第8章虚拟仪器工程设计实例
虚拟仪器应用设计(陈栋)第8章
常称为数据消息，例如程序指令、测量结果、机器状态和数
据文件。器件消息是指由讲者发送听者接收的消息。
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第8章 仪器控制 8.2.4 总线构成 GPIB是一个数字式的24线并行总线，包括16条信号线和8 条接地线。16条信号线可以分为3组：8条双向数据线、5条接
口管理线和3条数据传送控制线(握手线)，如图8.3所示。GPIB
外的计算机或仪器实现对话，而数据采集则将信号直接连接 在计算机中的数据采集卡上。
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第8章 仪器控制
图8.2 一个典型的GPIB系统
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第8章 仪器控制 当系统工作时，在测试过程的不同阶段，同一台仪器可 行使不同的职能，按仪器所起的作用可将GPIB设备分为以下 三类： (1) 讲者：向一个或多个听者发送数据消息。 (2) 控制器：由计算机担任，通过向所有的设备发送命令 来管理GPIB上的信息流。 (3) 听者：接收讲者发来的数据消息。 一个GPIB设备可以属于多个分类。例如，数字电压万用 表既可以作为讲者，也可以作为听者。控制器的作用与计算 机中央处理器的作用类似。在一个GPIB系统中允许有多个控 制器，但在任意时刻仅能有一个控制器起作用，即在总线上 发送接口消息和命令。
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第8章 仪器控制 当用户编写完一套仪器控制程序后，总是希望该程序在 各种硬件接口上都能工作，尤其是对于使用VXI仪器的用户。 VISA的出现使用户的这种希望成为可能，通过调用相同的
VISA库函数并配置不同的设备参数，就可以编写控制各种I/O
接口仪器的通用程序。
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第8章 仪器控制 通过VISA用户能与大多数仪器总线连接，包括GPIB、 USB、串口、PXI、VXI和以太网。而无论底层是何种硬件接 口，用户只需要面对统一的编程接口——VISA。VISA本身并
虚拟仪器课程设计报告_2
基于labview的上位机与下位机之间的通信一、虚拟仪器简介虚拟仪器的构成必须包含三大要素：计算机、应用软件和仪器硬件。
虚拟仪器实质上是一种计算机仪器系统，它是由计算机、功能硬件模块和应用软件等部分组成。
图1.虚拟仪器系统的基本组成1.虚拟仪器硬件平台的构成主要有两部分（1）计算机。
它一般是一台计算机或者工作站，是硬件平台的核心。
（2） I/O接口设备。
I/O接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换。
不同的总线形式都有其相应的I/O接口硬件设备，如利用PC总线的数据采集卡/板（简称数采卡/板，DAQ）、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口总线仪器等。
虚拟仪器的构成方式主要有5种类型，无论哪种VI系统，都通过应用软件将仪器硬件与计算机相结合，其中，PC-DAQ测量系统是构成VI的最基本的方式。
2.虚拟仪器的软件系统目前的虚拟仪器软件开发工具有如下两类。
（1）文本式编程语言：如Virstual C++、Virstual Basic、Labwindows/CVI等。
（2）图形化编程语言：如LabVIEW、HPVEE等。
虚拟仪器软件由两部分构成，即应用程序和I/O接口仪器驱动程序。
虚拟仪器的应用程序包含两方面功能的程序：实现虚拟面板功能的软件程序和定义测试功能的流程图软件程序。
I/O接口仪器驱动程序完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。
目前，最常用的虚拟仪器软件主要是美国NI公司开发的图形化编程语言LabVIEW。
LabVIEW是一种基于G语言（图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具，它采用图标代替编程语言来创建应用程序，使用数据流编程方法来描述程序的执行。
LabVIEW环境下开发的程序称为虚拟仪器，由三个部分组成，即前面板、框图和图标/连接器。
现将虚拟仪器与传统仪器相比较特点如下表：表1.虚拟仪器与传统仪器优缺点对比对比可知，虚拟仪器之所以具有传统仪器不可能具备的特点，根本原因就在于虚拟仪器的核心是软件，软件决定了一台虚拟仪器的主要功能。
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。
虚拟仪器课程设计.ppt
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%）
Multisim14电子系统仿真与设计第8章 Multisim14的仿真分析方法
8.4 瞬态分析（Transient）
选择瞬态分析后，其对话框会显示4个分析设置选项卡：
通过分析参数(Analysis Parameters)选项卡，可以设 置分析开始的初始条件、分 析开始和结束的时间等。
输出(Output)选项卡设置 同直流工作点分析， 本例选 择为3号和4号结点的电压。 其余选项卡可采用默认设置。
