应用虚拟仪器实验在教学和研究领域中具有广泛的应用。
在教学方面，虚拟仪器可以提供更加灵活和多样化的实验内容，满足不同层次和不同需求的学生。
虚拟仪器可以模拟各种复杂的实验条件和操作步骤，帮助学生更好地理解和掌握实验原理。
在研究方面，虚拟仪器可以用于快速验证和评估科研方案的可行性，节省时间和成本。
虚拟仪器还可以模拟复杂的实验环境和操作过程，帮助科研人员深入理解和分析实验结果。
4. 虚拟仪器实验的优势和潜力虚拟仪器实验具有一系列的优势和潜力。
首先，虚拟仪器可以提高实验效率，缩短实验周期。
通过虚拟化技术，实验数据和实验过程可以在计算机上进行记录和分析，大大提高了实验数据的质量。
《虚拟仪器简介》课件
目 录
• 虚拟仪器概述 • 虚拟仪器的核心技术 • 虚拟仪器的优势与局限性 • 虚拟仪器的典型案例 • 虚拟仪器的发展趋势与未来展望
01
虚拟仪器概述
定义与特点
01
02
03
定义
虚拟仪器是一种基于计算 机的测试和测量系统，通 过软件实现传统仪器的功 能。
特点
可定制性、灵活性、高效 性、易用性、可扩展性。
案例三：基于虚拟仪器的远程实验系统
总结词
该பைடு நூலகம்统利用虚拟仪器技术，实现远程实验的实时监测和控制，具有方便、安全和高效的 特点。
详细描述
基于虚拟仪器的远程实验系统通过互联网等技术手段，实现对远程实验的实时监测和控 制。该系统具有强大的数据传输和处理能力，可以实时传输实验数据、控制实验设备， 并提供友好的用户界面和数据分析工具。该系统广泛应用于科研、教学、工程等领域，
为远程实验提供了方便、安全和高效的解决方案。
05
虚拟仪器的发展趋势与未来展望
发展趋势
云计算技术的融合
人工智能与机器学习的应用
随着云计算技术的不断发展，虚拟仪器将 与云计算技术深度融合，实现远程控制和 数据共享。
人工智能和机器学习技术在虚拟仪器中的 应用将进一步拓展，提高测试和测量效率 。
无线连接与物联网的集成
信号处理
对采集到的数据进行滤波、放 大、转换等处理。
相关技术
数字信号处理、频谱分析、小 波变换等。
应用领域
测试测量、自动化控制、故障 诊断等。
仪器驱动程序与接口标准
仪器驱动程序
作用
用于控制和操作实验仪器的软件程序 。
实现虚拟仪器与硬件设备的通信和控 制。
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。
第一讲 什么是虚拟仪器
虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（National Instrument）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）。
用户在使用这套装置时： 操作：操作的是示波器面板 观察：示波器屏幕 优点：直观、简单！
缺陷： 1）测试同样的信号，如果一旦示波器买定， 则我们只能测定特定的信号。 实际上从测试的信号我们可以得到更多的信 息（功率、光强），但是示波器无法满足。 如果需要更多的信息，那就只能再买仪器。 2）示波器的按钮，我觉得不符合我的使用习 惯。（人适应仪器）
作业
查资料（期刊、学位论文等）进一步体 会虚拟仪器的内涵，理解虚拟仪器与传 统仪器的不同，理解虚拟仪器与仿真的 不同。 本课程主要讲述虚拟仪器，虚拟仪器是 计算机与仪器结合的一种方式，计算机 和仪器还有另外一种结合方式－智能仪 器，什么是智能仪器？列举你见过的智 能仪器。
请大家回去查资料了解其特点和应用场合
小型虚拟仪器系统开发
虚拟仪器为计算机在工业领域中的应用提供一项很好的技术解决 方案，例如，在制造业中我们可以借鉴它来进行机床操作面板设计等 工作。
虚拟仪器不“虚”！
本课程最终目的： 理解虚拟仪器的思想，最终能应用Labview软件 设计一个简易虚拟仪器：测温计、测速计、示波 器等。 软件和硬件 硬件可以提出选择方案。 软件自己设计。
虚拟仪器软件驱动模块 为简化硬件板卡编程和控制，NI和Agilent标准 化了数百种常用仪器、板卡的驱动，它们已成为虚 拟仪器开发平台的一部分，开发时可直接复用这些 硬件驱动代码。
虚拟仪器可分为五种类型
在计算机辅助教学（CAI）广泛应用的今天，基于计算机技术的虚拟仪器系统也随之出现，它是传统仪器与计算机技术高度的结合，随着计算机集成电路技术的发展。
对测试技术与测试设备的要求也越来越高，虚拟仪器的普及势在必行。
