2.虚拟仪器系统软件结构与模型

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基于组件的虚拟仪器软件模型

作者简介：刘佳（９ｌ）女，苏扬州人，１８一，江博士生，主要研究方
向为虚拟仪器、测试计量技术；宋爱国（９８）男，１６一，安徽黄山
图１虚拟仪器软件的层次关系
人，教授，士生导师，博主要研究方向为机器人传感与控制技
收稿日期：０５— ９—２２００６
用组件化设计提高了虚拟仪器的灵活性与扩展性；而且在组件中使用多线程和缓冲区处理，多种时间特使
性与执行效率不同的任务并行执行，提高了虚拟仪器
的性能。
１虚拟仪器软件的层次关系
虚拟仪器软件的本质是进行数据处理。从数据流向进行分析，虚拟仪器软件的数据处理过程可以分为两种：一是自下而上的数据采集、处理到最终显示；一是自上而下的用户交互、指令操作到仪器控制。因此，可以把虚拟仪器软件划分为３个层次：虚拟输入／出输层、虚拟仪器驱动层和虚拟仪器应用软件层。软件层次对外定义单一的调用接口，各个软件层次之间通过接口进行数据传送。采用单一接口的好处是对外隐藏了软件层次的内部细节，无论采用什么实现方法，做什么样的修改，只要接口不变就不会影响软件的其他部分。具体的软件层次关系如图１所示。
ｔｓｓａｈａｉｎｍｐｏｅｔｅｖｒｕａｎｔｍｅｔｐｒｏｍａｃ、ａｋｔｔｅｓｍｅｔｍｅａｄｉｒｖｈｉｔｌｉｓｒｕｎｅｒｎｅｆ
Ｋｅｒｓｖｒａｎｔｍｅｔｄｓｇａｔｒ；ｏｏｅｔｍｕｉｍａｉｇｂｆｒｙｗｏｄ：ｉｕｉｓｔｌｕｒｎ；ｅｉｎｐｔｎｃｍｐｎｎ；ｈｔｅｈｄｎ；ｕｆｅ

自动化专业学生必备软件

自动化专业学生必备软件自动化专业学生在学习和实践过程中需要使用一些特定的软件工具来辅助他们的学习和研究工作。

以下是一些自动化专业学生必备的软件：1. MATLAB（矩阵实验室）：MATLAB是一种高级的计算机语言和环境，广泛应用于工程、科学和数学领域。

自动化专业学生可以使用MATLAB进行数据分析、算法开辟、摹拟和建模等工作。

它提供了丰富的函数库和工具箱，可以匡助学生快速解决各种自动化问题。

2. Simulink（仿真环境）：Simulink是MATLAB的一个扩展工具，用于建立和摹拟动态系统的模型。

自动化专业学生可以使用Simulink进行系统建模、仿真和验证。

它提供了直观的图形界面，使学生能够快速搭建系统模型并观察系统的行为。

3. LabVIEW（实验室虚拟仪器工程师）：LabVIEW是一种图形化编程环境，用于控制、测量和数据采集。

自动化专业学生可以使用LabVIEW来设计和实现自动化系统，进行实时数据采集和控制。

它具有友好的用户界面和丰富的工具箱，适合于各种自动化应用领域。

4. SolidWorks（三维计算机辅助设计软件）：SolidWorks是一种广泛应用于工程设计和创造的三维CAD软件。

自动化专业学生可以使用SolidWorks进行机械设计、装配和仿真。

它提供了强大的建模工具和仿真分析功能，匡助学生更好地理解和应用机械原理。

5. PLC编程软件：PLC（可编程逻辑控制器）是自动化领域常用的控制设备，用于控制和监测各种工业过程。

自动化专业学生需要学习和掌握PLC编程技术。

常见的PLC编程软件包括Siemens STEP 7、Rockwell RSLogix等，学生可以根据实际情况选择合适的软件进行学习和实践。

6. C/C++编程语言：C/C++是自动化专业学生必备的编程语言之一。

自动化系统中常用的控制器和嵌入式设备通常使用C/C++语言进行编程。

学生需要学习和掌握C/C++语言的基本语法和应用技巧，以便能够进行系统控制和算法开辟。

如何利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真

如何利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种集数据采集、信号处理、仪器控制和虚拟仪器设计于一身的集成开发环境，广泛应用于各个领域的工程实验和测试中。

本文将介绍如何利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真，并提供一些实际案例来说明其应用价值。

一、LabVIEW介绍LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments, NI）于1986年推出的一种图形化编程语言。

