虚拟仪器概述
虚拟仪器
虚拟仪器一、起源与发展上世纪80年代末期，美国仪器公司(NI)提出了“软件就是仪器”的新概念，它将计算机技术与现代仪器技术相结合，开发出虚拟仪器这种全新概念的测量仪器，从而打破了传统仪器的结构固定、功能单一、可扩展性差等限制。
虚拟仪器概念最早是由美国仪器公司(national instruments，NI)，于1986年提出的，但其雏形可以追溯到1981年由美国西北仪器公司系统公司推出的AppleⅡ为基础的数字存储示波器。
自20实世纪80年代中期开始，微软公司Windows操作系统的出现，使得计算机操作系统的图形支持功能得到很大提高。
1986年，NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabView，标志着虚拟仪器设计软件平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。
虚拟仪器是测试技术和计算机技术综合集成的产物，是计算机技术、测量仪器技术和软件技术共同孕育出的一项革命性新技术，代表了现代测试技术和仪器技术发展方向。
虚拟仪器的出现，彻底改变了传统的仪器观，开辟了测量测试技术的新纪元。
随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器的概念逐步为工业界和学术界所认识，经过20多年的技术进步与发展，已经成为21世纪测试技术与仪器技术发展的一个重要方向，并且在研究、制造和开发以及一些院校的实验室建设等众多领域得到广泛应用。
二、虚拟仪器概述计算机总线技术、软件技术及相关技术的发展，使得微机在计算机仪器上的作用远远超出了计算机仪器发展初期用来完成控制的范畴。
微机及DSP强大的计算能力使得它们在一定的实时性要求下代替了许多原来由硬件完成的功能，这标志着“软件即仪器(The software isthe instrument)”时代的到来。
人们给这样的测试仪器起了一个形象的名字——虚拟仪器。
虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，是使用在通用计算机上的一组软件和硬件。
虚拟仪器的基本思想是利用计算机来管理仪器、组织仪器系统，进而逐步代替仪器完成某些功能，最终达到取代传统电子仪器的目的。
虚拟仪器简介
测量仪器发展至今，大体可以分为四个阶段：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。
模拟仪器：这类仪器是以电磁感应基本定律为基础的指针仪器仪表。
基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示最终结果，如指针式万用表、三级管电压表等。
这类仪器在某些实验室仍能看到。
数字化仪器：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。
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功能。
智能仪器的功能模块全部是以硬件和固化的软件的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。
虚拟仪器：是现代计算机软、硬件技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。
虚拟仪器技术是美国国家仪器公司（National Instruments，NI）在1986年提出的一种构成仪器系统的新概念，其基本思想是：用计算机资源取代传统仪器中的输入、处理和输出等部分，实现仪器硬件核心部分的模块化和最小化；用计算机软件和仪器软面板实现仪器测量和控制功能。
所谓虚拟仪器，就是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、测量和调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。
使用者利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。
因此，虚拟仪器的出现，使测量仪器和计算机的界限模糊了。
虚拟仪器的“虚拟”两字主要包含以下两方面的含义：（1）虚拟仪器的面板是虚拟的。
虚拟仪器面板上的各种“图标”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。
虚拟仪器概述
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范例查找器
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范例查找器
LabVIEW提供了大量的范例，这些范例 几乎包含了LabVIEW所有功能的应用实 例，并提供了大量的综合应用实例。
在菜单栏中选择Help->Find Examples 选项可以打开范例查找器。
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编辑前面板
Control Panel
STOP
Conditioning
DISPL AND
CONTR
A/D
TI/O Timing
D ROM
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仪器技术的发展过程
虚拟仪器是在计算机上显示传统仪器面板，它 将硬件电路完成的信号调理和处理功能由计算机程 序完成。
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仪器技术的发展过程
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实时上下文帮助窗口
显示VI 路径
锁定上下 文相关帮 助
更多帮助 信息
单击此处访问 更详细的联机 帮助
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实时上下文帮助窗口
选择菜单栏中Help->Show Context Help选项或按下Ctrl+H，就会弹出 Context Help窗口。
当鼠标移到某个对象或函数上时，上下 文帮助窗口就会显示相应的帮助信息。
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1.2 什么是LabVIEW?