目前虚拟仪器主要有两种，一种是纯软件的虚拟仪器（即仿真技术）；另一种是软件硬件相结合的虚拟仪器VI（Virtual Instruction）1 虚拟仪器的内涵虚拟仪器又称个人计算机仪器，由个人计算机、仪器硬件和应用软件组成。
其基本设计思想是利用当前广泛使用的个人计算机来管理、组织仪器系统，进而逐步代替传统仪器完成某些功能。
如数据的采集、分析、显示、存储及波形产生等，最终达到取代传统电子仪器的目的。
1.1 仿真技术。
在仿真技术中，根据仿真对象的不同，可分为两类，一类是对电子电路的分析仿真工具-EDA技术；另一类是应用于通信、信号处理和控制方面的仿真工具-MATLAB。
①EDA技术。
一套完整的EDA软件是多个设计工具系统集成化的结果，它包含计算机辅助设计CAD、计算机辅助分析CAA和计算机辅助制造CAM等。
市场中的EDA软件主要有Pspice、Mutisim、Wewb和Protel四种。
它们的仿真功能用的是同一个仿真引擎-伯克利分校的Pspice仿真引擎。
②MATLAB软件。
主要工具箱有信号处理、控制系统、神经网络、图像处理、鲁棒控制、非线性系统控制设计、系统识别、最优化、分析与综合、模糊逻辑、小波分析、样条、通信和统计等。
这两种仿真技术都只需要一台计算机和相应的软件，而无需任何硬件的支持，也就是说这种虚拟仪器是纯软件性质的，无论电路、系统本身还是分析工具都是由软件实现的。
1.2 虚拟仪器可分为五种类型。
①PC总线-插卡型虚拟仪器。
这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用软件LabVIEW相结合，通过三种编程语言Visual C++、Visual Basic和Labview/cvi构成测试系统。
虚拟仪器的概念
用LabVIEW做的示波器，与真实的示波器有着相同的功能
LabVIEW和虚拟仪器在物理实验中的 应用
对学生进行LabVIEW和虚拟仪器的基本知识
和技术的训练，有助于他们在将来的工作中 掌握运用。 将部分实验的传统测量方法改进为计算机自 动化测量分析，使实验的效率大大提高，物 理内容更加突出。 通过适当配置接口，可以充分综合利用实验 室现有的各种数字仪器仪表，以及用C++等 系统开发的计算机数据测控系统。
提示：LabVIEW中，你可以随时获得帮助。用Help→Show Context Help打开帮助窗口（Context Help）快捷键为Ctrl＋H， 当把鼠标放到任何感兴趣的模块对象上时，就会在帮助窗口中显 示相应的帮助信息。
提示：在任何一个控制或是函数模块上单击右键，都会出现弹 出菜单，通过弹出菜单可以方便地对模块进行编辑。
数据线：
当你连线时，LabVIEW会提示该接口的名称，只能在同一 数据类型的端口之间连线，不同类型的数据连线的颜色和形 状也不同。错误的连线会表示成黑色虚线，这时你应将连线 工具移动到它上面，LabVIEW会给出两端的数据类型信息， 你可以检查并改正。添加新的模块和连线可能会对已设置好 的部分有影响，而且原来的错误连线也可能对新添加的连线 有影响。
提示：在流程图上，你会看到不同颜色的模块，不同颜色代表 不同的数据类型，其定义与连线一致。
6.控制量与显示量
在LabVIEW中，一个数字量（numeric）、布尔量
（boolean）、字符量（string）等都有控制量 （control）和显示量（indicator）的区别。 控制量：用于控制程序，它相当于仪器上的控制按 钮，如开关、旋钮等。 显示量：用于显示程序运行的结果，它相当于仪器 上的显示部件，如显示屏、指示灯等。 在流程图窗口中，我们可以看到控制部件的外框比 较粗，显示部件的外框比较细，要实现控制量与显 示量之间的转换，只需在流程图上的模块上点击右 键，选择change to indicator（或者change to control）就可以了。
虚拟仪器的基础知识
优势
灵活性
虚拟仪器允许用户根据需要自 由组合硬件和软件，实现不同
的测量和控制系统功能。
可扩展性
随着技术的进步，用户可以随时更 新软件部分，而无需更换硬件，从 而延长了仪器的使用寿命。
高效性
虚拟仪器通常具有友好的图形 用户界面，简化了操作过程， 提高了工作效率。
成本效益
由于降低了硬件成本和维护成 本，虚拟仪器为用户节省了大
量资金。
局限性
性能限制
受限于计算机的处理能力和内存大小， 虚拟仪器的性能可能无法与专用硬件 相媲美。
实时性能问题
对于需要高精度和高速度的应用，虚 拟仪器可能无法满足实时性的要求。
可靠性问题