完成分析设置后，点击Run可进行仿真分析，结果显示在Grapher View窗口中：
本例选择电阻R1为扫描元件，设置其 扫描开始数值为1kΩ、结束数值为20kΩ、 扫描点数为4。选择扫描分析类型为瞬态分 析，并设置瞬态分析结束时间为0.01秒。从 仿真分析结果可见，R1在1kΩ~20kΩ之间 变化时，放大器的输出波形由饱和失真到 基本不失真。显然，R1=20kΩ比较合适， 此时输出波形基本不失真。
分析结果为谱密度曲线。其中， 上面的曲线是R1对输出结点噪声 贡献的谱密度曲线，下面的曲线 是Q1对输出结点噪声贡献的谱密 度曲线。
81交互式仿真interactivesimulation输出选项卡output用于设置在仿真结束进行数据检查跟踪时是否显示所有的器件参数当器件参数很多或者仿真退出的时间较长时可以选择不显示器件参数通常采用默认设置
第8章 Multisim14的 仿真分析方法
CHINA MACHINE PRESS
引言
8.3 交流扫描分析（AC Sweep）
交流扫描分析能完成电路的频率响应 分析，生成电路的幅频特性和相频特性。 分析中所有直流电源被置零，电容和电感 采用交流模型，非线性元件（二极管、三 极管、场效应管等）使用交流小信号模型。 无论用户在电路输入端加入了何种信号， 交流扫描分析时系统均默认电路的输入是 正弦波，并以用户设置的频率范围来扫描。
虚拟仪器系统的设计方案
虚拟仪器系统的设计方案在当今科技迅速发展的时代，虚拟仪器系统作为一种高效、灵活且功能强大的测试与测量解决方案，正逐渐在各个领域展现出其独特的优势。
虚拟仪器系统通过将计算机技术与传统仪器功能相结合，实现了对物理量的精确测量、数据采集、分析处理以及结果显示等一系列操作。
接下来，让我们深入探讨一下虚拟仪器系统的设计方案。
一、需求分析在设计虚拟仪器系统之前，首先需要对应用场景和具体需求进行全面的分析。
这包括确定要测量的物理量类型（如电压、电流、温度、压力等）、测量范围、精度要求、采样频率、数据处理和分析的方法，以及用户界面的功能和操作方式等。
例如，如果是用于工业自动化生产线上的质量检测，可能需要对多个参数进行高速、高精度的实时测量，并能够快速判断产品是否合格；而在科研实验中，可能更注重对复杂信号的深入分析和处理，对数据的准确性和分辨率要求较高。
二、硬件选择1、传感器根据需求分析确定的测量物理量，选择合适的传感器。
传感器的类型繁多，如电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器等。
其性能指标如灵敏度、线性度、重复性、稳定性等都需要与测量要求相匹配。
2、数据采集卡数据采集卡是将传感器输出的模拟信号转换为数字信号并传输给计算机的关键部件。
选择数据采集卡时需要考虑采样频率、分辨率、通道数、输入范围等参数。
高采样频率和高分辨率能够提供更精确的测量结果，但也会增加成本。
3、计算机计算机作为虚拟仪器系统的核心，其性能直接影响系统的运行效率和稳定性。
一般来说，需要具备较高的处理器速度、足够的内存和存储空间，以满足数据处理和存储的需求。
三、软件设计1、编程语言常用的虚拟仪器开发语言有 LabVIEW、C+＋、Python 等。
LabVIEW 以其图形化编程的特点，易于上手和直观展示程序流程，被广泛应用于虚拟仪器系统的开发；C+＋和 Python 则具有更强大的功能和灵活性，适用于复杂的系统开发。
2、程序架构设计合理的程序架构，包括数据采集模块、数据处理模块、结果显示模块和用户交互模块等。
虚拟仪器应用设计实例
第9章 虚拟仪器应用设计实例
(6) 数据存储和回放模块——其主要功能是将测量采集到 的信号波形通过单击“存盘”和“写盘”，有记忆性地保留 和存储所需要的数据波形。这点是常用数字示波器不具有的， 即虚拟示波器可以完成对波形的保存，从而可随时读取到以 前所测试的数据。
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第9章 虚拟仪器应用设计实例
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第9章 虚拟仪器应用设计实例
也就是说，我们所使用的虚拟数字示波器是完全通过软 件程序设计出来仿真常用数字示波器的，它们在显示、测量、 分析、存储和外部连接上有着非常相似的地方，甚至有时候 虚拟数字示波器在某些方面要远远优于常用数字示波器。另 外，通过LabVIEW设计出来的数字示波器拥有很多常用示波 器不具备的长处。总之，利用虚拟数字示波器，设计人员可 以很灵活地满足所测试的信号的要求。
基本技能。 (3) 通过整个设计过程大致领会并了解LabVIEW软件的其
他虚拟仪器的设计方法，从而为将来在实际工程项目中使用 LabVIEW打下良好的实践基础。
(4) 提高综合运用所学的知识独立分析和解决问题的能力。
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第9章 虚拟仪器应用设计实例
9.1.2 设计内容 使用提供的硬件(数据采集卡、信号发生器等设备)设计一
问题及是如何解决的。 (4) 使用说明：简述设计的虚拟示波器，指导用户如何使用。
6第Βιβλιοθήκη 章 虚拟仪器应用设计实例9.1.4 示波器测量理论 在时域信号测量中，示波器无疑是最具代表性的典型测
