虚拟仪器设计方法 ppt课件
合集下载
虚拟仪器工程设计实例.pptx
第8章 虚拟仪器工程设计实例
教学重点虚拟仪器的设计原则虚拟仪器的设计步骤虚拟仪器软面板设计技术虚拟仪器工程设计实例
第1页/共39页
8.1 虚拟仪器的设计原则
硬件设计基本原则 经济合理 安全可靠 有足够的抗干扰能力 软件设计的基本原则 结构合理 操作性能好 具有一定的保护措施 提高程序的执行速度 给出必要的程序说明
第20页/共39页
2. 声卡数据采集的硬件结构
第21页/共39页
3. 声卡数据采集的软件实现
声卡的声道声卡的采样频率
第22页/共39页
4. 应用实例
在光学机械系统中，由于光路的需要，常将光学元件调整架固定在一套悬臂结构上。光学元件的基座振动常常会影响光学系统的传输性能，因此有必要对其加以采集、分析，并以此为据采取相应的解决方法。光学-机械系统如图
第30页/共39页
（2） 抗混叠低通滤波器
四阶低通滤波器的原理电路
第31页/共39页
（3）A/D卡
第32页/共39页
A/D卡原理框图
第33页/共39页
3. 软件设计
第34页/共39页
数据采集模块
第35页/共39页
完成一个周期信号采集的程序框图
读转换结果程序框图
第36页/共39页
测量结果
伏安测量及三相不平衡度测量的前面板
第37页/共39页
Thank You !
本章结束
第38页/共39页
第23页/共39页
应变片直流电桥测量电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第24页/共39页
声卡采集程序框图
第25页/共39页
采集结果分析
第26页/共39页
8.4.3 虚拟化电能质量监测系统
教学重点虚拟仪器的设计原则虚拟仪器的设计步骤虚拟仪器软面板设计技术虚拟仪器工程设计实例
第1页/共39页
8.1 虚拟仪器的设计原则
硬件设计基本原则 经济合理 安全可靠 有足够的抗干扰能力 软件设计的基本原则 结构合理 操作性能好 具有一定的保护措施 提高程序的执行速度 给出必要的程序说明
第20页/共39页
2. 声卡数据采集的硬件结构
第21页/共39页
3. 声卡数据采集的软件实现
声卡的声道声卡的采样频率
第22页/共39页
4. 应用实例
在光学机械系统中，由于光路的需要，常将光学元件调整架固定在一套悬臂结构上。光学元件的基座振动常常会影响光学系统的传输性能，因此有必要对其加以采集、分析，并以此为据采取相应的解决方法。光学-机械系统如图
第30页/共39页
（2） 抗混叠低通滤波器
四阶低通滤波器的原理电路
第31页/共39页
（3）A/D卡
第32页/共39页
A/D卡原理框图
第33页/共39页
3. 软件设计
第34页/共39页
数据采集模块
第35页/共39页
完成一个周期信号采集的程序框图
读转换结果程序框图
第36页/共39页
测量结果
伏安测量及三相不平衡度测量的前面板
第37页/共39页
Thank You !
本章结束
第38页/共39页
第23页/共39页
应变片直流电桥测量电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第24页/共39页
声卡采集程序框图
第25页/共39页
采集结果分析
第26页/共39页
8.4.3 虚拟化电能质量监测系统
虚拟仪器课程设计.ppt
❖ 前置面板的设计
数据文件的将记录存储
4基于labview函数发生器的设计
❖ 一个用声卡实现的基本信号发生器，它可以产生正弦波、矩形波等，并 实现频率、幅值等的控制。前面版如下
三、小组分配
学生可根据喜好和兴趣，从设计题目中选择或经老师同意的其它题目 进行设计，但每人必须完成两个任务。
四、成绩评定
❖ 1基于labview交通灯的设计
❖ 此次设计可以用六盏灯来指示路口的红绿灯状况，它们分 别是下文中的东红、东黄、东绿、北红、北黄、北绿。
❖ 信号灯按一定规律循环点亮，每盏红灯亮35秒，每盏黄灯 亮5秒，每盏绿灯亮30秒。每个循环包括四个阶段。第一 阶段：北黄和东红灯点亮，时间为5秒。第二阶段：北红 和东绿灯点亮，时间为30秒。第三阶段：东黄和北红灯点 亮，时间为5秒。第四阶段：北绿和东红灯点亮，时间为 30秒。每个循环用时70秒。东、北两个方向分别放置一个 时间显示器来显示离下一个信号到来的时间。
一、设计题目
❖ 1．基于labview交通灯的设计 ❖ 2．基于labview声卡的虚拟仪器设计 ❖ 3．基于labview压力表设计 ❖ 4．基于labview函数发生器的设计 ❖ 5．其它征得老师同意的自选方案。
二、设计要求
❖ 自觉遵守实验室各项规章制度，认真完成所选题 目的程序调试，编写设计说明书。
前面版如下
2基于labview声卡的虚拟仪器设计
❖ 根据题目要求，整个过程可以分为三大部分：声音信号的采集、分析与 处理、声音信号回放。
❖ 声音面版
3基于labview压力表设计