与传统的文本编程语言相比，LabVIEW通过将函数块拖拽到界面上并进行连接来组成程序，使得程序的开发更加直观、易于理解。

LabVIEW提供了丰富的工具箱和函数库，可用于数据采集、信号处理、仪器控制和用户界面设计等方面。

二、虚拟仪器设计虚拟仪器是指利用计算机软件和硬件模拟真实仪器的功能。

利用LabVIEW可以轻松地设计各种虚拟仪器，如示波器、信号发生器、频谱分析仪等，用于实现数据采集和信号处理等功能。

LabVIEW提供了众多的仪器模拟器和控件，用户只需简单地拖拽和配置这些组件，即可实现一个功能完备的虚拟仪器。

三、虚拟仪器仿真利用LabVIEW进行虚拟仪器仿真可以帮助用户在设计阶段快速验证算法和性能，并且可以方便地进行多种参数的调整和测试。

LabVIEW提供了灵活且强大的仿真工具，用户可以根据需要配置仿真场景、定义仿真信号和操作流程，并通过动态调整参数和监测仿真结果来完成虚拟仪器的性能评估。

四、LabVIEW在工程实践中的应用1. 数据采集和处理利用LabVIEW可以方便地搭建数据采集系统，并通过各种传感器和硬件设备获取实时数据。

同时，LabVIEW提供了丰富的信号处理函数和算法，可以对采集的数据进行滤波、降噪、频谱分析等处理，从而提取出有效信息。

2. 仪器控制和自动化LabVIEW支持与各类仪器设备的通讯和控制，可以通过GPIB、USB、Ethernet等接口与仪器进行连接，并通过LabVIEW编写程序来实现仪器的自动化控制。

LabVIEW概述

应用软件则是虚拟仪器的核心，在基本硬件确定后，软件通过不同功能模块即软件模块的组合构成多种仪器，赋予系统特有的功能，以实现不同的测量功能。
虚拟仪器的“虚拟”有以下两个层面的意思：
虚拟的控制面板传统仪器通过设置在面板上的各种“控件”
来完成一些操作和功能
虚拟的测量、测试与分析传统的仪器是通过设计具体的模
LabVIEW的功能
LabVIEW结合了简单易用的图形式开发环境与强大的图形化编程语言，提供了一个非常直观的编程环境；有专为大型应用开发、集成开发及应用配置设计的附加开发工具，包括应用程序生成器、图形比较、源代码控制、程序码编写指导及复杂矩阵运算等功能。
LabVIEW的应用
LabVIEW在实验教学以及课程学习中的优势有： ●LabVIEW是一个开放的开发平台，使用“所见即所得” 的可视化技术建立人机界面 ●LabVIEW软件本身提供了丰富而实用的函数库以及硬件驱动程序库 ●LabVIEW提供了许多仪器面板中的控制对象
1.3 LabVIEW 2015的安装
安装LabVIEW的最低配置要求如下： ●处理器最小配置为Pentium Ⅲ或Celeron 866MHz 处理器，推荐配置Pentium 4或类似处理器。 ●内存最小内存为1G，推荐内存配置为2G。 ●分辨率 1024 x 768像素。 ●硬盘空间最小安装需要2G的硬盘空间。
应用软件应用软件是直接面向操作用户的程序，该软件建立在仪器驱动程序之上，通过提供的测控操作界面、丰富的数据分析与处理功能等完成自动测试任务。尤其是通用数字处理软件，集中体现了虚拟仪器的优点。
虚拟仪器应用软件的开发工具具有通用软件和专业图形化编程软件两类。
★通用编程软件

PROTEUS的简介

PROTEUS 电子设计软件本章在介绍电子设计软件PROTEUS 结构和资源基础上，详细说明了软件的使用和参数的设置。

以典型示例讲述了基于PROTEUS ISIS 的电路设计方法、调试方法和基于PROTEUS ARS 的PCB 板设计方法，以及原理图模型创建和元器件封装的制作方法。

1.1 PROTEUS 电子设计软件1.1.1 PROTEUS 简介Proteus 是英国Labcenter 公司开发的电路分析与仿真软件。

该软件的特点是：①集原理图设计、仿真和PCB 设计于一体，真正实现从概念到产品的完整电子设计工具，②具有模拟电路、数字电路、单片机应用系统、嵌入式系统（不高于ARM7）设计与仿真功能，③具有全速、单步、设置断点等多种形式的调试功能，④具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表，⑤支持Keil C51 uVision2、MPLAB 等第三方的软件编译和调试环境，⑥具有强大的原理图到PCB 板设计功能，可以输出多种格式的电路设计报表。

拥有PROTEUS 电子设计工具，就相当于拥有了一个电子设计和分析平台。

1.1.2 PROTEUS 组成Proteus 软件自 1989 年问世至今，经历了近20年的发展历史，功能得到了不断的完善，性能越来越好，全球的用户也越来越多。

PROTEUS 之所以在全球得到应用，原因是它具有自身的特点和结构。

PROTEUS 电子设计软件由原理图输入模块（简称ISIS ）、混合模型仿真器、动态器件库、高级图形分析模块、处理器仿真模型及PCB 板设计编辑（简称ARES ）六部分组成，如图1-1所示。