量仪器。它可以精确复现作为时间函数的电压波形(横轴为时 间轴，纵轴为幅度轴)，不仅可以观察相对于时间的连续信号， 也可以观察某一时刻的瞬间信号，这是电压表所做不到的。 我们不仅可以从示波器上观察电压的波形，也可以读出电压 信号的幅度、频率及相位等参数。电气、电子、仪表等工程 和产品的设计过程当中，示波器的使用是非常普遍和必要的。
虚拟仪器课程设计作品
虚拟仪器课程设计作品一、教学目标本课程旨在通过虚拟仪器的设计与实践，让学生掌握虚拟仪器的概念、原理及其在工程测量中的应用。
具体目标如下：1.了解虚拟仪器的定义、特点及分类。
2.掌握虚拟仪器的设计原理和基本方法。
3.熟悉虚拟仪器在工程测量中的典型应用。
4.能够运用虚拟仪器设计原理，独立完成简单虚拟仪器的设计与实现。
5.能够运用虚拟仪器进行工程测量，并处理测量数据。
6.能够分析虚拟仪器的性能，提出改进措施。
情感态度价值观目标：1.培养学生对新技术的敏感性和好奇心，激发学生学习虚拟仪器的兴趣。
2.培养学生团队合作精神，提高学生解决实际问题的能力。
3.培养学生关注社会、关注工程测量技术发展的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.虚拟仪器概述：虚拟仪器的定义、特点、分类和发展趋势。
2.虚拟仪器设计原理：硬件系统、软件系统及接口技术。
3.虚拟仪器在工程测量中的应用：典型应用案例分析。
4.虚拟仪器性能分析与改进：性能指标、优化方法。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：讲解虚拟仪器的概念、原理和设计方法。
2.案例分析法：分析虚拟仪器在工程测量中的典型应用。
3.实验法：让学生动手设计并实现简单的虚拟仪器。
4.讨论法：引导学生探讨虚拟仪器技术的未来发展。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《虚拟仪器设计与应用》。
2.参考书：相关领域的学术论文、技术报告。
3.多媒体资料：教学PPT、视频教程。
4.实验设备：计算机、虚拟仪器软件平台。
通过以上教学资源，为学生提供丰富的学习体验，提高教学效果。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：评估学生在课堂上的参与度、提问回答等情况，占比20%。
2.作业：布置适量作业，评估学生的理解和应用能力，占比30%。
3.实验报告：评估学生在实验过程中的操作技能和数据分析能力，占比20%。
虚拟仪器技术及仪器控制实例
构， 也适用于多处理器结构或分布式网络结构 。
（ＶＳ 的 Ｉ ４ ＩＡ ） ／ Ｏ控 制 功 能 适 用 于 多 种 网 络 机 制 ， 论 无
虚 拟仪 器系统 网络构成为 Ｖ Ｉ 机箱 扩展 网络还 是 以 Ｘ 多 太 网 ， 器操 作 是 一 致 的 。 仪 在 Ｌ ｂ ＩＷ 平 台下 ， ＩＡ函数位 于 Ｉｓ ｕ ｅｔ／ ａＶＥ ＶＳ ｎｔ ｍ ｎ Ｏ ｒ Ｉ 中的 Ｖ Ｓ ＩＡ模板 中 ，如 图 １ 所示 。Ｖ Ｓ ｓ ｏ ＩＡｓ ｓ ｎ参数 在 ｅｉ ＶＳ ＩＡ编程时被调用 ，它是 Ｖ Ｓ ＩＡ程序操作过程 中的唯一
１ ． ２ＳＣＰ 命 令 Ｉ
其 编 程语 法 如 表 ２所 示 。关键 词 Ｓ Ａ Ｉ Ｌ用 于 Ｅ ＲＡ
Ｓ Ｐ （ ａｄｒ ｏ ｍ ｎ ｓ ｏ Ｐｏｒｍｍ ｂｅＩｓｕ— Ｃ Ｉ Ｓ ｎ ａｄＣ ｍ ａｄ ｒ ｒｇａ ａｌ ｎｔ — ｔ ｆ ｒ
Ｒ 一 ３ Ｃ接 口的 串行 设 备 通信 ，关 键 词 Ｇ Ｉ 于 与 Ｓ ２２ ＰＢ用
ｎｘ等 ｉ
、
单 台测 试 设备 控
ＶＣ＋ ＶＢ 、 ＋、
Ｄ
通用性好 ， 开放性强 ， 通用编程环境 主要支 持 Ｗｉ 好 ｎｏ ｓ ｄ ｗ 操作 系统 ，测 控 系统 、 据采 集 、 数 图形 程 数控件资源较少
。
ｅｈ ｌ ｉ ｐ
但直 接 的硬 件驱 动接 口、 算 函 计
包括 ： ｎ ０ ｓ０ ｏＮ ⅨＰ等 序 、 ｗｉｄｗ ２ ０ ／Ｔ 通用编程等 ＶＳ ＩＡ标准具有 ９ ０多个与仪器 物理接 口无关 的 Ｉ ／ Ｏ 操 作 函数 。最 基 本 的 有 ： ＩＡ Ｏ ｅ 、 ＩＡ ＷｒｅＶ Ｓ Ｖ Ｓ ｐｎ Ｖ Ｓ ｉ 、 ＩＡ ｔ Ｒａ ｅｄ和 ＶＳ ｌ ｅ 。这 些 函 数 都 使 用 了 Ｖ Ｓ ｓｉ ＩＡＣｏ 等 ｓ ＩＡｓ ｓ ｎ ｅ ｏ
虚拟仪器 课程设计
虚拟仪器课程设计虚拟仪器课程设计虚拟仪器课程设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：成绩：评语：第 1 页题目名称：基于LabVIEW温度监测虚拟仪器设计课课程设计名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间：同组人员：虚拟仪器课程设计虚拟仪器程设计基于LabVIEW温度监测虚拟仪器设计目录第 2 页虚拟仪器课程设计摘要：................................................................. ........................................................... 4 1. 虚拟仪器................................................................... (5)1.1虚拟仪器概述................................................................... ............................... 