❖ 了解力转换成电信号的工作原理， 设计虚拟压力测量仪，要求绘制出压 力随时间的变化曲线，以表格的形式存放采集的数据。
❖ 成绩评定由3部分组成： ❖ 实验成绩演示:（占40%） ❖ 课程设计报告:（占40%） ❖ 考勤:（20%）
数据文件的将记录存储
4基于labview函数发生器的设计
❖ 一个用声卡实现的基本信号发生器，它可以产生正弦波、矩形波等，并 实现频率、幅值等的控制。前面版如下
三、小组分配
学生可根据喜好和兴趣，从设计题目中选择或经老师同意的其它题目 进行设计，但每人必须完成两个任务。
四、成绩评定
❖ 1基于labview交通灯的设计
❖ 此次设计可以用六盏灯来指示路口的红绿灯状况，它们分 别是下文中的东红、东黄、东绿、北红、北黄、北绿。
❖ 信号灯按一定规律循环点亮，每盏红灯亮35秒，每盏黄灯 亮5秒，每盏绿灯亮30秒。每个循环包括四个阶段。第一 阶段：北黄和东红灯点亮，时间为5秒。第二阶段：北红 和东绿灯点亮，时间为30秒。第三阶段：东黄和北红灯点 亮，时间为5秒。第四阶段：北绿和东红灯点亮，时间为 30秒。每个循环用时70秒。东、北两个方向分别放置一个 时间显示器来显示离下一个信号到来的时间。
一、设计题目
❖ 1．基于labview交通灯的设计 ❖ 2．基于labview声卡的虚拟仪器设计 ❖ 3．基于labview压力表设计 ❖ 4．基于labview函数发生器的设计 ❖ 5．其它征得老师同意的自选方案。
二、设计要求
❖ 自觉遵守实验室各项规章制度，认真完成所选题 目的程序调试，编写设计说明书。
前面版如下
2基于labview声卡的虚拟仪器设计
❖ 根据题目要求，整个过程可以分为三大部分：声音信号的采集、分析与 处理、声音信号回放。
❖ 声音面版
3基于labview压力表设计
❖ 了解力转换成电信号的工作原理， 设计虚拟压力测量仪，要求绘制出压 力随时间的变化曲线，以表格的形式存放采集的数据。
❖ 成绩评定由3部分组成： ❖ 实验成绩演示:（占40%） ❖ 课程设计报告:（占40%） ❖ 考勤:（20%）
虚拟仪器设计.pptx
➢ （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“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。
➢ （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）。
第6页
《虚拟仪器技术》
➢ 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”。 ➢ （2）操作方便； ✓ 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。
第四代仪器系统 虚拟仪器
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
模块化 仪器系统
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
第9页
《虚拟仪器技术》
（2）仪器与自动测试系统总线技术
➢ 总线（bus）：信号或信息传输的公共路径。
Vi 输入电路
D
RAM
控制系统
《虚拟仪器技术》
PC机
第3页
➢ 虚拟数字电压表
➢ 基于虚拟仪器的 温度检测与控制
《虚拟仪器技术》
➢ （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）。
第6页
《虚拟仪器技术》
➢ 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”。 ➢ （2）操作方便； ✓ 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。
第四代仪器系统 虚拟仪器
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
模块化 仪器系统
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
第9页
《虚拟仪器技术》
（2）仪器与自动测试系统总线技术
➢ 总线（bus）：信号或信息传输的公共路径。
Vi 输入电路
D
RAM
控制系统
《虚拟仪器技术》
PC机
第3页
➢ 虚拟数字电压表
➢ 基于虚拟仪器的 温度检测与控制
《虚拟仪器技术》
虚拟仪器技术ppt课件
虚拟仪器主要是以计算机为核心，通过最大 限度地利用计算机的软硬件资源，使计算机 不但能完成传统仪器测量控制、数据运算和
处理工作，而且可以用强大的软件去代替传
统仪器的某些硬件功能。
.
3
虚拟仪器技术
结果表达
图形显示
文件
数据采集与控制
打印
数据采集卡
网络输出
测
GPIB接口仪器
控
VXI仪器
对 象
PXI仪器
控制对象(输入)
显示对象 (输出)
.