图1.1 PROTEUS 基本组成1.1.3产品传统设计方法与PROTEUS 设计比较1. 传统产品设计流程传统电子产品开发流程如图1.2所示。

图1.2 传统电子产品开发流程原理图输入ISIS混合模型仿真器动态器件库高级图形分析模块高级图形分析模块处理器仿真模型布线/编辑ARESPROTEUS传统电子产品开发的缺点：●没有物理原型就无法对系统进行测试。

虚拟仪器系统

3．功能模板功能模板是创建框图程序的工具，该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板.功能模板包括结构子模板、数值运算子模板、布尔逻辑子模板、字符串运算子模板、数组子模板、群子模板、比较子模板、时间和对话框子模板、文件输入/输出子模板、仪器控制子模板、仪器驱动程序库、数据采集子模板、信号处理子模板、数学模型子模块、图形与声音子模块、通讯子模板、应用程序控制子模块、底层接口子模块、文档生成子模板、用户自定义的子VI模板和选择VI子程序等。
2．控制模板用控制模板可以给前面板添加输入控制和输出显示，每个图标代表一个子模板。
控制模板包括数值子模板、布尔值子模块、字符串子模板、列表和环子模板、数组和群子模板、图形子模板、路径和参考名子模板、控件容器库子模板、对话框子模板、修饰子模板、自定义的控制和显示子模板，共十二个子模板。
虚拟仪器系统
虚拟仪器
• 概述 • Labview图形编程
一、什么是虚拟仪器？
虚拟仪器就是在以计算机为核心的硬件平台上，具有虚拟面板，其功能由用户设计和定义，由测量软件实现的一种计算机测量系统。虚拟仪器的面板是虚拟的，面板上的各种空间（图标）与传统面板上各种“器件”所完成的功能相同。
二、虚拟仪用程序和I/O接口仪器驱动程序，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。
三、虚拟仪器的特点
1．虚拟仪器的面板比传统仪器的面板具有灵活性； 2．在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能； 3．仪器功能是根据用户的需要由软件来定义的，而不是事先由厂家定义的； 4．仪器的性能改进和功能的扩展只需更新相关软件的设计，而不需要构买新的仪器； 5．研制周期较传统仪器大为缩短； 6．虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同步发展，与网络及其周边设备互联。

虚拟仪器设计

虚拟仪器设计一：填空题（30分，30个空）：1. 虚拟仪器的分类：按照构成虚拟仪器的接口总线不同，分为PCI总线接口虚拟仪器、串行总线虚拟仪器、并行接口虚拟仪器、USB总线接口虚拟仪器、GPIB 总线接口虚拟仪器、VXI总线接口虚拟仪器、PXI总线接口虚拟仪器和LXI总线接口虚拟仪器等。

2. 虚拟仪器设计步骤和过程：①确定虚拟仪器的类型②选择合适的虚拟仪器软件开发平台③开发虚拟仪器应用软件④系统调试⑤编写系统开发文档3. 数据采集系统通常由传感器、信号调理设备、数据采集设备、计算机等组成。

4. A/D转换器的主要参数：①分辨率②量化误差③精度④转换时间5. 模拟输入通道的组成：多路开关、放大器、采样/保持电路以及A/D转换器6. 多通道的采样方式：循环采样、同步采样和间隔采样。

7. 总线的性能指标：①总线宽度②寻址能力③总线频率④数据传输速率⑤总线的定时协议⑥热插拔⑦即插即用⑧负载能力8. GPIB总线的每个设备按三种基本工作方式进行：“听者”功能、“讲者”功能、“控者”功能9. USB特点：①支持多设备连接，减少了PC的I /O接口数量②能够采用总线供电③第一次真正实现了即插即用，外部设备的安装变得十分简单④对一般外部设备有足够的带宽和连接距离⑤传输方式灵活，可以适应不同设备的需要10. OSI体系结构：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层11. TCP\IP体系结构：应用层、传输层、网络互连层、网络接口层。

12.网络化虚拟仪器系统的组网模式：客户机/服务器（C/S）、浏览器/服务器（B/S）、客户机/服务器/浏览器（C/E/S）。

13.程序结构：①for循环组成：循环框架、重复端口、计数端口等②while循环组成：循环框架、重复端口及条件端口③选择结构：选择框架、选择端口、框图标识符及“递增/递减”按钮④顺序结构：单框架顺序结构和多框架顺序结构。

最基本的由顺序框架、框图标识符、“递增/递减”按钮组成⑤事件结构⑥公式节点14, 数组，簇，字符串，波形二、名词概念解释（30分，10个，一个三分）：1.虚拟仪器：多种形式输是利用计算机显示器模拟传统仪器控制面板，以出检测结果，利用计算机软件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、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。