由于虚拟仪器依赖于计算机系统，因 此可能存在因软件故障或病毒感染而 导致系统崩溃的风险。
兼容性问题
不同的虚拟仪器系统可能存在兼容性 问题，导致用户在更换或升级系统时 面临困难。
03
LabWindows/CVI 等。
数据采集硬件
数据采集硬件是虚拟仪器的输入设备， 用于获取现实世界中的信号并将其转 换为数字信号，以便在计算机上进行 处理和分析。
数据采集硬件通常包括各种传感器、 信号调理器和数据采集卡等。
信号处理与分析软件
信号处理与分析软件是虚拟仪器的数据处理中心，它能够对采集到的数据进行处理、分析和可视化。
虚拟仪器的基础知识
• 虚拟仪器概述 • 虚拟仪器的核心组件 • 虚拟仪器的应用领域 • 虚拟仪器的优势与局点
定义
可扩展性
虚拟仪器（Virtual Instrument）是一种基 于计算机的测量和分析系统，通过软件实现 传统仪器的功能。
虚拟仪器通过软件编程实现，可以根据需 求添加或修改功能。
虚拟仪器名词解释
虚拟仪器名词解释
虚拟仪器是一种现代计算机技术,允许计算机在执行某些计算任务时,使用外部设备(如测量仪器、分析仪器等)来进行数据处理和分析。
虚拟仪器是一种将外部设备嵌入到计算机系统中的技术,使得这些设备可以与计算机中央处理器(CPU)并行运行,从而提高计算效率。
虚拟仪器通常由一个或多个虚拟仪器库提供,这些库提供了一组标准的虚拟仪器接口,可以被应用程序所使用。
虚拟仪器库可以包括不同类型的虚拟仪器,如测量浮点数的浮点测量库、分析仪器的仪器分析库等。
应用程序可以使用虚拟仪器库中的虚拟仪器来进行数据处理和分析,并将结果输出到标准输出或文件。
除了提高计算效率外,虚拟仪器还可以带来一些其他的优点。
例如,虚拟仪器允许应用程序使用外部设备的数据,而不必手动读取和转换数据。
虚拟仪器还可以降低系统复杂性,因为应用程序不必考虑如何与外部设备通信,而是直接使用虚拟仪器库提供的接口进行数据处理。
随着虚拟仪器技术的不断发展,虚拟仪器的应用越来越广泛。
例如,在人工智能、医学诊断、天文学、化学分析等领域,虚拟仪器已经成为不可或缺的工具。
虚拟仪器技术还可以用于开发更加高效、精确的测量和数据分析应用程序。
虚拟仪器是一种强大的计算机技术,可以提高计算效率和降低系统复杂性,为各种应用程序提供更加可靠的数据处理和分析功能。
[整理版]虚拟仪器技术综述
![[整理版]虚拟仪器技术综述](https://img.taocdn.com/s3/m/bf2d3fd2ba4cf7ec4afe04a1b0717fd5360cb264.png)
虚拟仪器技术综述摘要：本文论述了虚拟仪器的发展历程，虚拟仪器的基本概念、组成，虚拟仪器的总线技术，与传统仪器技术进行对比，虚拟仪器技术的优势， LabVIEW 软件的应用，最后对虚拟仪器技术的发展趋势进行了分析总结。
关键词：虚拟仪器、总线技术、LabVIEW一、虚拟仪器的发展历程1．国外发展历程随着个人电脑技术的出现，人们开始考虑使用电脑来处理传统仪器所测数据。
由此，GPIB技术在20世纪70年代发展起来，这也就是IEEE488及后来的IEEE488.2标准。
但由于GPIB总线带宽（1Mbytes／s）限制了数据向计算机的实时传输，所以大量的数据处理工作仍然依靠仪器自身所带有的功能。
20世纪80年代，随着计算机技术的进一步发展，个人电脑可以带有多个扩展槽，就出现了插在计算机里的数据采集卡。
它可以进行一些简单的数据采集，数据的后处理由计算机软件完成，这就是虚拟仪器技术的雏形。
1986年，美国National Instruments公司（以下简称NI公司）提出了“软件即仪器的口号”，推出了NI-LabVIEW直观的流程图编程风格的开发和运行程序平台，开启了虚拟仪器的先河。
20世纪90年代，计算机总线速度进一步加快，PCI总线的数据传输速度达到了132Mbytes/s。
1996年底，美国NI公司在PCI数据总线的基础上提出了第一代PXI系统的技术规范。
现在，PXI技术联盟已经有接近60家成员公司为这一平台开发产品。
2．我国发展历程1985年，我国东方振动和噪声技术研究所（以下简称COINV）开始提出PC卡泰（PCCATAI）—微机卡式采集测试分析仪的概念，并推出了数据采集和信号处理软件（DASP Data Acquisition＆Signal Processing），随后又提出了“把实验室拎着走”的口号，进而进行了虚拟仪器库平台的研发，实现了INV虚拟仪器库。