17
LabVIEW应用程序构成
框图程序
端口 节点 图框 连线
函数：随机 数发生器
与前面板控件对 应的连线端子
与前面板控件对 应的连线端子
结构：循环
随机信号发生器的流程图
.
18
LabVIEW应用程序构成
图标/连结器（Icon/Connector）
是子VI被其它VI调用的接口。图标是子VI在其 他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则 表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。必 须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。
.
29
（Functions Palette）子模板1
１
Structure （结构）
包括程序控制结构命令，例如循环控制 等，以及全局变量和局部变量。
２
Numeric （数值运算）
包括各种常用的数值运算，还包括数制 转换、三角函数、对数、复数等运算，
以及各种数值常数。
３
Boolean （布尔运算）
包括各种逻辑运算符以及布尔常数。
包括簇的处理函数，以及群常数等。这里 的群相当于C语言中的结构。
包括各种比较运算函数，如大于、小于、 等于。
处理工作，而且可以用强大的软件去代替传
统仪器的某些硬件功能。
.
3
虚拟仪器技术
结果表达
图形显示
文件
数据采集与控制
打印
数据采集卡
网络输出
测
GPIB接口仪器
控
VXI仪器
对 象
PXI仪器
控制对象(输入)
显示对象 (输出)
.
17
LabVIEW应用程序构成
框图程序
端口 节点 图框 连线
函数：随机 数发生器
与前面板控件对 应的连线端子
与前面板控件对 应的连线端子
结构：循环
随机信号发生器的流程图
.
18
LabVIEW应用程序构成
图标/连结器（Icon/Connector）
是子VI被其它VI调用的接口。图标是子VI在其 他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则 表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。必 须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。
.
29
（Functions Palette）子模板1
１
Structure （结构）
包括程序控制结构命令，例如循环控制 等，以及全局变量和局部变量。
２
Numeric （数值运算）
包括各种常用的数值运算，还包括数制 转换、三角函数、对数、复数等运算，
以及各种数值常数。
３
Boolean （布尔运算）
包括各种逻辑运算符以及布尔常数。
包括簇的处理函数，以及群常数等。这里 的群相当于C语言中的结构。
包括各种比较运算函数，如大于、小于、 等于。
基于LabVIEW的虚拟仪器设计 PPT课件
仪器面板控制软件 数据分析处理软件 仪器驱动程序 输入/输出接口软件
虚拟仪器软件框架
虚拟仪器的组成
虚拟仪器系统
22
被 测 信 号
传 感 器
信 号 调 理 电 路
数 据 采 集 卡
设 备 驱 动
面板程序
应用程序 虚拟仪器开发平台 PC
虚拟仪器系统整体结构图
虚拟仪器的特点
丰富和增强了传统仪器的功能 突出“软件即仪器”的概念 仪器由用户自己定义 开放的工业表准 便于构成复杂的测试系统，经济性好
基于LabVIEW的虚拟仪器设计
Virtual Instrument Design Base-on LabVIEW
教学大纲
2
序号
内
容
基本要求 学时
了解
1
虚拟仪器技术概论
2
2
3 4 5 6 7 8
LabVIEW基础知识
程序结构 字符串、数组、簇和矩阵 图形显示 文件操作 子VI与人机界面设计 数学分析与信号处理
被 测 对 象 信 号 调 理 数 据 采 集 信 号 处 理 仪 器 面 板
传 感 器
虚拟仪器的主要特点：
17
尽可能采用通用的硬件，各种虚拟仪器之间的差
异主要是软件。
充分发挥计算机的能力，具有强大的数据分析和
处理功能，可以创造出功能更多、更强的测量或 测控仪器及系统。 用户可根据自己的实际需求，很便利地自主构建 新的虚拟仪器。
应用领域
声学测试 军工设备测试 设备的自动测试ATE 自动光学检验 汽车性能测试 生物医学信号测量 计量校准 电子测试 光纤校准 光学度量和测定 功率测量与谐波分析 半导体器件性能测试 电子通信测试 振动测试 工厂生产线自动化测控 食品质量监测 电工电子实验平台构建 实验室管理自动化 机械测控 机器视觉 石油和天然气信号处理 制药生产质量监控 工业机器人 过程自动化 SCADA系统 统计流程控制 晶片传送手臂 电机特性参数检测
虚拟仪器软件框架
虚拟仪器的组成
