第7章计算机及虚拟仪器测试技术
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
return
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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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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
虚拟仪器技术
传统仪器:特定功能和仪器外观. 传统仪器:特定功能和仪器外观.
虚拟仪器(VI,Virtual Instrumentation):是一种以 虚拟仪器(VI, 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 硬件为基础, 计算机和测试模块的硬件为基础,以计算机软件为核 所构成的, 心所构成的,并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面 以及由计算机所完成的仪器功能, 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. 件来定义的计算机仪器.
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《虚拟仪器技术》 虚拟仪器技术》
如:虚拟示波器
Vi
输入电路
A/D
RAM
控制系统
PC机
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《虚拟仪器技术》 虚拟仪器技术》
虚拟数字电压表
基于虚拟仪器的 温度检测与控制
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《虚拟仪器技术》 虚拟仪器技术》
2. 虚拟仪器的特点
从虚拟仪器的组成结构上来看: 从虚拟仪器的组成结构上来看: (1)虚拟仪器的硬件是通用的(包括通用计算机硬件平台和通用 )虚拟仪器的硬件是通用的( 的测量功能硬件);
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《虚拟仪器技术》 虚拟仪器技术》
1990年代,虚拟仪器得到业界广泛认可和应用, 1990年代,虚拟仪器得到业界广泛认可和应用,相继 年代 推出了基于GPIB总线 总线( 推出了基于GPIB总线(General Purpose Interface Bus), -DAQ( Bus),PC-DAQ(Data Acquisition)和VXI总线 ),PC Acquisition) VXI总线 Instrumentation,1987年 (VMEbus eXtension for Instrumentation,1987年), PXI总线 PXI总线(PCI eXtension for Instrumentation,1997年) 总线( Instrumentation,1997年 等多种虚拟仪器系统. 等多种虚拟仪器系统. 虚拟仪器软件采用面向对象和可视化编程技术. 虚拟仪器软件采用面向对象和可视化编程技术. 底层驱动和上层应用软件融为一体. 底层驱动和上层应用软件融为一体. 虚拟仪器软件的标准化: VPP(VXI即插即用 即插即用, 虚拟仪器软件的标准化: VPP(VXI即插即用, VXIplug&play,1993年 VXIplug&play,1993年) 和VISA(Virtual VISA( Instrument Software Architecture, 虚拟仪器软件体系 Architecture, 结构). IVI( Instruments, 结构). IVI(Interchangeable Virtual Instruments, 可互换式虚拟仪器,1997年 可互换式虚拟仪器,1997年).
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。
虚拟仪器在测试技术实验教学中的应用
Ｔ Ｎ ｉ ．ａ ＪＮ Ｙ Ｌ Ｉ ｈ ｎｓ ａ Ａ Ｇ Ｘａ ｊ ｏ ．Ｉ ｉ， Ｅ Ｚ ｅ ．ｈ ｎ ｏ ｉ
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华中科技大学工程测试与信息处理(08009650)作业与答案
1 请给出3种家用电器中的传感器及其功能。
洗衣机：水位传感器冰箱：温度传感器彩电：亮度传感器热水器：温度传感器空调：温度传感器2 请给出智能手机中用到的测试传感器。