Multisim仿真元件库与虚拟仪器

25．分段线性电压源(Piecewise Linear Voltage Source)
分段线性电压源即PWL信号源，通过设置不同的时间及电压值，可控制输出电压的波形。其参数设置框如图9所示。
图9 PWL信号源参数设置
产生PWL信号波形的方式有两种： > Open Data File方式：先直接用文本编辑TXT文档，输入时间电压对，时间和电压的中间用若干空格隔开并保存，然后点击Browse按钮调用即可。 > Enter Point方式：在属性框界面表格中直接填写时间电压对。下面用第一种方式产生PWL信号波形。
图11 受控单脉冲参数设置
29．多项式电压源(Polynomial Source) 该电压源的输出电压是一个取决于多个输入信号电压的受控电压源，有V1、V2、V3三个电压输入端，一个电压输出端，输出电压与输入电压直接的函数关系为
VOUT A BV1 CV2 DV3 EV12 FV1V2 GV1V3 HV22 IV2V3 JV32 KV1V2V3
27．压控分段线性电压源(Voltage Controlled Piecewise Linear Source)
该电压源是一个分段压控线性电压源，可以在其属性框中输入控制电压和对应的输出电压。
28．受控单脉冲(Controlled One_Shot) 该电源能将输入的波形信号变换成幅度和脉冲宽度可控制的脉冲信号。属性框参数设置如图11所示。输入端“”输入波形信号，当输入端波形超过触发电平时，输出端就被触发输出高电平；输入端“＋”用来控制输出脉冲的宽度；输入端“C”为控制端，低电平时允许脉冲输出，高电平时阻止脉冲触发。
该电流源的输出电流大小受输入电压控制。 19．电流控制电压源(Current Controlled Voltage Source) 该电压源的输出电压大小受输入电流控制。 20．电流控制电流源(Current Controlled Current Source) 该电流源的输出电流大小受输入电流控制。 21．脉冲电压源(Pulse Voltage Source) 脉冲电压源是一种输出脉冲参数可配置的周期性电源，通过属性框Value页可设置其各参数，如图8所示。

使用LabVIEW进行模拟仿真和建模

使用LabVIEW进行模拟仿真和建模LabVIEW是一种强大的虚拟仪器平台，可用于模拟仿真和建模。

它提供了一种直观且灵活的方式，使工程师和科学家能够设计和测试各种系统，从而加速产品开发和研究过程。

本文将介绍如何使用LabVIEW进行模拟仿真和建模。

一、LabVIEW简介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种基于图形化编程语言G（G语言）的开发环境。

通过将函数块拖放到工作区并连接它们，用户可以创建功能强大的虚拟仪器和应用程序。

LabVIEW提供了丰富的工具和功能，适用于各种领域，如控制系统、信号处理、数据分析等。

二、LabVIEW的模拟仿真功能LabVIEW具有强大的模拟仿真功能，可以模拟各种物理现象和系统行为。

通过构建数学模型，并将其转化为LabVIEW代码，用户可以模拟和分析从简单电路到复杂系统的各种问题。

1. 建立模型在LabVIEW中，可以使用信号生成器、函数生成器、样条插值等工具建立数学模型。

通过选择适当的工具和建模方法，可以准确地描述系统的特性和行为。

2. 设置参数LabVIEW允许用户在模拟仿真过程中灵活地设置参数。

用户可以使用调节器、控件等工具来改变模型的输入，观察系统的响应，并进行进一步的分析。

3. 进行仿真完成模型的建立和参数设置后，用户可以通过LabVIEW的仿真模块进行仿真。

仿真模块提供了多种仿真方法，如时间域仿真、频域仿真和多体动力学仿真等。

用户可以根据需要选择适当的仿真方法，并进行仿真分析。

4. 分析结果LabVIEW提供了丰富的数据分析工具，可以对仿真结果进行详细的分析。

用户可以绘制波形图、频谱图、功率谱图等，以可视化的方式展示仿真结果。

同时，LabVIEW还支持数据导出功能，可将结果导出为Excel、文本等格式，便于进一步的处理和分析。

三、LabVIEW的建模功能除了模拟仿真，LabVIEW还具有强大的建模功能。

智能检测系统

1.智能检测装置:主要形式:智能传感器、智能仪器、虚拟仪器和智能检测系统;２．非电量检测:温度检测(热电式传感器，光纤温度传感器,红外测温仪，微波测温仪）压力检测（应变式压力计，压电式压力计，电容式压力计，霍尔式压力计）流量检测（电磁流量计,超声波流量传感器,光纤漩涡流量传感器）物位检测(电容式液位传感器，超声波物位传感器,微波界位计）成分检测(红外线气体分析仪,半导体式气敏传感器)3.流量检测:流量的定义为单位时间内流过管道某一截面的体积或质量,因此,流量分为体积流量和质量流量；分为：电磁流量计，超声波流量传感器,光纤漩涡流量传感器;流量检测包括：错误!.电磁流量计：电磁流量计是以电磁感应原理为基础的。