DASP软件概念突破了传统的随机振动信号分析仪和FFT分析仪概念，实现了向虚拟仪器和计算机采集测试分析仪器概念的过渡。
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一、虚拟仪器
1.1虚拟仪器的发展
近年来，虚拟仪器技术在国际上发展非常迅速。
这要归功于虚拟现实技术的发展，该技术虚拟化仪器模式——虚拟仪器，特别适用于当今越来越复杂的测试需求。
虚拟仪器技术突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式，将日益普及的计算机技术与传统的仪器仪表技术结合起来，使用户利用计算机、一组软件和极少的必需硬件，就可在屏幕上虚拟出与传统仪器相似的显示面板，使用者通过鼠标和键盘操纵面板上的虚拟按钮、开关、旋钮来实现传统仪器的各种功能操作，通过面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯了解仪器的状态读取或打印测量结果，方便灵活地完成对被测试测量的采集、分析、判断、显示及数据存储等。
1.2虚拟仪器的概述
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、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。
1.3虚拟仪器的特点
（1）智能化程度高，处理能力强
虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。
用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。
（2）．复用性强，系统费用低
应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。
这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统费用更低。
通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。
（3）. 可操作性强，易用灵活
虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。
使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过
网络发送。
测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大提高而且易用、灵活。
（4）.虚拟仪器的核心
虚拟仪器的技术基础是计算机技术，核心是计算机软件技术。
其中最有代表性的图形化编程软件是美国NI公司推出的Labview。
它是世界上第一个采用图形化编程技术的面向仪器的32位编译型程序开发系统，它的目标就是简化程序的开发工作，提高编程效率。
Labview使用了所见即所得的可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。
用户可以通过使用编辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制对象。
Labview提供了多种强有力的工具箱和函数库，并集成了很多仪器硬件库。
Labview支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发的Labview应用程序可直接移植到其它平台上。
1.5 .虚拟仪器的软件设计
软件设计由两部分组成：前面板和流程图。
在前面板，输入用输入控件(Control)来实现，程序运行的结果由输出控件(Indicator)来完成。
流程图是完成程序功能的图形化源代码，通过它对信号数据的输入和输出进行指定，完成对信号采集及分析处理功能的控制。
1.6.虚拟仪器的硬件结构
虚拟仪器的硬件平台主要包括用于数据采集、信号分析处理和信号输出显示等硬件。
由于从传感器直接得到的信号很微弱，因此选用了美国Burr Brown公司专门用于数据采集、具有高精度及强抗干扰能力的精密隔离仪表放大器作为信号处理单元的主放大器。
二LaBVIEW
2.1. LabVIEW 简介
LabVIEW 是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的缩写。
它是一个工程软件包。