重力传感器、三维陀螺仪、GPS、温度传感器、亮度传感器、摄像头等。
3 系统地提出（或介绍）你了解的（或设想的）与工程测试相关的某一（小）问题。
考虑通过本门课程的学习，你如何来解决这一问题。
（注意：本题的给出的答案将于课程最后的综合作业相关联，即通过本课程的学习，给出详细具体可行的解决方案）第二章普通作业1请写出信号的类型1)简单周期信号2)复杂周期信号3)瞬态信号准周期信号4)平稳噪声信号5) 非平稳噪声信号第二章 信号分析基础 测试题1. 设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱为X(f ＋fo ）。
A . B. C. D.2. 周期信号截断后的频谱必是（A ）的。
A. 连续B. 离散C. 连续非周期D. 离散周期3. 不能用确定的数学公式表达的信号是 (D) 信号。
A 复杂周期B 非周期C 瞬态D 随机4. 信号的时域描述与频域描述通过 (C) 来建立关联。
A 拉氏变换B 卷积C 傅立叶变换D 相乘5. 以下 (B) 的频谱为连续频谱。
A 周期矩形脉冲B 矩形窗函数C 正弦函数D 周期方波6. 单位脉冲函数的采样特性表达式为（A ） 。
)(0t t x -)(0t t x +t f j e t x 02)(π-t f j e t x 02)(πA )(d)()(t xttttx=-⎰∞∞-δB )()(*)(ttxtttx-=-δC )()(*)(t xtt x=δ D 1)(⇔tδ2.6 思考题1) 从下面的信号波形图中读出其主要参数。
解答提示：峰值9.5V，负峰值-9.5V，双峰值19V，均值0V。
周期=0.06/3.5S2) 绘出信号的时域波形解答提示：3) 为什麽能用自相关分析消去周期信号中的白噪声信号干扰。
“虚拟仪器测试技术”课程的实验与实践教学改革探讨
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｗｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ， ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ， ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ —
效地 培养 学 生的 实践 能 力和创 新意 识 ， 提 高实践教 学质 量 ， 获得 良好 的 实 际效果 。 关键词 ：虚拟 仪 器 ；实践教 学 ；创新 意识 ； 教 学改革
中 图分 类 号 ： Ｇ ６ ４ ２ ． ０ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ １ — ７ ８ ８ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ４ １ — ０ ３
ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ ａ ｌ ｅ ｄｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ａ ｃ ｈｉ ｎｇ ｔ ｏ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ． Ｔｈｒ ｏｕ ｇ ｈ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｅ ａ ｃ ｈｉ ｎｇ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ，ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｕ ｄｅ ｎｔ ｓ ＂ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｎｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎｓ ｃ ｉ ｏ ｕｓ ｎｅ ｓ ｓ，ｉ ｍｐ ｒ ｏｖ ｅ ｔ ｈｅ ｑ ｕａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏｆ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎｇ，ｔ ｈｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄ ｓ：ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｉ ｎｓ ｔ ｒ ｕｍｅ ｎｔ ｓ；ｐｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｔ ｅ ａ ｃ ｈｉ ｎ ｇ；ｓ ｅ ｎ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｎｎ ｏ ｖａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｔ ｅ ａ ｃ ｈｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｆ ｏｒ ｍ