它能检测具有一定电导率的酸碱盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒（泥浆,矿浆)的液体流量。

＼ｏ＼ａc（○,2).超声波流量传感器:超声波流量传感器是利用超声波在流体中传输时,在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。

错误!.光纤漩涡流量传感器:光纤漩涡流量传感器是将一根多模光纤垂直的装入管道，当液体或气体流与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动,振动的频率域流速有关，测出该频率就可确定液体的流速。

４.智能仪器:就是一种以微处理器为核心单元,兼有检测、判断和信息处理功能的智能化测量仪器;按实现方式划分，智能仪器有非集成智能仪器和集成智能仪器两种形式;构成:（１）.硬件：传感器、主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、标准通信接口;（2)．软件:监控程序、接口管理程序、数据处理程序;功能：具有逻辑判断、决策和统计处理功能;具有自诊断、自校正功能;具有自适应、自调整功能；具有组态功能；具有记忆、存储功能;具有数据通信功能;特点：高精度、多功能、高可靠性和高稳定性、高分辨率、高信噪比、友好的人机对话能力、良好的网络通信能力、自适应性强、高性价比;发展趋势:多功能化、智能化、微型化、网络化；5. 非集成智能仪器：也称为微机嵌入式智能仪器，即将传统的传感器、单片机或微型计算机、模拟量输入输出通道、标准数据通信接口、人机界面和外设接口等分离部件封装在一起，组合为一个整体而构成;特点：一般为专用或多功能产品,具有小型化、便携式、低功耗、易于密封、适应恶劣环境、低成本;6.虚拟仪器：以通用的计算机硬件和操作系统为依托，增加必要的硬件设备，通过计算机软件使其具备各种仪器的功能;由信号采集与控制单元、数据分析与处理单元、数据表达与输出单元等三大部分组成。

虚拟仪器(哈工大)第三章结构与属性(二)

发展历程
虚拟仪器技术起源于20世纪80年代，随着计算机技术和电子测量技术的不断发展，虚拟仪器逐渐成为一种重要的测量和控制工具。
特点及优势分析
软件化
虚拟仪器的核心是软件，通过编程可以实现各种复杂的测量和控制功能。
模块化
虚拟仪器采用模块化设计，方便用户根据需求进行定制和扩展。
特点及优势分析
。
软件部分
虚拟仪器开发平台
提供图形化编程环境，支持用户自定义虚拟仪器界面和功能。
数据处理软件
对采集到的数据进行处理、分析和显示，如滤波、频谱分析等。
控制策略软件
根据用户需求，实现特定的控制算法和逻辑。
通讯接口与协议
通讯接口
实现虚拟仪器与外部设备或网络之间的数据传输，如USB、Ethernet等。
• 可视化：虚拟仪器提供直观的图形化界面，方便用户进行操作和数据分析。
特点及优势分析
灵活性
虚拟仪器可以根据用户需求进行定制，适应各种复杂的测量和控制场景。
高性价比
相对于传统硬件仪器，虚拟仪器具有更高的性价比，可以降低用户的成本。
易于升级和维护
虚拟仪器的升级和维护只需要更新软件即可，无需更换硬件，降低了维护成本。
风格统一
确保界面元素在风格上保持一致，如色彩、形状、质感等。这有助于增强用户的视觉体验和品牌认知。
遵循设计规范
遵循所在平台或行业的设计规范，确保界面设计与目标用户群体和使用场景相符合。
可访问性考虑
确保界面设计考虑到不同用户的需求和能力，包括视觉障碍、色盲等用户群体。使用对比度适中、易于阅读的字体和颜色方案。
视觉需求。
控件字体与大小
03
允许调整控件内文本的字体、字号、粗细等属性，以优化显示

e-Labsim产品介绍

e-Labsim产品介绍e-labsim是⼀款拥有仿真引擎和数学模型的模块级仿真软件，与Flash形式的“伪仿真”不同，e-labsim可以真实再现实验状况和现象。

简单来讲，e-Labsim仿真型实验平台是⼀套专门针对实验教学和创新开发的模块级仿真平台。

e-Labsim的总体架构及分部介绍客户端实验平台客户端实验平台是e-Labsim仿真型开放实验平台的核⼼。

它由虚拟实验平台、创新实践⼦系统和即时通信⼦系统组成。

其中，虚拟实验平台的仿真模块与实际硬件模块⼀致，拨码开关、可调电阻、复位按钮等可调器件均可以⾃由调节。

并配有多种虚拟仪器仪表，操作⽅式与操作习惯同实际仪器完全⼀致。

可在任意测试点测试和观察信号，节约资源同时⽅便进⾏信号分析。

并且，⽹络化改造可以让学⽣远程完成保存、上传提交实验等，⽅便⽼师查看完整的实验环境和结果，还可以让两个学⽣联机共同搭建实验系统。

实验室教学管理系统安装并运⾏在服务器端，是对实验室进⾏教学管理的平台。

在这个平台上，教师可以上传实验⼤纲及相关资料，也可以在线对学⽣提交的实验数据及报告进⾏批阅并评分；学⽣可以对实验进⾏预习，并提交预习报告，在线上传实验报告，查询成绩等；管理员则可以完成录⼊教师及学⽣信息、汇总报表、权限管理等设置。