虚拟仪器系统
22
被 测 信 号
传 感 器
信 号 调 理 电 路
数 据 采 集 卡
设 备 驱 动
面板程序
应用程序 虚拟仪器开发平台 PC
虚拟仪器系统整体结构图
虚拟仪器的特点
丰富和增强了传统仪器的功能 突出“软件即仪器”的概念 仪器由用户自己定义 开放的工业表准 便于构成复杂的测试系统，经济性好
基于LabVIEW的虚拟仪器设计
Virtual Instrument Design Base-on LabVIEW
教学大纲
2
序号
内
容
基本要求 学时
了解
1
虚拟仪器技术概论
2
2
3 4 5 6 7 8
LabVIEW基础知识
程序结构 字符串、数组、簇和矩阵 图形显示 文件操作 子VI与人机界面设计 数学分析与信号处理
被 测 对 象 信 号 调 理 数 据 采 集 信 号 处 理 仪 器 面 板
传 感 器
虚拟仪器的主要特点：
17
尽可能采用通用的硬件，各种虚拟仪器之间的差
异主要是软件。
充分发挥计算机的能力，具有强大的数据分析和
处理功能，可以创造出功能更多、更强的测量或 测控仪器及系统。 用户可根据自己的实际需求，很便利地自主构建 新的虚拟仪器。
应用领域
声学测试 军工设备测试 设备的自动测试ATE 自动光学检验 汽车性能测试 生物医学信号测量 计量校准 电子测试 光纤校准 光学度量和测定 功率测量与谐波分析 半导体器件性能测试 电子通信测试 振动测试 工厂生产线自动化测控 食品质量监测 电工电子实验平台构建 实验室管理自动化 机械测控 机器视觉 石油和天然气信号处理 制药生产质量监控 工业机器人 过程自动化 SCADA系统 统计流程控制 晶片传送手臂 电机特性参数检测
虚拟仪器-labview-课件PPT
数据存储与回放
LabVIEW可以将采集的数据存储 到文件中，并支持数据的回放和 分析，便于后续的数据处理和挖
掘。
05
虚拟仪器与现实世界
虚拟仪器与现实世界的接口
硬件接口
虚拟仪器通过硬件接口与现实世界的 物理设备连接，实现数据采集和控制 。常见的硬件接口包括串口、USB、 GPIB等。
软件接口
虚拟仪器软件提供各种软件接口，如 函数面板、脚本语言等，方便用户进 行数据分析和处理。
集成与调试
对虚拟仪器进行集成和调试，确保其 功能和性能符合设计要求。
04
LabVIEW在虚拟仪器中 的应用
LabVIEW在信号处理中的应用
信号生成
LabVIEW提供了多种信号生成函数， 如正弦波、方波、噪声等，可用于模 拟各种实际信号。
信号分析
信号处理算法
LabVIEW支持多种信号处理算法，如 傅里叶变换、小波变换、滤波器设计 等，可用于信号的降噪、特征提取和 模式识别。
可靠性
虚拟仪器应具备高可靠性和稳定性， 能够保证实验结果的准确性和可靠性。
虚拟仪器的硬件选型
01
02
03
04
数据采集卡
根据实验需求选择合适的数据 采集卡，确保能够采集到准确
、稳定的数据。
信号调理器
根据测试信号的类型和幅度选 择合适的信号调理器，确保信
号的质量和稳定性。
传感器
根据测试需求选择合适的传感 器，确保能够准确、稳定地测
实时控制系统
LabVIEW可以与硬件设备进行通信， 实现实时控制系统的构建和调试。
LabVIEW在数据采集中的应用
数据采集卡驱动
LabVIEW支持多种数据采集卡， 如示波器、数据采集卡等，可实
第3章虚拟仪器ppt课件
不易与其他设备连接
虚拟仪器 关键是软件 开发与维护费用低 技术更新周期短 价格低，并且可重用性与可配置性强 用户定义仪器功能 系统开放、灵活，与计算机的进步同
容易与其他设备连接
仪器 = A/D + CPU+ 软件 The Software Is Instruments
3. 虚拟仪器的体系结构
• 基于数据采集卡的虚拟仪器 • 基于GPIB总线方式的虚拟仪器 • 基于VXI总线方式的虚拟仪器 • 基于PXI总线方式的虚拟仪器 • 基于LXI总线方式的虚拟仪器
第3 章
虚拟仪器
第3章 虚拟仪器
教学重点 虚拟仪器的基本概念 虚拟仪器的开发工具 虚拟仪器的数据采集 虚拟仪器的信号处理
3.1 概述
微处理器 MPU
程序存储器 （ROM）
数据存储器 （ROM）
I/O接口
键盘显示接口
被测量
A/D 转换器
D/A 转换器
信号 调理
模仿 执行器
键盘
显示
模拟量输入输出
人机接口
3)计数器数据采集与控制程序
前面板
程序框图
3.4 信号产生
信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任 意一个网络或系统的特性，必须外加一定的测试 信号，其性能方能显示出来。
最常用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯齿 波、噪声波及多频波〔由不同频率的正弦波叠加而 形成的波形〕等。
1.数字化频率的概念
LabVIEW8.2菜单