LabVIEW采用图形化语言编程，以方框图的形式编制程序，运用的设备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似[8] 。
LabVIEW从基本的数学函数、字符串处理函数、数据运算函数、文件I／O函数到高级分析库，包括了信号处理、窗函数、滤波器设计、线性代数、概率论与数理统计、曲线拟合等，涵盖了仪器设计中几乎所有需要的函数[5]。
LabVIEW的功能模块包括数据采集、通用接口总线和仪表的实时控制、数据分析、数据显示以及数据的存
储。
2.2 LabVIEW的特点
LabVIEW是一种基于图形编程语言，它具有十分强大的功能，包括数值函数运算、数据采集、信号处理、输入/ 输出控制、信号生成、图象的获取、处理和传输等等。
LabVIEW与C，Pascal，Basic 等传统编程语言有着诸多相似之处，如相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具，以及模块化的编程特点等。
但二者最大的区别在于：传统编程语言用文本语言编程；而LabVIEW使用图形语言（即各种图标、图形符号、连线等）编程，界面非常直观形象，而且使用的都是测试工程师们熟悉的旋钮、开关、波形图等，因此是一种直觉式图形程序语言。
采用LabVIEW编程，其主要特点就是将虚拟仪器分解为若干基本的功能模块（相当于硬件设计的集成电路），模块的引脚代表输入/输出接口。
编程者可以通过交互式手段，采用图形化框图设计的方法，完成虚拟仪器的逻辑和测量分析功能设计。
LabVIEW程序设计过程与人们设计仪器的思维过程十分相似，程序框图就实现了程序代码功能，避免了一般程序设计从框图构思到程序表示的繁琐。
LabVIEW编程的另一个优点是将软件的界面设计与功能设计独立开来，修改人机交互界面无须对整个程序进行调试，这对设计像仪器操作面板这样复杂的人机界面而言是十分方便的。
LabVIEW还为用户提供了函数扩展功能，从而可以调用C等传统编程语言写的程序代码、调用标准动态链接库。
2.3 labview的优势
1.图形化编程环境2．可重用性高3．开发功能高效、通用4．支持多种仪器和数采硬件的驱动5．查错、调试能力强大 6. 支持多种操作系统7. 网络功能强大8．开放性强。
2.4利用labview设计虚拟仪器的步骤:
通常，一个虚拟仪器的设计步骤如下。
（1）在前面板设计窗口放置控件
首先，在前面板开发窗口使用工具模板中的相应工具，从控制模板中取用和放置好所需控件，进行控件属性参数设置，标贴文字说明标签。
（2）在流程图编辑窗口，放置节点、图框
在流程图编辑窗口，使用工具摸板中相应工具，从功能模板中取用并放置好所需图标，它们是流程图中的“节点、图框”。
（3）数据流编程
使用连线工具按数据流的方向将端口、节点、图框依次相连，实现数据从源头按规定的运行方式送到目的终点。
（4）运行检验
当完成步骤（1）、（2）、（3）后，前面板程序与流程图图形化程序的设计完毕，一个虚拟仪器已基本建立，是否达到预期功能，还需运行检验。
有如下两种检验方式。
a.防真检验：不使用I/O接口硬件设备。
b.实测检验：它通过I/O接口硬件设备，采集输入标准信号，来检验虚拟仪器的功能。
（5）程序调试技术
利用快捷工具栏中的“运行”、“高亮执行”、“单步执行”、“断点设置”进行以下程序调试步骤。
．a.找出语法错误 b. 设置执行程序高亮 c.断点与单步执行d.探针 e.数据观察 f. 命名存盘
2.5利用labview实现数据采集
LabVIEW中的数据采集实际上包含了模拟输入、模拟输出、数字输入/输出和计数器四种信号输入输出方式。
其中，用的最多的方式是模拟输入方式，这种方式的数据采集过程一般经过以下步骤：
(1).数据采集VI通知数据采集卡相关的采样参数：采样频率、采样次数、采样通道和数据缓存的大小。
(2).采样开始，多路开关对采样通道进行一次依次扫描，每个通道采样一个点。
(3) 采样的模拟信号送到A/D转换器转换成数字信号。
(4) 数字信号存储到数据缓存。
(5). 重复2—4的操作，直到采集到了所需的采样次数，全部数据顺序存储到缓存中。
结束语
通过这次的论文，让我了解到学习知识和动手能力完全是两回事。
你可以把知识学好，但你不能保证你的作品会和你的知识成正比。
也许是因为自己平时的努力不够，在这次的写作中，我感觉特别吃力。
也许在将来的就业上实践能力不足会产生不小的阻力，所以现在的自己不仅要努力学习还要努力实践，能全面发展的大学生才是社会需要的。