虚拟仪器技术
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・ 用 于 集 成 的软 硬 件 平 台
自动化 的方法 。Ｎ 融合 了个人 电脑 和其 他商业化技术 ， Ｉ 虚拟仪
器技术通过易于集成的软件如 Ｎ ａＶ Ｅ 加上 Ｐ ＩＰ ！Ｕ Ｂ Ｉ ｂ ＩＷ， Ｌ Ｘ 、Ｃ 、 Ｓ 和以太网接 口的模块化测量和控制硬 件 ， 帮您在开发测试 、 控制 和设计应用时提高效率并降低成 本。
模块化仪器平台 ， 内建有高端 的定时和触发总线 ， 配以各类模 再 块化的 ＩＯ硬件和相应的测试测量开发软件 ， ／ 您就 可 以建立完
全 自定义的测试测量解决方案。无论是 面对简单 的数据采集应
和定时应用的需求 。只有 同时拥 有高效 的软件 、 块化 ＩＯ硬 模 ／ 件和用于集成 的软硬件平 台这三大 组成部 分 ， 能充分发挥 虚 才
图 ｌ 测试 系统
控制 的需要 。Ｐ Ｃ正是工业的需求也是虚拟仪器技术的 回答 。 Ａ
一
个独立 的研究公 司定义 了可编 程 自动控制器 （ Ａ 来解 Ｐ Ｃ） ・ 多域功能 （ 逻辑 、 动 、 运 驱动 和过程 ） ——这 个概念 支持
３ 虚拟仪器技术在产 品测试 、 制和设 计 中的 控
ａ ｐ ｉａｉ ｎ ｋ ｎ ｃ ｕ ａ ｅａ ａｏ ｎ ｉｉ ｌ ￣ｕ ｅ ｎ ｓｆ ｍ ． ｐ ｌ ｔ ｓ ｍａ ｉ ｇ ａ ｃ ｒｔ ｎ ｌ ｇａ ｄ ｄｇｔ ｃ ｏ ａ ｍｅ ｒ ｍｅ ｔ ｒ ＤＣ ｔ ２ ７ ＧＨｚ Ｔ ｉ ｏ ｕ ￣ ｐ ｏ ｉｅ ｎ ｅ ｃ ｌ ｎ ｔｏ ｕ ｔ ｎ ｔ ｉ ｕ ｌ ｏ ｏ ． ｈ ｓｄ ｃ ｍｅ ｒ ｖｄ ｓａ ｘ ｅｌ ｔｉ ｒｄ ｃ ｉ ｖｒ ａ ｅ ｎ ｏ ｏ ｔ ｉ ｓｒ ｍｅ ｔｔ ｎ ａ ｅ ｌ ｓｖ ｒ ａ ｎ ｔ ｍｅ ｔｔ ｎ ｆ ｒｔｓ ， ｏ ｔｏ ｄ ｄ ｓｇ ． ｎｔ ｕ ｎ ａｉ ｓｗ ｌ ａ ｉ ｕ ｉ ｓ ｏ ｔｌ ｕ ｒ ｎ ａｉ ｏ ｔ ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｅ ｎ ａ ｅ ｉ ｎ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒｓ Ｖｉ ｕ ｎ ｔ ｍｅ ｔｔ ｎ Ｔ ｓ Ｃ ｎ ｒ ｌ Ｄｅ ｉｎ ｔｌ ｒ ａ ｉｓ ｕ ｒ ｎａ ｉ ｅ ｔ ｏ ｏ ｔｏ ｓｇ
LabVIEW编程及虚拟仪器设计(第七讲：数据采集(下))
清除任务
（1）显式转换举例：在“读取”采 样数据前，明确地执行“开始任 务”；且在“清除任务”前，明确 地执行“结束任务”。
（2）隐式转换举例：在“读取”函数执 行前，自动执行“开始任务”；在“清除 任务”执行前，自动执行“结束任务”。
三、数据采集程序（VI）示例
1. 模拟输入
(a) 采集5V的直流电压（电平），并由表盘式显示器显示
打开开关 调节为5V
(b) 对(a)例，改用DAQ助手建立程序（VI）
建立该程序(VI)的步骤： a) 经 “函数选板->测量I/O->DAQmx-数据采集”途径向框图面板添
加并启动“DAQ 助手” Express VI，在其打开的“新建Express 任务” 对话框里，选择“采集信号”->“模拟输入”->“电压” ；再选择模入物理通道ai0，并将“信号输入范围”设置为 0~10V，在“采集模式”中选择“1 采样 (按要求——表示立即 采集数据)” 。 b) 关闭DAQ 助手新建任务对话框后可看到，在该Express VI图标 下方多出了“数据”输出端子，将该输出端子连至“仪表”控到表盘式显示器路径：“控件”选板 ->“新式”“数值” “仪表”
任务/通道输入 读取
DAQmx任务名 控件
该程序（VI）建立的步骤：
a) 将需测的直流电压经差分模式接至实验箱的模拟输入0号与8号通道之间； b) 用MAX建立此采集测量任务：我的系统\数据邻居\NI-DAQmx任务，右击
3.在本实验室环境下，建立一个实际数据采集任务，包含要 确认一个或多个虚拟通道；且除每个虚拟通道的属性设置 以外，该任务涉及的参数还包含这些虚拟通道共用的采样 和触发模式等属性参数的配置（可选用默认，也可调整）。 虚拟通道：一个由测量采集任务名称、采集硬件物理 通道、模拟信号输入接线方式、测量或发生的信号类型、 换算（缩放比例）等虚拟仪器通过数据采集卡实现测量数 据采集所需要配置的属性的集合。