LabVIEW8.2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
虚拟仪器 关键是软件 开发与维护费用低 技术更新周期短 价格低，并且可重用性与可配置性强 用户定义仪器功能 系统开放、灵活，与计算机的进步同
容易与其他设备连接
仪器 = A/D + CPU+ 软件 The Software Is Instruments
3. 虚拟仪器的体系结构
• 基于数据采集卡的虚拟仪器 • 基于GPIB总线方式的虚拟仪器 • 基于VXI总线方式的虚拟仪器 • 基于PXI总线方式的虚拟仪器 • 基于LXI总线方式的虚拟仪器
第3 章
虚拟仪器
第3章 虚拟仪器
教学重点 虚拟仪器的基本概念 虚拟仪器的开发工具 虚拟仪器的数据采集 虚拟仪器的信号处理
3.1 概述
微处理器 MPU
程序存储器 （ROM）
数据存储器 （ROM）
I/O接口
键盘显示接口
被测量
A/D 转换器
D/A 转换器
信号 调理
模仿 执行器
键盘
显示
模拟量输入输出
人机接口
3)计数器数据采集与控制程序
前面板
程序框图
3.4 信号产生
信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任 意一个网络或系统的特性，必须外加一定的测试 信号，其性能方能显示出来。
最常用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯齿 波、噪声波及多频波〔由不同频率的正弦波叠加而 形成的波形〕等。
1.数字化频率的概念
LabVIEW8.2菜单
LabVIEW8.2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
虚拟医学仪器设计_PPT幻灯片
(3)端口写控制
3.2 虚拟医学仪器硬件接口设计 3.2.2 面向ISA总线的设计
(4)端口读寄存器 或锁存器控制
3.2 虚拟医学仪器硬件接口设计 3.2.2 面向ISA总线的设计
(5)利用端口读寄 提供控制脉冲
3.2 虚拟医学仪器硬件接口设计 3.2.2 面向ISA总线的设计
3．IBMPC/AT总线对XT总线的扩充
3.2 虚拟医学仪器硬件接口设计 3.2.3 面向PCI总线的设计
PCI总线的基本传输规则：突发传输方式； PCI总线传输周期：由一个地址周期加上一个或多个数据周期构成； PCI的基本传输控制信号：FRAME#、IRDY#和TRDY#3个信号。 PCI总线传输包：读、写和中止3个内容。
PCI中的信号类型定义包括： (1)in lnput是一种只用于输入的标准信号。 (2)out Output是—种标准的有效驱动器。 (3)t/s Tri-state是一种双向、三态期入／输出引脚。 (4)s／t／s Sustained Tri-state是一种每次由一个且只由一个单元拥有并驱动的 低有效三态信号。 (5)o／d Open Drain允许多器件共用,可作线或操作.
3.1 概述 3.1.1 虚拟医学仪器的特点
虚拟医学仪器的特点：计算机参与测试，即集控制、计算与测量于一体， 充分利用计算机资源，使传统医学仪器的部分硬件软件化(尤其是控制面 板设计等)。 与传统的医学仪器相比，它有以下几个优点：
(1) 打破了传统医学仪器功能为厂家定义，用户无法修改的模式。 (2) 大大缩短了仪器的开发周期，降低了仪器的开发成本。 (3) 大大提高了医学仪器的性能．特别是通信联网功能。 (4) 具有可重复使用、可移植、可重构的优势，所以可为今后虚拟医学 仪器的开发所利用、用户系统性能升级也极为方便，甚至通过网络下载程 序即可升级。
3.2 虚拟医学仪器硬件接口设计 3.2.2 面向ISA总线的设计
(4)端口读寄存器 或锁存器控制
3.2 虚拟医学仪器硬件接口设计 3.2.2 面向ISA总线的设计
(5)利用端口读寄 提供控制脉冲
3.2 虚拟医学仪器硬件接口设计 3.2.2 面向ISA总线的设计
3．IBMPC/AT总线对XT总线的扩充
3.2 虚拟医学仪器硬件接口设计 3.2.3 面向PCI总线的设计
PCI总线的基本传输规则：突发传输方式； PCI总线传输周期：由一个地址周期加上一个或多个数据周期构成； PCI的基本传输控制信号：FRAME#、IRDY#和TRDY#3个信号。 PCI总线传输包：读、写和中止3个内容。
PCI中的信号类型定义包括： (1)in lnput是一种只用于输入的标准信号。 (2)out Output是—种标准的有效驱动器。 (3)t/s Tri-state是一种双向、三态期入／输出引脚。 (4)s／t／s Sustained Tri-state是一种每次由一个且只由一个单元拥有并驱动的 低有效三态信号。 (5)o／d Open Drain允许多器件共用,可作线或操作.