LabVIEW程序被称为VI（Virtual Instrument），即虚拟仪器。
LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪 器”，即虚拟仪器的概念。
虚拟仪器总结
虚拟仪器总结引言在科学研究和工程领域中，实验仪器是不可或缺的工具。
然而，仪器的购买和维护成本高昂，并且在某些情况下可能不可行。
这就引入了虚拟仪器的概念。
虚拟仪器是一种通过计算机模拟实验仪器功能和响应的工具。
本文将对虚拟仪器进行总结，并探讨其应用和优势。
什么是虚拟仪器?虚拟仪器是一种通过计算机软件模拟实验仪器的功能和响应的工具。
它使用计算机算法和模型来模拟仪器的操作和输出。
虚拟仪器可以模拟各种实验仪器，包括示波器、频谱仪、信号发生器等。
通过虚拟仪器，用户可以在计算机上进行实验和数据采集，而不需要真实的物理仪器。
虚拟仪器通常具有图形用户界面，以便用户可以方便地操作和观察实验结果。
虚拟仪器的应用虚拟仪器在许多领域有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 教育和培训虚拟仪器在教育和培训中起到了重要的作用。
它可以提供一个实验环境，让学生在不占用实际实验室资源的情况下进行实验。
虚拟仪器还可以提供一个安全的学习环境，避免了可能的实验事故。
教师还可以创建自定义的实验模拟，以满足不同学生的需求。
2. 研究和开发虚拟仪器在科学研究和工程开发中也被广泛使用。
研究人员可以使用虚拟仪器来验证理论模型和算法。
它还可以帮助工程师在产品开发过程中进行实验和优化。
虚拟仪器可以提供快速、准确和可重复的实验结果，加快研究和开发的进展。
3. 远程实验虚拟仪器还可以用于远程实验。
远程实验是一种通过互联网连接到远程实验室进行实验的方式。
虚拟仪器的使用使得远程实验更容易实现。
学生不需要亲自访问实验室，而是可以通过虚拟仪器在计算机上进行实验。
这种方式可以克服时区和地理位置的限制，使得远程教育更具可行性。
虚拟仪器的优势与传统实验仪器相比，虚拟仪器具有以下几个优势：1. 成本效益虚拟仪器的成本远低于实际的仪器。
购买和维护实际仪器是一项昂贵的投资，而虚拟仪器只需要一台计算机和相应的软件。
这使得虚拟仪器成为一种经济实用的替代方案。
2. 灵活性和可扩展性虚拟仪器具有更大的灵活性和可扩展性。
虚拟仪器简介
虚拟仪器
测量仪器技术 计算机技术
总线技术
全新旳仪器 技术
3 虚拟仪器旳特点
1 打破了老式仪器旳封闭性
2 把仪器旳绝大部分硬件变成计算机上旳文件
特 点
3 顾客能够自行定义、自行设计、自行组建自己需要旳仪器 4 可将组建旳多种仪器存储在计算机旳仪器库中 5 配以通讯卡和传感器
6 构成功能、性能、外观和操作方式都和老式仪器相同或 超出老式仪器旳新型概念仪器系统
利用计算机强大旳软件 功能实现信号调理和数 据旳运算、分析、处理
利用相应旳接口设备完 成信号旳采集、输入/输 出，从而完毕多种仪器 功能
虚拟仪器和老式仪器旳比较
仪器厂约定义 硬件是关键 仪器旳功能和规模已固定 多为试验室拥有 技术更新慢 开发和维护费用高 价格昂贵 系统封闭，与其他设备旳 连接受限
基于Linux旳虚拟仪器更轻易满足多任务并行处理及现场检测和控制要求
6 虚拟仪器旳发展趋势
PC-DAQ式虚 拟仪器是目前比 较流行旳虚拟仪 器系统，但是， 因为基于PC I总 线旳虚拟仪器在 插入DAQ时都需 要打开机箱等，
比较麻烦
主机上旳PC I插 槽有限，再加上 测试信号直接进 入计算机，多种 现场旳被测信号 对计算机旳安全 造成很大旳威胁
4
5
6
智能化电子仪器仪 表
（以大规模和超大 规模集成电路为基 础）
多功能自动测试系
虚拟仪器技术新阶
统（融合电子测量、 段
自动控制和计算机
技术，是基于物理 硬件为基础旳老式 仪器技术发展旳高
（展二方十一世纪旳发 向）
级阶段）
2 虚拟仪器旳基本概念
在以计算机为关键旳硬件平台上 配合以相应旳输入/输出口 具有计算机显示旳虚拟面板 由测试软件来实现测试功能 一种计算机仪器系统
虚拟仪器综述
虚拟仪器综述
虚拟仪器（VI）技术是八十年代以来随着计算机技术及仪器仪表技术的发展而出现的新型测量与控制技术。
虚拟仪器（VI）技术是现代计算机系统和仪器系统技术相结合的产物，是当今计算机辅助测试(CAT)领域的一项重要技术。
它动着传统仪器朝着数字化（智能化）、模块化、虚拟化、网络化的方向发展。