5 1.2虚拟仪器的通用仪器硬件平台................................................................... ... 7 1.3虚拟仪器的软件层次结构.............................................................................. 7 2. LaVIEW 的程序构成与模块简介 .................................................................. (9)2.1前面板................................................................... ........................................... 9 2.2程序框图................................................................... ..................................... 10 3. 设计要求及设计方案................................................................... .. (10)3.1设计要求................................................................... ..................................... 10 3.2设计方案................................................................... ..................................... 10 4. 设计内容................................................................... . (11)4.1基于虚拟仪器的数据采集设计....................................................................11 4.2基于虚拟仪器的温度检测设计....................................................................11 4.3显示及记录软件设计................................................................... ................. 12 5.程序的运行与调试................................................................... . (13)5.1程序的运行................................................................... ................................. 13 5.2程序调试技术................................................................... ............................. 14 5.3运行结果................................................................... ..................................... 15 5.4总程序框图................................................................... ................................. 16 6. 设计体会................................................................... .............................................. 17 7. 参考文献................................................................... . (18)第 3 页虚拟仪器课程设计摘要：虚拟仪器〔virtual instrumention〕是基于计算机的仪器。
第8章虚拟仪器工程设计实例
CH15 外触发 外门控
隔 离
A/D采集卡的寄存器描述及地址分配
I/O模块
带光电隔离的I/O 板卡HY-6120
锁 存 器 缓 冲 器 总线 控制 IBM-PC 隔 离 驱 动 1413 DO0 ┇ DO17 DI0 ┇ DI17
转换结束否？ Yes 读 6 个通道采集结果
采集点数=128？ Yes 禁止 A/D 转换 数据处理
No
完成一个周期信号采集的程序框图
A/D转换使 能和转换状 态检测程序 框图
读转换结果程 序框图
测量结果
伏安测量及三相不平衡度测量的前面板
本章结束
Thank You !