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
习题 14-1. 已知某一温度测量过程中测得的温度为 321.4K，试确定该温度的华氏温度值。 14-2. 试论述热电偶测温工作原理。 14-3. 试论述比色高温计的工作原理。
第3页共3页
第九章 位移的测量
习题 9-1 用作小位移、中等位移以及精密测量的传感器主要有哪些？ 9-2 微纳米测量主要有哪些手段，其测量精度是多少？
第十章 应变、应力、力的测量
习题 10-1 电阻应变片的温度误差补偿主要有哪些方式？有哪些优缺点？ 10-2 力的测量主要有哪些方法？
第十一章 机械振动测试
习题
11-1 选择填空
（1）输入力信号与输出位移之比称_________。
A. 位移导纳 B. 位移阻抗
C. 加速度导纳 D. 速度阻抗
（2）输出加速度信号与输入力之比称_________。
A. 位移导纳 B. 加速度导纳
C. 加速度阻抗 D. 速度阻抗
（3）磁电式速度计是在_______自身的共振区的频率范围工作尽量_____速度计内部系统的固有频率。
A. 低于
B. 高于
C. 降低
D. 提高
（4）惯性式速度计用质量块相对于壳体的相对速度作为壳体绝对速度度量的前提是______。
A. ω > ωn B. ω = ωn
C. ω < ωn
（5）测量振动所用磁电式速度计，输出电量的大小与其线圈的______成正比。
C. ω << ωn
（9）压电式加速度计测量系统的工作频率下限取决于_______。
A. 加速度计力学系统的频率特性
B. 压电晶体的电路特性 C. 测量电路时间
常数
（10）压电式加速度计的阻尼比一般为______。
智慧树答案虚拟仪器技术知到课后答案章节测试2022年
第一章1.传感器的功能为（）答案:将物理量变为电信号BVIEW的程序包括（）两部分。
答案:程序框图;前面板3.基于计算机技术的测量系统基本功能为（）。
答案:呈现数据;生成数据;分析数据;采集数据BVIEW的特点有（）。
答案:是一种图形化编程语言;可以与数据接口连接实现数据通信;可以实现测量数据的网络发布;可以制作数据测量系统界面bVIEW的程序也叫VI。
（）答案:对第二章1.逻辑数值的控制和显示需要选择下面哪个选板（）答案:布尔子选板2.主要提供循环、条件、顺序结构、公式节点、全局变量、结构变量等编程要素的是下面哪个选板（）答案:结构子选板3.“温度计”和“液罐”控件在（）控件子选板中。
答案:数值4.信号分析子选板包括（）Express VI函数答案:频谱测量;音调测量;电平测量;滤波器5.工具选板仅能浮动地出现在前面板中。
（）答案:错第三章1.公式节点可进行下列哪种运算？（）答案:与 C 语言类似的前后递增(++)和递减(–)2.执行完下面的程序<imgsrc=“data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAA ANSUhEUgAAACYAAAATCA YAAAD8in+wAAACSklEQVRIDe2Wb08aQRDG7wv73o/RxCb6QtK0GpU0FFKUgiaIJxUQiqBeoggo3sEB2lrAP+WOu19zbU45BMT0YnzRTSaz8+zs7LOzs3sn1 OuQzcL1tcnOjkY220aWlReR8/NzRjUhmTRZCymEwzAzUyES+THKdyze0+7wzHsQ43GCnwOsLC/zYXGZ2bdvWPJ+ZH09zLv3i44YsViMi4sLB2Ybwuamgc dzyXGhRTR6zcGBbo89SxtGj8LxEaenJQr5FJV8nEYxx/72KtlUnFLphFT6myOmKIo0Gg0HZhuCrlvHCLVaDU3TbPyftFYWaRTSf6R59BUaB0PjjSVmz3CDmKqCVTbF4CfC4TCRSIRMQgQ1Zy/j0BaxZrPpwGxDsDtuEJNlMAyopr9wmMuQS 0QpStmxxEYepWmCJW4Qq1b/btM42+bX3hJmepabfR9mU7L379BjMyaKJvO eK05OOqyttclkHtdZrXqMLEt0u11H4EGjUhlERtu5XJe5OYlarTPUSUju6ARXTx FFjenpn3i9NxSLsLv7IHt7EtKhD0nKI8smisIjsY5xY2P4mOVvZbN/3sLCLVNTVRTlcSIspsLZGYgiyPLDrbQW6W/fL1U6nVY/5Er/2bdykJgrLIYEedXEnnwuVFW9f2D/Z2zSB/buTiOTMYjFzCEV4T40cY1dXWn4fCX8/rr7LIZEnJhYq3WL3 98mkbhB13WH9Ho9hz04/pQ9OL9cLhMKhUb/XdgbsQJbjoFA4EUkGAyytbVFu922KTj0/Ufcgb4C4zeyiM2yafV3mwAAAABJRU5ErkJggg==”移位寄存器的数值”所显示的结果（）。