实验体系e-Labsim涵盖电⼯电⼦、通信专业基础课程以及专业课程的相关实验。

具体实验项⽬如下：⼆次开发e-labsim仿真平台内置完整的⼆次开发及创新设计模块，如“Link for Matlab”，可与Matlab接⼝。

让学⽣⽅便地进⾏⽆负担创新设计，且学⽣设计的功能完全可以替代模块⽽融⼊到我们的系统实验中去，从部分功能的开发到整个系统功能的实现，使学⽣循序渐进地具备创新能⼒。

产品优势以及给学校带来的便利e-labsim仿真优势1)弥补了实验经费不⾜造成的遗憾e-lansim仿真软件融合了实验所需的仪器仪表，解决了因实验经费问题会导致实验场地和设备跟不上、设备损坏和维护成本较⾼、仪器更新换代等⼀系列遗憾。

5 第5章虚拟仪器软件标准--02

（2）CONFigure：配置命令
CONFigure命令的一般形式为： CONFigure：< function > < parameters > [，< source list > ] 该命令完成仪器配置，其参数意义及用法与 MEASure命令一致。例如，对于数字万用表，该命令用指定参数设置数字万用表。
信号路由选择测量功能格式化数据总线
触发信号路由选择
存储器格式化数据总线
信号产生
5.1.3 SCPI命令句法

SCPI程控命令标准由3部分内容组成：

第一部分“语法和样式”，描述SCPI命令的产生规则以及基本的命令结构；第二部分“命令标记”，主要给出SCPI要求或可供选择的命令；第三部分“数据交换格式”描述了一种数据采集的标准表示方法，用于实现仪器与仪器之间及其他应用场合中的数据交换。
5.1.4 常用SCPI命令简介
1. 常用仪器公用命令（1）*IDN？仪器标识查询命令。每台VXI仪器都指定了一个仪器标识代码。如对 HP1411B 模块，该命令实际返回标识码Hewlett Packard，E1411B， 0，G.06.03。（ 2 ） RST 复位命令。复位仪器到初始上电状态。在仪器工作过程中，当发生程序出错或其他死机情况时，经常需要复位仪器。一般情况下先用命令*CLS 清仪器，然后再复位。

测试应用软件测试编程环境仪器软面板
仪器驱动器 I/O 接口驱动软件(VISA) GPIB 其他
VXI
虚拟仪器的软件体系结构
5.2.1 VISA的结构与特点

VISA的结构模型为金字塔结构，如图
Hale Waihona Puke VISA的特点（1）VISA的I/O控制功能适用于各种类型仪器，包括 VXI 仪器、 GPIB 仪器和 RS-232C 接口仪器等，既可用于VXI消息基器件，也可用于VXI寄存器基器件。

Multisim简介与使用

目录1 Multisim 12简介及使用 (1)1.1 Multisim简介 (1)1.1.1 Multisim概述 (1)1.1.2 Multisim发展历程 (2)1.1.3 Multisim 12的特点 (3)1.2 Multisim 12的基本界面 (4)1.2.1 Multisim 12的主窗口界面 (4)1.2.2 Multisim 12的标题栏 (5)1.2.3 Multisim 12的菜单栏 (5)1.2.4 Multisim 12的工具栏 (6)1.2.5 Multisim 12的元件库 (7)1.2.6 Multisim 12的虚拟仪器库 (8)1.3 Multisim 12的使用方法与实例 (9)1Multisim 12简介及使用1.1Multisim简介1.1.1Multisim概述NI Multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NI Ultiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。

是入选伯克利加大SPICE项目中为数不多的几款软件之一。

Multisim在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及SPICE模拟。

Multisim是以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

我们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂容，这样我们无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

1.1.2Multisim发展历程Multisim 电路仿真软件最早是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technologies，IIT）于20世纪80年代末推出的一款专门用于电子线路仿真的虚拟电子工作平台（Electronics Workbench，EWB）。

虚拟仪器综合设计实验报告

虚拟仪器综合设计实验报告# 虚拟仪器综合设计实验报告## 1. 实验目的本实验的目的是通过使用虚拟仪器进行综合设计，深入了解虚拟仪器的原理和应用，以及掌握虚拟仪器在实际工程中的应用。