1. 声卡的工作原理及性能指标
声卡的工作原理图
数字输入 MIC In Line In DSP A/D D/A 功放 数字输出 Line Out Specker Out
PCI 总线
①复音数量。代表了声卡能够同时发出多少种声音。复音数越大，音色就 越好，播放声音时可以听到的声部越多、越细腻。 ②采样频率。每秒采集声音样本的数量。采样频率越高，记录的声音波形 就越准确，保真度就越高，但采样数据量相应变大，要求的存储空间也越 多。声卡的采样频率可设为 44 .1kHz， 22.05kHz， 11.025kHz和 8kHz等。 ③采样位数。将声音从模拟信号转化为数字信号的二进制位数（bit）。
接 口 电 路
PC 总 线
A2 A1 A0 BYTE
3. 软件设计
主模块
数 据 采 集 模 块
《虚拟仪器设计实验》实验
《虚拟仪器设计实验》实验虚拟仪器设计实验是一种基于计算机技术和软件开发的实验方法，可以模拟和仿真真实仪器的功能和操作。
通过虚拟仪器设计实验，学生可以在虚拟环境中进行实验操作和数据获取，大大提高了实验效率和安全性。
下面将以一个具体的虚拟仪器设计实验为例，详细介绍其实验过程和实验结果。
实验目的：通过虚拟仪器设计实验，模拟并掌握电子示波器的使用方法和原理，了解示波器的测量规范和测量误差，并能够正确读取和解读示波器上的波形。
实验步骤：1.打开虚拟仪器软件，并选择仪器类型为电子示波器。
软件将会展示一个虚拟示波器屏幕。
2.在虚拟示波器屏幕上选择波形类型，可以选择正弦波、方波、脉冲波等信号。
3.设置示波器的时间基准和电压基准，调整示波器的垂直和水平缩放系数，以使波形能够完整地显示在屏幕上。
4.通过示波器的触发功能，设定波形触发门槛和触发边沿，以便正确触发并显示波形。
5.在示波器上测量并记录信号的频率、幅值、相位等参数，并比较与理论值的误差。
6.使用示波器的自动测量功能，对信号进行自动测量，并将测量结果记录下来。
实验结果：通过虚拟示波器的操作，实验人员可以快速获取并记录信号的各项参数，如频率、幅值、相位等。
同时，虚拟示波器还可以通过自动测量功能，对信号进行自动测量，为实验人员提供更加便捷和准确的测量数据。
实验分析：通过本次虚拟仪器设计实验，我们掌握了电子示波器的使用方法和原理。
虚拟仪器实验的优势在于其安全性、实验效率和实验结果的准确性。
虚拟仪器可以模拟出各种真实仪器的功能和操作，能够满足不同实验要求。
同时，虚拟仪器还可以通过自动测量功能，减少实验人员的操作错误和测量误差，提高实验结果的准确性。
总结：虚拟仪器设计实验是一种基于计算机技术和软件开发的实验方法，可以模拟和仿真真实仪器的功能和操作。
通过虚拟仪器设计实验，学生可以在虚拟环境中进行实验操作和数据获取，大大提高了实验效率和安全性。
本次虚拟仪器设计实验通过模拟电子示波器的使用方法和原理，使我们掌握了示波器的操作技巧和波形的读取与解读能力。
第8章 智能仪器与虚拟仪器
8.2 智能仪器简介
模型化仪器是在初级智能仪器基础上又应用了建模技术和方法,它是以 建模的数学方法及系统辨识技术作为支持的。这类仪器可以对被测对象状 态或行为做出估计,可以建立对环境、干扰、仪器参数变化做出自适应反应 的数学建模,并对测量误差(静态活动态误差)进行补偿。模式识别可以作为 状态估计的方法而得到应用。这类仪器应具有一定的自适应、自学习能力。 目前这类仪器的技术与方法、工程实现问题正在研究。
第8章 智能仪器与 虚拟仪器
目录
8.1 概述 8.2 智能仪器简介 8.3 虚拟仪器与软件
8.1 概述
仪器仪表的发展可以简单地划分为三代。第一代为指针式(或模拟式)仪 器仪表,如指针式万用表、功率表等,它们的结构是电磁式的,基于电磁测量原 理采用指针来实现最终的测量结果指示。第二代为数字式仪器仪表,如数字电 压表、数字功率计、数字频率计等,它们的基本结构离不开A-D转换环节,并以 数字方式指示或打印测量结果。第二代仪器响应速度较快,测量准确度较高。 第三代就是本书要讨论的智能式仪器仪表(简称为智能仪器)。
图8-2 微机内嵌式智能仪器的基本结构
8.2 智能仪器简介