基于虚拟仪器技术的嵌入式计算机自动测试系统
ｆ ｒ Ｅｍｂ ｄ ｅ ｍｐ ｔ ｒ Ｓ ｓｅ ｏ ｅ ｄ ｄ Ｃｏ ｕ ｅ ｙ ｔｍ
ＷＡＮＧ Ｍｉ— ａ ｇ ＩＹｉ ｎ ｇ ｎ ，Ｌ ，ＧＵＯ Ｆ ｎ ・ ｈ ，ＧＯ ａ ｇｓ ｅ ＮＧ — ｉ Ｙｕ ｄ
（ ｏｌ ｅｏ ｓ ｏ ａ ｔ ｓ Ｎ ｒｈ ｅｔｒ ｏ ｔｃ ｎｃｌ ｎｖｒｉ ， ｉ ｎ７ ０７ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆＡ ｔ ｎ ｕ ｃ， ｏｔｗ ｓ ｎＰ ｌ ｅｈ ｉａ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｘ ’ １０２ Ｃ ｉａ ｅ ｒ ｉ ｅ ｙ ｔ ａ ＡｂｔａｔＡ ｔ ａ ｄｔｓｓｓ ｍ （ Ｔ ）ｂｓｄｏ Ｘ ｕ ｎ ａ ＶＥ ｆ ｏ ｐ ｔ ｓ ｍ ｅ ｂｄ ｅ ｅ ｅｔｎｐｏ — ｓｒｃ： ｎａ ｏ ｔ ｔｙｔ ｕ ｍ ｅ ｅ ｅ Ａ Ｓ ａｅ ｎＰ Ｉ ｓ ｄＬｂ ＩＷ ｒ ｍ ｕ ｒ ｙｔ ｍ ｅｄ ｄｉ ｔ ｒ ｉ ｒ ｂ ａ ｏｃ ｅｓ ｅ ｎｈ ｃ ａ ｄ
２０ ０ ８正
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎｔ ｕ ｎ ｅ ｈቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｉ ｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
２０ ０８
Ｎｏ １ ．１
第 １ 期 １
基 于虚 拟仪 器技术 的嵌入 式计算 机 自动 测试 系统
王 民钢 ， 仪 ， 李 郭访社 ， 龚宇迪
ｉｔｒａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｕ ｌ ｎ ｔ ｍｅ ｔｔｃ ｎ ｌ ｇ ．Ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｃ ｉ ｌｔ ｉｅ ｓ ｅ ｘ ｉ ｔ ｎ ｓｇ ａ ａ ｄ ｓ ｎ ｏ ｉ ａ ｏ ｅ ｔ ｇ ｎｅ ｆｃ ａｅ ｎ ｖｒ ａ ｓｒ ｔ ｉ ｕ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｓ ｎ ｍｕ ａｅ ｄ ｖ ｒ ｉ ｄ ｅ ｃｔ ｉ ｉ ｌｎ ｅ ｓ ｒ ｓ ｉ ｆ ａｏ ｎ ｎ ｇ ｌｆｒｔ ｓ ｎ ． ｉ
《电子测量技术》课程标准(电子信息技术专业)
《电子测量技术》课程标准课程名称：电子测量技术 Electronic Measurement Technology课程性质：专业选修学分：2.5总学时：45，理论学时：36，实验(上机)学时：9适用专业：电子信息技术先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、微机原理一、教学目的与要求《电子测量技术》是电子信息、自动控制、测量仪器等专业的通用技术基础课程。
包括电子测量的基本原理、测量误差分析和实际应用，主要电子仪器的工作原理，性能指标，电参数的测试方法，该领域的最新发展等。
电子测量技术综合应用了电子、计算机、通信、控制等技术。
通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力；培养学生严肃认真，求实求真的科学作风，为后续课程的学习和从事研发工作打下基础。
二、教学内容与学时分配三、各章节主要知识点与教学要求第1章序论第一节测量的基本概念一、测量的定义二、测量的意义三、测量技术第二节计量的基本概念一、计量二、单位和单位制三、计量标准四、测量标准的传递第三节电子测量技术的内容，特点和方法一、电子测量二、电子测量的内容和特点三、电子测量的一般方法第四节电子测量的基本技术一、电子测量的变换技术二、电子测量的放大技术三、电子测量的比较技术四、电子测量的处理技术五、电子测量的显示技术第五节本课程的任务重点：测量的基本概念、基本要素；单位和单位制，基准和标准，量值的传递准则。
难点：量值的传递准则教学要求：理解测量的基本概念、基本要素，测量误差的基本概念和计算方法。
理解计量的基本概念，单位和单位制，基准和标准，量值的传递准则。
理解测量的基本原理，信息获取原理和量值比较原理。