3.1 概述 3.1.1 虚拟医学仪器的特点
虚拟医学仪器的特点：计算机参与测试，即集控制、计算与测量于一体， 充分利用计算机资源，使传统医学仪器的部分硬件软件化(尤其是控制面 板设计等)。 与传统的医学仪器相比，它有以下几个优点：
(1) 打破了传统医学仪器功能为厂家定义，用户无法修改的模式。 (2) 大大缩短了仪器的开发周期，降低了仪器的开发成本。 (3) 大大提高了医学仪器的性能．特别是通信联网功能。 (4) 具有可重复使用、可移植、可重构的优势，所以可为今后虚拟医学 仪器的开发所利用、用户系统性能升级也极为方便，甚至通过网络下载程 序即可升级。
虚拟仪器labview课件PPT1
第一章 绪 论
3. MXI总线控制方案。
第一章 绪 论
第一章 绪 论
表1-2 DAQ、GPIB、VUX虚拟仪器系统的比较
平台 特性re & Driver Software
吞吐率 1MB/s(3-wire)
PC-DAQ 8，A1Sp6op，flit3cw2aatrioen (expandable to 64) 1-2MB/s(ISA)
DAQ采集
板、卡或 盒
DAQ采集 控制软件
第一章 绪 论
1.2.2 GPIB仪器系统的构成 典型GPIB仪器由：一台计算机、一块GPIB接
口卡、和若干GPIB仪器通过GPIB电缆连接而成。
第一章 绪 论
1.2.3 VXI仪器系统的构成 典型VXI仪器有三种不同配置方法：
1. GPIB控制方案；
2. 嵌入式计算机控制方案；
1.1 虚拟仪器的基本概念
第一章 绪 论
传统仪器 厂商定义功能
ROMM礟ath DICSAPONLNDATYROLPROCE礟SSMOERMBUO4S8R8YPORT
CAon/DdDit/iADonI/TiTOniIgm/Oing
第一章 绪 论
虚拟仪器 用户定义功能
Temperature
Flow Pressure Alarm Conditions
GPIB
Serial
DAQ
VXI
Image Acquisition
Process or
Unit Under Test
Motion Control
PXI
图1-4 虚拟仪器系统构成
1.2.1 DAQ仪器系统的构成
第一章 绪 论
典型的DAQ虚拟仪器由四部分构成：
虚拟仪器设计第2章—1操作入门(PPT)
❖ LabVIEW是一种崭新的图形化编程语言，其源程序完全是图形 化的框图，而不是文本代码。
❖ 它把复杂、繁琐、费时的语言编程简化为利用线条把各种 不同的图形化功能模块连接起来的图形编程。
❖ 用LabVIEW编写程序的过程就变成一个(yī ɡè)程序流程框图的 绘制过程。
编程方式 (1)文本
(2)可视化 （面向对象编程） (3)图形化编程
使用该工具在VI的流程图对象(duìxiàng)上设置断
点
使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象。
设置颜色
用来给对象定义颜色。它也显示出对象的前 景色和背景色。
19
第十九页，共四十七页。
19
控件选板〔Control Palette〕
注意(zhù yì)：只有翻开前面板时才能调用该选板
1.通常包含“新式〞、“系统〞、“经典〞三种风格；
16
第十六页，共四十七页。
16
书本(shūběn)第 70页
工具(gōngjù)选板〔Tools Palette〕
❖ 该选板提供了各种用于创立、修改和调 试VI程序的工具。如果该选板没有(méi yǒu)出现，那么可以在【查看】菜单下 选择【工具选板】命令以显示该选板。 当从选板内选择了任一种工具后，鼠标 箭头就会变成该工具相应的形状。
温度计式、色彩类
24
第二十四页，共四十七页。
24
❖ 布尔型
包含一些(yīxiē)布尔值的控制器 和指示器
按钮、开关、指示灯 按键等。
控件的值只能是True和False
25
第二十五页，共四十七页。
25
函数(hánshù)选板〔Functions Palette〕 注意：只有翻开流程图程序(chéngxù)窗口时才能调用该选板。
虚拟仪器概述部分设计课件(PPT 61页)
（或）软件使之具有传统独立仪器功能的组合。
美国国家仪器公司(National Instruments Corporation,NI)这样定义，虚拟仪器是由计算机硬件资源、 模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界 面的软件组成的测控系统,是一种计算机操纵的模块化仪 器系统。
虚拟仪器主要由通用的计算机资源、应用软件和仪器 硬件等构成。使用者利用应用软件将计算机资源和和仪器 硬件结合起来,通过友好的图形界面来操作计算机,完成对 测试信号的采集、分析、判断、显示和数据处理等功能。
• 第一代：模拟仪器，这类仪器是以电磁感应基本定律为基 础的模拟指针试仪表。如指针式万用表、晶体管电压表等。