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、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统；是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。
与传统仪器相比，虚拟仪器有以下优点
一、性能高
二、扩展性强
三、开发时间少
四、无缝集成
虚拟仪器由硬件和软件两部分组成。
虚拟仪器的硬件主体是电子计算机,为计算机配置的电子测量仪器硬件摸块是各种传感器、信号调理器、模拟数字／转换器（ADC）、数字／模拟转换器（DAC）、数据采集器（DAQ）等。
测试软件是虚拟仪器的"主心骨"。
按照测控功能硬件的不同，VI可分为GPIB、VXI、PXI和DAQ四种标准体系结构。
虚拟仪器技术发展的方向：
1：更新快，运动速度快。
2: 结构紧凑。
3：性价比高。
4：接口功能完善。
5：系统配置方案经济，实用。
机电091
刘哲华。
第1章 虚拟仪器概述
第20页
《虚拟仪器技术》
（1）基于PC总线的虚拟仪器 内置PC总线（如ISA、PCI、PC/104）的通用数据采 集卡 （DAQ，Data AcQuisition）。 （2）基于GPIB通用接口总线的虚拟仪器 国际标准（IEEE488.1和IEEE488.2），技术成熟； 但其数据传输速度一般低于500Kb/s，对测试速度要求 很高的场合不太适用。 （3）基于VXl总线的虚拟仪器 具有模块化、系列化、通用化、“即插即用”及VXI 仪器的互换性和互操作性。 但价格相对较高，适合于高端的测试领域。 （4）基于PXI总线的虚拟仪器 兼容PCI总线产品。 集CompactPCI的高性能和VXI可靠性，性价比最好。
第10页
《虚拟仪器技术》
通过总线技术，可实现： 模块化硬件设计； 标准化；
便于生产、维护（维修）、升级；
较好的经济性。
第11页
《虚拟仪器技术》
仪器与自动测试系统几种常用总线的比较
摘自：Evaluating PXI and VXI Platforms for your Measurement and Automation Needs，NI
（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）。
3. 虚拟仪器通用硬件平台的构成形式
通常为带有某种标准总线接口的各种测试设备（分立式 或模块式仪器），主要有PC总线的数据采集模块（PCDAQ）、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、PXI总 线仪器模块、RS-232串口、USB接口仪器等类型，或多 种类型的组合。
第一章 虚拟仪器概述
虚拟仪器概述
• 虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计 算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是 目前仪器发展的一个重要方向。
– 一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是 所谓智能化的仪器。 – 另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计 算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功 能。
– 前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于 模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输 入量被称为控制（Controls），输出量被称为 显示（ Indicators ）。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、按钮、 图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。
流程图（block diagram）
创建一个VI程序•Fra bibliotek在前面板上放置三个控件，如下图所示：
打开框图程序窗口
• 完成的程序如图所示： • 运行
• 进入框图程序窗口
LabVIEW操作模板
控制模板(Controls Palette)