理解电子测量的实现原理：变换、比较、处理、显示技术。
第2章测量误差理论与数据处理第一节测量误差的基本概念一、有关误差的基本概念二、测量误差的基本表示方法第二节测量误差的来源与分类一、测量误差的来源二、测量误差的分类第三节测量误差的分析与处理一、随机误差的分析与处理二、系统误差的判断及消除方法三、粗大误差的分析与处理第四节测量误差的合成与分配一、测量误差的合成二、测量测量不确定度及其合成三、误差分配及最佳测量方案第五节测量数据处理一、有效数字处理二、测量结果的处理三、最小二乘法与回归分析重点：测量误差的分类估计和处理，系统误差和粗大误差的判断及处理，不确定度的评定方法。
计算机虚拟仪器技术
第七章、计算机虚拟仪器技术
9、催生虚拟仪器的土壤
芯片
硬件 软件 网络 LANs 总线 AT
Internet
计算机技术的进步
第七章、计算机虚拟仪器技术
10、基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构
数据采集
自动化 软件
串行口 PLC
公司 Intranet or Internet
个人计算机或 工作站
过程
现场总线
IMAQ Card
Field Point
第七章、计算机虚拟仪器技术
6、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。
用户界面
软件驱动
第七章、计算机虚拟仪器技术
IVI 结构：
第七章、计算机虚拟仪器技术
2.虚拟仪器技术的发展过程
第七章、计算机虚拟仪器技术
3.仪器定义和功能的转变
ROM Ma礟th
DISCPAOLNANDYTROL
礟 PROCESSOR
MEMORY BUS 488
PORT
CoAn/dDitDio/nAinDgI/OTTiIm/Oing
Temperature
汽车 – Ford, Chrysler, Nissan, Toyota
电子 – Sony, Siemens
工业自动化
石油化工
– Shell, Mobil Research 纺织
– Instron, Dupont, Eli Lilly, Albany International
制造
– Ericcson, Duracell 食品加工
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杭州电子科技大学机械工程学院
机械工程测试技术
7.1.1 智能仪器概述
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
智能仪器(Intelligent Instrument)是通用仪器与微处理器相结合的新型仪器，因为能 完成人的一部分智力劳动而得名，这类仪器仪表中通常含有微处理器、单片计算机或体积很小的 微型机，有时亦称为内含微处理器的仪器或基于微型机的仪器，功能丰富又很小巧。
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机械工程测试技术
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
（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的编 制水平，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，将仪器水平提高到一个更高智能的层次。 （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，该测试仪器系统功能更灵活、组建系统费用更低。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。
7.1.2 智能仪器的组成
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
智能仪器硬件主要由以上各部分组成，各硬件部分模块功能如下： （1） 微机系统：由单片机或微处理器配以必要的外部器件构成最小的微机系统，智能仪器 越复杂，需要配接的存储器内存越大，同时需要较多的I/O接口，通常单片机扩展能力强，可以 直接与外部存储器和I/O接口电路相连，构成功能较强、规模较大的微机系统。 （2） 输入通道：输入通道是微机系统与采集对象相连的部分。输入信号来自于传感器或变 换装置，采集的对象和传感器不同，信号表现形式也不一样，有开关量信号、频率量信号、模拟 量信号等，如果不能满足微机系统输入的要求，还需要形式多样的信号变换和调节电路，如放大 器、滤波器、A/D转换等。
可程控测量仪器接口总线的标准化把自动测试系统从专用推向通用，主要采用国际标准 通用接口总线技术如IEEE 488，利用可程序控制的仪器和测控计算机(控制器)组成自动测试系 统，从而使得自动测试系统的设计、使用和组装都比较容易。