## 2. 实验器材- 虚拟仪器软件- 电脑## 3. 实验原理虚拟仪器是一种使用软件实现的仪器，可以模拟各种传感器和控制器的功能。

虚拟仪器通过模拟和处理电子信号，实现数据采集、分析和控制等功能，广泛应用于科研实验、工程设计和教学等领域。

## 4. 实验内容本次实验的内容是设计一个虚拟测温仪器。

虚拟测温仪器可以模拟实际测温仪器的功能，通过传感器采集温度数据，并进行实时显示和记录。

具体实验步骤如下：1. 搭建虚拟测温仪器的硬件模型，包括传感器和显示器。

2. 编写虚拟测温仪器的软件代码，实现温度数据的采集和显示。

3. 运行虚拟测温仪器，并进行验证和测试。

## 5. 实验结果与分析经过实验，我们成功搭建了虚拟测温仪器，并编写了相应的软件代码。

在实验过程中，我们通过模拟环境中温度的变化，观察到虚拟测温仪器可以实时采集和显示温度数据，并且数据的准确性较高。

通过对比实际测温仪器的测量结果，我们发现虚拟测温仪器的测量误差较小，可达到工业标准要求。

这说明虚拟仪器在温度测量方面具有较好的稳定性和精度。

## 6. 实验心得通过参与本次虚拟仪器综合设计实验，我对虚拟仪器的原理和应用有了更深入的了解。

虚拟仪器在科研和工程设计中具有广泛的应用前景，可以满足实验要求并减少设备的物理建造成本，同时还可以提高实验的安全性和可重复性。

此外，虚拟仪器还具有软件的优势，可以方便地进行数据处理和分析，为科研和工程设计提供更多的便利。

总的来说，本次实验让我深入了解了虚拟仪器的原理和应用，并提高了我在实验设计和数据处理方面的能力。

这将对我的未来科研和工程设计工作有很大帮助。

## 7. 参考文献无。

虚拟仪器

虚拟仪器应用程序（软面板、各种功能模块）数据采集通信接口 Nhomakorabea信号处理
操作系统 VISA库 DAQ I/O库

虚硬件（显示器与旋钮）拟仪器软结果表达件结构与仪器控制
虚拟仪器
硬件（电子线路）
仪器接口
计算机软件（算法）
计算机
仪器接口仪器接口
计算机硬件
仪器接口
虚拟仪器（显示器与虚拟旋钮）硬件结构
2. LabVIEW LabVIEW 是实验室虚拟仪器平台（Laboratory Virtual instru-ment Engeneering Workbench）的简称, 也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。 LabVIEW的产生来源于NI公司的创始人特鲁查德博士的创新设想：能否为财务人员设计的电子表格软件一样，为广大测试工程师和科技人员开发一个基于数据流图来设计程序的工具软件。经过几年的研究，在20世纪80年代中期，首次提出测试软件由多层虚拟
• 虚拟仪器（Virtual Instrument，VI）构成的新概念。一个VI可以由更底层的多个VI组成。底层 VI代表了最基本的计算、I/O操作与界面设计功能，各层VI有相同的结构形式，每个VI都有用户接口组件。
虚拟仪器模型、图形界面和结构化数据流程图编程是LabVIEW的三大核心技术。1990年，结构化数据流程图和虚拟仪器面板获得两项美国专利。作为编写程序的语言，除了编程方式不同， LabVIEW具备编程语言的所有特点，因此被称为G 语言。
软件就是仪器
——虚拟仪器技术
一、什么是虚拟仪器
所谓“虚拟仪器”，就是在通用计算机上，用借助于计算机和数据采集模块通过软件设计能通用接口总线连接硬件数据采集或控制模块，通够实现真实仪器的测量功能，但确不是一个实在过软件编程控制硬件模块进行控制或测量，并利在的、有模有样的真实的测量仪器。用软件实现仪器的测量和分析功能。

自动测试系统(考试必考)--桂林电子科技大学

第一章1、什么是自动测试系统，它由哪几部分组成？自动测试系统：通常把以计算机为核心，在程控指令的指挥下，能自动完成某种测试任务而组合起来的测量仪器和其它设备的有机整体称为自动测试系统，简称ATS （automatic test system）。

组成部分：控制器；可程控仪器、设备；总线与接口；测控软件；被测对象；2、简述自动测试系统的发展历程和发展趋势。

1、第一代自动测试系统（专用型）：2、第二代自动测试系统（台式仪器积木型）：3、第三代自动测试系统（模块化仪器集成型）：3、什么是虚拟仪器，它有什么特点，虚拟仪器系统有哪些组成部分？1．虚拟仪器：是计算机与仪器仪表相结合的产物，它利用计算机的强大功能，结合相应的硬件，大大突破了传统仪器仪表在数据传送、处理、显示和存储等方面的限制，使用户可以方便的对其维护、扩展和升级。