• 第二代：数字式仪表，这类仪器目前相当普及，如数字电 压表、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为 数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速 响应和较高准确度的测量。
• 第三代：智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自 动测试又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动， 所以习惯上称为智能仪器。但是它的功能块全部都是以硬 件（或固化的软件）形式存在的，无论是在开发还是应用 中，都缺乏灵活性。
数字示波器DPO4034
传统仪器-操作台面板
传统仪器-内部结构
传统仪器-内部结构
信号调理电路
虚拟仪器实例：一体化工作站AWS-8248
虚拟仪器—数据采集卡PCI-6259
A/D D/A I/O
虚拟仪器—调理电路
调理电路—底板+插板
1.2.3 虚拟仪器的构成
虚拟仪器系统主要由计算机、硬件板卡、软件及附件 组成，用户可以根据要求,灵活地构建自己的测试仪器(系 统)，下面是其典型结构：
虚拟仪器中的硬件主要用于解决信号的调理、以及输 入、输出问题。软件主要用于实现对数据的读取、分析和 处理、显示以及对硬件的控制等功能,这些功能在传统电 子仪器中往往通过硬件来实现。
美国国家仪器公司(National Instruments Corporation,NI)这样定义，虚拟仪器是由计算机硬件资源、 模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界 面的软件组成的测控系统,是一种计算机操纵的模块化仪 器系统。
虚拟仪器主要由通用的计算机资源、应用软件和仪器 硬件等构成。使用者利用应用软件将计算机资源和和仪器 硬件结合起来,通过友好的图形界面来操作计算机,完成对 测试信号的采集、分析、判断、显示和数据处理等功能。
• 第一代：模拟仪器，这类仪器是以电磁感应基本定律为基 础的模拟指针试仪表。如指针式万用表、晶体管电压表等。
• 第二代：数字式仪表，这类仪器目前相当普及，如数字电 压表、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为 数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速 响应和较高准确度的测量。
• 第三代：智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自 动测试又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动， 所以习惯上称为智能仪器。但是它的功能块全部都是以硬 件（或固化的软件）形式存在的，无论是在开发还是应用 中，都缺乏灵活性。
数字示波器DPO4034
传统仪器-操作台面板
传统仪器-内部结构
传统仪器-内部结构
信号调理电路
虚拟仪器实例：一体化工作站AWS-8248
虚拟仪器—数据采集卡PCI-6259
A/D D/A I/O
虚拟仪器—调理电路
调理电路—底板+插板
1.2.3 虚拟仪器的构成
虚拟仪器系统主要由计算机、硬件板卡、软件及附件 组成，用户可以根据要求,灵活地构建自己的测试仪器(系 统)，下面是其典型结构：
虚拟仪器中的硬件主要用于解决信号的调理、以及输 入、输出问题。软件主要用于实现对数据的读取、分析和 处理、显示以及对硬件的控制等功能,这些功能在传统电 子仪器中往往通过硬件来实现。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
code width
7.50
110
6.25
100
5.00
011
3.75
010
2.50
001
1.25
000
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Time
3-bit ADC
16-bit ADC
Code width = smallest detectable change in voltage
5
虚拟仪器专题设计实验
多功能数据采集卡简介
多功能数据采集卡
模拟输入/输出
数字输入/输出
On
Off
DAQ Board
AI – A/D AO – D/A Digital I/O Counter/Timer
1
时钟输入/输出 0
7
信号分类
信号根据其所传递的有用信息进行分类
Signals
Digital Analog
TTL Signal
START TRIG* Input of MIO Board
Edge Initiates Acquisition
Level and Slope of Analog Signal Initiates Acquisition
Level and Slope of Analog Signal Retrieves Acquisition 18