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7.3 虚拟仪器 7.3.1 虚拟仪器概述
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7.1.2 智能仪器的组成
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
智能仪器由硬件和软件两大部分组成，硬件部分包括微机系统、输入通道、输出通道、人——机 对话通道及通信接口，其基本组成原理如图7.1所示：
图7.1 智能仪器基本组成
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第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
7.2.2 自动测试系统的组成
自动测试系统由硬件和软件两大部分组成，硬件包括计算机或微处理器、可程控仪器和接口系统， 其基本组成原理如图7.2所示
图7.2 自动测试系统组成
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7.2.2 自动测试系统的组成
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虚拟仪器的软件组成
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
LabVIEW是一种图形程序设计语言，全称为Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，中文名字是实验室虚拟仪器工程平台，采用了直观的前面板与流程图式的编程技术，
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
传统的信号调理、信号处理、显示、记录设备等都以硬件或固化的形式存在，只能由生产厂家来 定义和制造，且设计生产复杂，灵活性差，在一些较为复杂和测试参数较多的情况下，使用起来极 不方便。虚拟仪器VI（Virtual Instrument）使计算机软件技术和测试系统紧密地结合成一个有机 整体，计算机处于核心地位，传统仪器的硬件组成部分逐步被具有信号调理与处理功能的扩展电路 板或计算机软件所取代。由于虚拟仪器用软件来集成传统仪器的某些硬件乃至整个仪器硬件部分都 被计算机软件代替，某种意义上，在虚拟仪器中软件就是仪器。虚拟仪器是对传统仪器概念的重大 突破，是仪器领域内的一次革命，代表了现代测试技术和仪器技术的发展方向。
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7.1.1 智能仪器概述
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
智能仪器有如下的基本特征： （1）智能仪器可以借助于传感器和变送器，按设计要求采集电量和非电能量信号，由微处理器 控制仪器的整个测量过程，有很高的自动化水平。 （2）微处理器的引入使智能仪器的功能较传统仪器有了极大的提高，许多原来用硬件电路难以 解决或根本无法解决的问题，可以利用软件获得解决。 （3）智能仪器可以进行自动校正、非线性补偿、数字滤波等修正和克服由各种传感器、变换器、 放大器等引进的误差和干扰，提高仪器的精度和其它性能指标。
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7.1.2 智能仪器的组成
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
（3）输出通道：根据输出控制的不同要求，输出通道电路是多种多样的，如D/A转换电路、 放大隔离电路等，输出信号有模拟量信号、开关量信号和频率量信号等。 （4）人－机对话通道：智能仪器中的人－机对话是用户为了对智能仪器进行控制并及时获得 智能仪器运行状态等信息所设置的通道，人－机对话通道所配置的设备主要有键盘、鼠标、 打印机等。 （5）通信接口：用来实现智能仪器与外部系统的联系，各种通信接口需符合通信总线规定的 标准。
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7.2 自动测试系统 7.2.1 自动测试系统概述
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