由图8-2可知,微机内嵌式智能仪器由单片机或DSP等CPU为核心,扩展必 要的RAM、EPROM、I/O接口,构成“最小系统”,它通过总线及接口电路与输 入通道、输出通道、仪器面板及仪器内存相连。EPROM及RAM组成的仪器内存 可保存仪器所用的监控程序、应用程序及数据。中断申请可使仪器能够灵活 反应外部事件。仪器的输入信号要经过输入通道(预处理部分)才可以进入微 机。输入通道包括输入放大器、抗混叠滤波器、多路转换器、采样/保持器、 低通滤波器等部分。仪器的数字输出可与LCD等显示器相接,也可与打字机相 接,获得测量信息。外部接通信接口负责本仪器与外系统的联系。
(完整word版)虚拟仪器课程课程设计
《虚拟仪器课程》课程设计题目：任意波形发生器学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：设计时间：2011-12-12～2011-12-18目录一、labVIEW介绍 (3)二、任意波形发生器的设计 (4)2．1小组任务分配 (4)2．2 仪器功能描述 (4)2．3任意波形发生器发生器的前面板 (4)2．4任意波形发生器的程序框图构成 (5)2. 5 波形产生设计 (6)三、设计小结 (11)一、labVIEW介绍LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench，实验室虚拟仪器集成环境)是一个基于G（Graphic）语言的图形编程开发环境，在工业界和学术界中广泛用作开发数据采集系统、仪器控制软件和分析软件的标准语言，对于科学研究和工程应用来说是很理想的语言。
它含有种类丰富的函数库，科学家和工程师们利用它可以方便灵活地搭建功能强大的测试系统。
LabVIEW编程语言最主要的两个特点是图形化编程和数据流驱动：（1）图形化编程LabVIEW与Visual C++、Visual Basic、LabWindows/CVI等编程语言不同，后几种都是基于文本的语言，而LabVIEW则是使用图形化程序设计语言G 语言，用框图代替了传统的程序代码，编程的过程即是使用图形符号表达程序行为的过程，源代码不是文本而是框图。
一个VI有三个主要部分组成：框图、前面板和图标／连接器。
框图是程序代码的图形表示。
LabVIEW的框图中使用了丰富的设备和模块图标，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的相似。
多样化的图标和丰富的色彩也给用户带来不一样的体验和乐趣。
前面板是VI的交互式用户界面，外观和功能都类似于传统仪器面板，用户的输入数据通过前面板传递给框图，计算和分析结果也在前面板上以数字、图形、表格等各种不同方式显示出来。
虚拟仪器设计报告完整版
目录第一章1.1 虚拟仪器的概念 (2)1.2 虚拟仪器的结构及优 (3)1.3 虚拟仪器的现状及发展趋势 (4)1.4 虚拟仪器的开发平台—LABVIEW (5)1.5 本课题研究的意义 (5)第二章虚拟仪器的系统构造 (6)2.1 认识声卡 (6)2.2 虚拟示波器的系统构造 (6)2.2.1 虚拟示波器的原理 (6)2.2.2 虚拟示波器功能设计 (7)2.3 虚拟信号源的系统构造 (8)2.3.1 虚拟信号源的原理 (8)2.3.2 虚拟信号源的功能设计 (8)第三章仪器的设计与实现 (8)3.1 虚拟示波器的软件设计实现 (8)3.1.1 声音信号采集模块 (9)3.1.2 参数测量模块 (9)3.1.3 数据存取模块 (9)3.1.4 波形显示模块 (10)3.1.5 虚拟示波器总体程序代码 (10)3.2 虚拟信号源的软件设计实现 (11)3.2.1 波形生成模块 (11)3.2.2 声音输出模块 (11)3.2.3 信号源总体程序代码 (12)3.3 仪器用户面板及功能 (12)第四章系统测试 (13)4.1 仪器的主要功能及性能指标 (13)4.2 数据采集和波形显示模块测试 (13)4.3 参数测量模块测试 (14)4.4 波形生成模块测试 (14)4.5 系统测试结果 (15)第五章结论与展望 (15)参考文献 (16)第一章1.1 虚拟仪器的概念1. 虚拟仪器的定义传统仪器：特定功能和仪器外观虚拟仪器：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。