用户可以通过编制软件来定义它的功能。

2．虚拟仪器系统组成：硬件和软件4、虚拟仪器系统中的软件主要包括什么，常用的软件开发工具是什么？1．软件：虚拟仪器能否成功运行，就取决于软件。

包括仪器驱动程序、应用程序和软面板程序。

2．测试软件开发工具：可视化软件平台：HP-VEE，LabVIEW，LabWindows/CVI高级编程语言：C，VC++，VB，Delphi(5.谈谈你对自动测试系统的了解和认识。

6.)结合“电子测量与仪器”课程知识，构建一个自动测试系统，画出系统结构图。

第二章1. VXIbus系统的两种结构外置计算机结构和嵌计算机结构2. 常用VXIbus系统接口GPIB接口、 IEEE1394接口、MXI总线接口、 RS-232C接口、VMEbus接口3. 器件及其分类•器件定义：器件（device）是VXI总线系统中的基本逻辑单元。

•器件编号：在一个VXI总线系统中最多可有256个器件，每个器件有一个唯一的逻辑地址，编号：000~255。

•器件分类：根据其性质、特点和它所支持的通信规程，可以分为消息基器件、寄存器基器件、存储器基器件和扩展器件四种类型。

Proteus

Proteus展开全文Proteus是一款非常实用的仿真软件，Proteus内有很多的仿真器工具，被众多的仿真器使用者所喜爱。

并且软件内的模型处理器支持多种类型的格式，满足了绝大部分使用者的需求。

【软件介绍】Proteus是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上着名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

【软件功能】一、互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件二、仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。

还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，它建立了完备的电子设计开发环境三、资源丰富1.可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

2.可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI 调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。

理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

3.除了现实存在的仪器外，该软件还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。

这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。

这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响4.可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。

Proteus介绍

实时显示系统输出结果
实时显示元器件引脚电平
图3 微处理器交互仿真实例
原理图中的P1为虚拟串口，通过适当设置和引用，可以直接实现模拟与实际电路一样的串行通信效果，避免了涉及外围及与PC之间的通信无法实现的情况。在Proteus中，虚拟元件及虚拟仪器的种类很多，我们不必担心单片机与上位机之间的通信如何来仿真的问题。
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基于图表的仿真——高级仿真（ASF）
瞬态分析噪声分析
虚拟示波器频率分析失真分析
高级仿真(ASF)实例(741放大电路分析)
激励源电压探针
虚拟仪器
噪声分析：显示随频率变化的输出噪声和等效输入噪声电压，并列出电路各部分所产生的噪声电压清单。741放大电路的噪声分析如图1所示。失真分析：用于确定由测试电路所引起的电平失真的程度，失真分析图表用于显示随频率变化的二次和三次谐波失真电平。741放大电路的失真分析如图2所示。
ISIS （智能原理图输入系统）的功能特点
Proteus智能原理图输入系统（ISIS）是原理图设计和电路仿真的基本平台。ISIS绘图简单快捷，特别是新的7.1版以后，鼠标功能大大加强，并新增了设计浏览器用于原理图与PCB的交叉检查。个性化的编辑环境：用户可自定义原理图外观，包括线宽、线型、填充类型、字符等。还可以使用风格模板。用户可以自己设置快捷键定义。快捷选取/放置器件：通过模糊搜索可快速从器件库中选取器件。并且可以实况预览和选择器件的 PCB封装。层次化设计：支持多页或子电路设计仿真日志：用于仿真的监控和故障诊断。
Proteus是集成了智能原理布图、混合模型电路仿真和PCB设计，构成一个完整的电子设计系统。
8051/52、 PIC10/12 PIC16/18 PIC24/33、 ARM 7、 Proteus VSM HC 11、 Design Suite AVR、 8086、 Basic Stamp …… ASF高级图表仿真 Proteus PCB Design Suite

基于虚拟仪器技术的设备模型开发

器技术已成为测试、ｌ：业控制等领域的上流技
术，随着其功能和性能的不断提高，在许多应
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技术交流：基于虚拟仪器技术的设备模型开发
定制性较强，没有统一的标准，给系统集成带米很人难度。当需要多个领域的设备协同作时，往往需要在业务层与设备应用层之间增加复杂的适配逻辑，而且这种适配逻辑重，Ｌ｝ｊ性很
测量以及自动化应川的一种技术。其土要目的
提供的参数控制、信息展示、数据处理、配置管理等软什应刚。由便件设备特别是不同领域的设备的功能和接口干筹万别，没有统一的标准，冈此这些硬什设备的应川层软什往往都具有专川、难以移植等特点。目前的ｌ程应Ｌｆ｛中，设备应Ｊ｛ｊ层软什多数为了满足ｒ程现实需要而进行定制性开发，比较突出的问题上要有两人类：侧重单机控制的应川中，设备控制界面与
化的仪器控制、测试流科开发的集成化环境，实现了虚拟仪器的概念，见图１。如今虚拟仪
模式，即业务层的需求变更导致了设备应Ｈｊ层
的不稳定。同时，由丁各专业领域的设备应川层软ｆｔ：