21
ELVISII平台硬件指标
阻抗分析仪 ▪ 0.2 Hz到35 kHz范围 ▪ NPN, PNP, 二极管 其他分析 ▪ 波特图分析仪 ▪ 2-线电流电压分析 ▪ 3-线电流电压分析
原型板 ▪ 可替换 ▪ 自定义Banana, BNC, D-Sub连接
集成DAQ ▪ AI采样率1.25 MS/s 单通道,
=
AD的输入范围
增益 * 2n
n = # of ADC bits
15
A/D 采样率
Adequately sampled Aliased due to undersampling
Nyquist 原理: 采样率 > 2倍的最高频率
16
多通道采集
采集模式
通道设置
连续扫描 同步采样 间隔扫描
Battery 1 Battery 2
500kS/s双通道 ▪ 16 bit分辨率 ▪ AO 2.8 MS/s更新率 ▪ 24 DIO, 15 PFI, 2 CTR
可变电源供电 ▪ 10 bit 分辨率 ▪ 0到+12V, 0到-12V ▪ 500 mA电流范围
22
ELVISII平台原型板
AI、 示波器、 PFI
电源、波形发生器、AO、 DMM
直流信号
t
时域信号
f
频域信号
温度 压力 流量 应变
DC 精度
心电信号 血压 单次事件
振动 语音 声纳
DAQ卡需要考虑的指标参数
分辨率 采样率 AC 和 DC 精度 触发
分辨率 采样率 AC 精度 触发 滤波器
11
模拟信号调理
低电压信号 电流输入/输出 RTDs(热电阻)
和 热敏电阻 热电偶
应变仪
隔离，放大，滤波
虚拟仪器设计方法
本科生课程《仪器设计专题实验》
虚拟仪器专题设计实验
内容
专题设计实验安排 多功能数据采集卡简介 设计实验
3
专题设计实验安排
第二个阶段
3-6周，共计4周，8学时/周
设计实验（24学时）
虚拟数字示波器（24学时）
1人一组
4
专题设计实验安排
教学方式
确定项目设计目标 学生独立设计和实现 学生制作PPT进行汇报和演示 教师评分
电流与电压的转换 隔离，放大，滤波
激励电源 隔离，放大，滤波
冷端补偿 隔离，放大，滤波
激励电压 全桥和半桥设置 隔离，放大，滤波
多功能I/O
12
Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation (SCXI)
DAQ卡的前端信号调理模块
13
SCXI 选择
Strain gauge 1 Strain gauge 2
Temp Pressure
单端/差分输入 单极性/双极性 信号范围：增益 扫描顺序
17
触发方式
软件触发 (SW) 数字触发 (HW) 模拟触发 (HW) 条件获取 (SW)
Software Command Initiates Acquisition
Output: 产生一个方波
DAQ卡需要考虑的指标
分辨率 时钟频率
9
数字信号调理
需要交流切换或大电流的负载
电磁阀 阀
电动机
加热器 灯 泵
生产过程监测
接近开关 限位压 or
高电压
机械式继电器 或
固体继电器
机械式继电器 或
固体继电器
光隔离
数字I/O
10
模拟信号
0.985 t
On-Off Pulse Train
on
10-
状态
off t
速率
t
DC
0.985
幅值
t
Time Domain Frequency Domain
形状
t
频率
f
8
数字信号
on off
开关信号 Input: 检测一个开关闭合 Output: 关闭一个阀
通道数
1-
0-
t
t
连续脉冲信号
Input: 检测光电编码器的脉冲
传感器和信号 • 热电偶
• RTDs • 热敏电阻 • 应变仪 • 电压信号
微伏，毫伏，伏 • 电流信号
4~20 mA, 0~20 mA • 数字信号
信号调理
• 多路复用 • 放大 • 隔离 • 滤波 • 传感器激励 • 冷端补偿 • ……
14
A/D 分辨率
Amplitude 10.00
9.75
111
数据采集卡的优越性
灵活 成本较低 性能选择范围大 有大量的软件工具可用 利用PC技术
19
虚拟仪器专题设计实验
ELVISII 平台简介
ELVISII平台硬件指标
示波器 ▪ 16 bit 分辨率 ▪ 1.25 MS/s 单通道 ▪ 500kS/s 双通道共计 ▪ 1到1.5 MHz 带宽 ▪ 1x和10x探针 ▪ ±10 V 输入范围 ▪ AC/DC耦合 ▪ BNC连接
数字万用表 ▪ 隔离 ▪ 5½ 位 ▪ 60 VDC，20Vrms, 2 ADC,
2 Arms, 100MΩ
USB连接 ▪ 即插即用 ▪ USB 2.0
函数发生器 ▪ 10-bit ▪ ±5V范围 ▪ 0.2 Hz到5 MHz 正弦 ▪ 0.2 Hz到1 MHz 三角波/
方波 ▪ 软件或手动可控 ▪ BNC或原型板连接
数字 I/O 计数器、 LED
23
原型板行、列连接
24
应用软件
Application Software
LabVIEW
Instrument I/O
NI DAQmx (.dll)