2. 虚拟仪器的特点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的测量功能硬件）；（2）良好的人机界面。
虚拟仪器的面板（或称软面板）是虚拟的（通过“控件”虚拟出面板）；（3）功能强。
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虚拟仪器硬件平台
03
数据采集卡
用于实时采集模拟和数字信号，具备多种接口如USB、PCI、PXI等。
用于对采集的信号进行预处理，如放大、滤波、隔离等。
实现数字信号的输入/输出控制，支持多种协议如RS232、RS485、CAN等。
用于精密运动控制，可实现多轴联动及高精度定位。
用于存储大量采集数据，如硬盘、固态硬盘等。
虚拟仪器设计的优势与不足
发展趋势更高的性能：随着计算机技术的不断发展，未来虚拟仪器将具有更高的性能和更快的处理速度。更多的应用领域：随着虚拟仪器技术的不断完善，未来其应用领域将会更加广泛。更优的用户体验：未来虚拟仪器将会更加注重用户体验，使得用户更加方便、舒适地使用。挑战技术更新换代：随着技术的不断发展，如何保持虚拟仪器的技术更新换代，以适应不断变化的应用需求，是一个挑战。应用领域的拓展：如何拓展虚拟仪器的应用领域，以适应更多的应用场景，是一个挑战。用户培训和教育：由于虚拟仪器需要用户具有一定的技术知识，因此如何培训和教育用户，以提高其使用技能和水平，也是一个挑战。
2023-10-25
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目录
contents
虚拟仪器概述虚拟仪器设计基础虚拟仪器硬件平台虚拟仪器软件平台虚拟仪器设计案例分析总结与展望
虚拟仪器概述
01
虚拟仪器是一种基于计算机技术的测量仪器，通过软件实现测量、数据处理和结果显示等功能。
定义
虚拟仪器具有灵活性高、可扩展性强、成本低等优点，能够满足现代测量和测试领域的需求。
优化建议
虚拟仪器设计案例分析
05
数字信号处理基础
基于FPGA的数字信号处理虚拟仪器设计
FPGA技术介绍
基于FPGA的数字信号处理虚拟…
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8.4 虚拟仪器工程设计实例
虚拟仪器以计算机为核心，利用软件完 成数据的采集、控制、数据分析和处理 以及测试结果的显示等功能，真正实现 了“软件及仪器”的概念。因而虚拟仪 器在设计上就更加灵活多样。
8.4.1 基于虚拟仪器的汽车制动性能检测系统
汽车制动性能检测系统
调理电路
测力传感器 制 动 实 验 台 电机 速度传感器
8.2 虚拟仪器的设计步骤
1 分析问题和确定任务 2 系统总体设计 进行硬件和软件的功能分配 系统A/D通道方案的确定 操作面板的设计 系统抗干扰设计 3 硬件和软件设计 4 系统联调
8.3 虚拟仪器软面板设计技术
1. 虚拟仪器软面板的设计思想 （1）根据测试要求确定仪器功能 （ 2 ）按照 VPP 规范设计软面板，使面板具有 标准化、开放性和可移植性 （ 3 ）采用面向对象的设计方法来设计软面板。
2. 虚拟仪器软面板的设计原则
（1）直接操作的原则 （2）重要性原则 （3）相关性原则 （4）控件的一致性原则 （5）窗体与其功能匹配的原则 （6）适当使用空白空间的原则 （7）保持软面板简明的原则 （8）控制颜色种类及选择中性化的原则 （9）控件的形象选择与注释的原则 （10）可用性设计原则 （11）功能的可发现性原则 （12）操作的容错性设计原则 （13）“帮助”及文档中的回答问题原则
隔 离
地址译码及 逻辑控制 XT/AT BUS
板基地址+0 板基地址+2
D/O00~D/O07，板基地址+1 D/I00~D/I07， 板基地址+3
D/O10~D/O17 D/I10~D/I17
开始
汽车到位？
No
Yes
汽车制动性能检测 系统的检测流程
提示松开制动 启动电机
启动 A/D 采集 提示踩制动
2. 声卡数据采集的硬件结构