自动测试系统(Automatic Testing System)简称ATS，有时也称为自动测试设备 (Automatic Testing Equipment) 简称ATE。最早用于军事工业，因为军事部门中的许多被测对像要求快速、 准确、实时、多路，需要海量测量及实时数据处理和控制。美国早在上世纪50年代就开始了自动测 试系统的研究和开发工作，花费巨大。随着计算机技术及数字电子技术的飞速发展，组建自动测试 系统的费用大幅下降，因而在民用工业和科研部门渐渐得到广泛应用，与自动测试技术有关的理论 研究工作得到更深入的发展，成为测试领域中一个特别的分支，目前自动测试技术已是电测技术的 一个重要发展方向。
图7.4 虚拟仪器系统硬件组成
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虚拟仪器的软件组成
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
虚拟仪器软件主要包括集成的开发环境、仪器硬件的高级接口、虚拟仪器的用户界面三个部 分。从事测量工作的用户通常利用虚拟仪器开发环境编写针对测试任务的虚拟仪器软件，可以采 用各种不同的软件如Visual C++、Visual Basic等，但这些语言对非专业编程人员来说，还是非 常困难的，因此世界各大公司都在致力于开发便于测试工程师使用的虚拟仪器开发环境，其中NI 公司LabWindows／CVI和 LabVIEW、Agilent公司的 VEE、Tektronix公司的Ez-Test和TekTNS等软件是基于图形的用户界面和开发环境，便于二次开发，其中应用最广泛的是NI公司的 LabVIEW 应用软件平台。
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7.3.2 虚拟仪器的特点
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
“虚拟仪器”是借助于计算机强大的软件和硬件支持环境，建立虚拟的测控仪器面板，完成仪器 的控制、数据分析和结果输出，使用鼠标或键盘操作计算机上的前面板，就像操作一台自己定义、 自己设计的专用测控仪器的用户界面一样。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集、 处理、分析系统，与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化、处理能力、性价比、可操作性等方面都具 有明显的技术优势，具体表现为：
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
微机(或微处理器) 是整个系统的核心，控制整个自动测试系统正常运转，并对测量数据进行一 定的处理，如数值计算、变换、数据处理、误差分析等，最后将测量结果通过打印机、显示器、磁 盘磁卡或指示表、数码显示等方式输出。 能组成自动测试系统的仪器必须满足两个条件：一是要求是可程控的仪器，二是要带有一定的接口。
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7.2.2 自动测试系统的分类
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
可以从不同角度对自动测试系统进行分类，可以根据系统所用的总线和接口分类，如 GPIB系统，也可根据被测对象的性质分类，如温度自动测试系统、位移自动测试系统等。
最早的自动测试系统为以任务命名的专用系统，通常是针对某项具体任务设计的，采用 比较简单的定时器或扫描器作为控制器，系统接口也是专用的，通用性比较差。
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7.3.3 虚拟仪器的构成
第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
虚拟仪器是计算机化的仪器，由计算机、模块化功能硬件和应用软件三大部分组成，虚拟仪器所 用的计算机是通用的计算机，模块化功能硬件指各类功能化仪器模块，依据与计算机通信接口方 式不同可分为ＤＡＱ数据采集系统、RS232接口仪器、USB接口仪器、VXI仪器、GPIB总线仪器、 现场总线（Fieldbus）设备以及其它接口的设备等，应用软件将仪器的模块化功能硬件与各类计 算机结合，构成虚拟仪器系统。如图7.3所示为虚拟温度测量系统。
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第七章 计算机与虚拟仪器测试技术
(3) 可操作性强。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，使仪器的可操作 性大大提高。