波形显示 待采集 信号 传感器 信号 预处理 声卡 PC 机 输入 缓冲区 信号 处理 数字存储
高速隔离 串-并转换 串行 A/D 高速隔离 A/D 时钟 定时触发 总线 控制 地址译码及 逻辑控制 IBM-PC XT/AT BUS 放大器 16 路 模 拟 开 关 CH0
CH15 外触发 外门控
隔 离
A/D采集卡的寄存器描述及地址分配
I/O模块
带光电隔离的I/O 板卡HY-6120
锁 存 器 缓 冲 器 总线 控制 IBM-PC 隔 离 驱 动 1413 DO0 ┇ DO17 DI0 ┇ DI17
第8章
虚拟仪器工程设计实例
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
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
A/D 采集卡 工 控 机 I/O 卡 系 统
F/V 变换 到位信号 电机控制电路 LED 显示屏
制动试验台的结构
1.电动机 2.减速箱 3.压力传感器 4.滚筒 5第3滚筒 6.光电传感器 7.链传动 8.测量仪表力传感器的信号放大原理电路
速度信号的测量电路
A/D采集卡
HY-6042的工作原理框图
数据采集的程序框图
采用调用动态连接库DLL的方式编写驱动程序 实现一次数据采集的程序框图
汽车制动性能检测系统的的前面板
8.4.2 基于LabVIEW和声卡的数据采集系统
随着 DSP 技术走向成熟， PC 声卡本身就成为一 个优秀的数据采集系统，它同时具有A/D 和D/A 转换功能，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能 稳定、灵活通用、软件特别是驱动程序升级方便。 利用声卡作为数据采集设备，可以组成一个低成 本高性能的数据采集与分析系统。它适合采集音 频 域 的 信 号 ， 即 输 入 信 号 频 率 必 须 处 于 20~ 20000Hz 的音频范围内。
第三滚筒转速 ≤设定值
No
Yes
停止电机 计算、显示检测结果 结束
车辆到位检测
设HY-6120板卡的基地址为260H
数据采集
#include<windows.h> #include<dos.h> #define DLLExport_declspec(dllexport) /*定义动态连接库的输出宏*/ DLLExport float hydaq (int chreg) /*用所定义的宏声明动态连接库的函数*/ {float value; int i, a, c, base, dl, dh; /*定义过程变量*/ base=0x280; /*板基地址设为280H*/ a=inp(base+4); /*清A/D完成等标志*/ outp(base,0); /*写板控制字，置软件触发*/ outp(base+1,chreg); /*切换模拟输入通道，设置增益*/ for(i=0;i<70;i++); /*延时2~10μs*/ outp(base+2,0); /*软件触发A／D*/ do{ /*查询A／D转换状态*/ c=inp(base); }while(!(c&0x40)); dl=inp(base+3); /*转换结束，读低8位结果*/ dh=inp(base+4)&0xf; /*读高4位结果*/ value=((dh*256+dl)-2048)*10/4096; /*将结果转换为电压值*/ return value;} /*返回采集的电压值*/
1. 声卡的工作原理及性能指标
声卡的工作原理图
数字输入 MIC In Line In DSP A/D D/A 功放 数字输出 Line Out Specker Out
PCI 总线
①复音数量。代表了声卡能够同时发出多少种声音。复音数越大，音色就 越好，播放声音时可以听到的声部越多、越细腻。 ②采样频率。每秒采集声音样本的数量。采样频率越高，记录的声音波形 就越准确，保真度就越高，但采样数据量相应变大，要求的存储空间也越 多。声卡的采样频率可设为 44 .1kHz， 22.05kHz， 11.025kHz和 8kHz等。 ③采样位数。将声音从模拟信号转化为数字信号的二进制位数（bit）。