• 控件选板在前面板显 示，它包含创建前面 板时可用的全部对象。 控件选板中的基本常 用控件可以以现代 （modern）、经典 （classic）和系统 （system）三种风格 显示
• 功 能 模 板 (Functions Palette)函数选板只能在编 辑程序框图时使用，与控 件选板的工作方式大体相 同。创建框图程序常用的 VI 和函数对象都包含在该 选板中。 • 选择View->Functions Palette或右击框图面板空 白处就可以显示函数选板。
LabVIEW是什么？
• LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）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。
对虚拟仪器的认识
对虚拟仪器的认识院系：级别：班级：姓名：学号：日期：通过对本学期的虚拟仪器课程的学习，下面是我对虚拟仪器方面的认识。
一.虚拟仪器概述1.1仪器的发展随着电子技术的发展，仪器的发展经历了四个时期：（1）第一代仪器：模拟仪器如指针式万用表、晶体管电压表，它们的基本特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。
（2）第二代仪器：数字化仪器数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、频率计等。
这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。
（3）第三代仪器：智能仪器智能仪器内置微处理器，能进行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动。
它的全部功能全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。
（4）第四代仪器：虚拟仪器虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。
从1988年开始，陆续有虚拟仪器产品面市。
此后，虚拟仪器产品飞速增加。
1.2虚拟仪器的概念及特点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，以通用的计算机硬件系统及操作系统来实现各种仪器功能。
与传统的仪器相比，虚拟仪器具有以下特点：（1）虚拟仪器的软件和硬件具有开放性、模块化、互换化以及可重复使用等特点。
例如，为了提高仪器的性能，可加入一个通用的仪器模块或者更换一个仪器模块，而不必重新购买整个仪器。
（2）在通用硬件平台搭建后，有软件来实现仪器的具体功能，即软件在仪器中具有重要的作用。
（3）虚拟仪器的功能是由用户根据实际需要通过软件来定义的，而不是事先由仪器厂商定义的。
（4）虚拟仪器研制的周期较传统仪器大为缩短。
（5）虚拟仪器的性价比较高。
（6）虚拟仪器技术更新较快、成本较低、测试自动化程度较高，而且可与网络及其他设备互联。
（7）虚拟仪器具有友好、灵活的人机界面。
《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。
虚拟仪器3
虚拟仪器一、虚拟仪器的概念：虚拟仪器（virtual Istruement,缩写为VI）是基于计算机的仪器，是将仪器装入计算机，以通过的计算机硬件为依托，以实现各种仪器功能。
二、虚拟仪器的特点:经过二十来年时间的发展，虚拟仪器得到了越来越广泛的应用，已成为未来仪器仪表的主要发展方向。
虚拟仪器技术被广泛的看好，是因为具有以下特点：(1) 性价比高。
虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量，同时，由于信号的传送和数据的处理几乎都是靠数字信号或软件来实现的，大大降低了环境干扰和系统误差的影响。
此外，用户也可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，大大缩短了仪器在改变测量对象时的更新周期。
采用虚拟仪器还可以降低测试系统的硬件环节，从而降低系统的开发成本和维护成本。
(2) 标准化、模块化。
虚拟仪器采用标准的接口总线技术和模块化的仪器硬件，这符合军用装备研制的通用化和小型化需求，有利于装备成系列发展，有利于装备的技术保障。
(3) 仪器系统小巧紧凑。
采用VXI和PXI总线式结构，一个机箱能插入多块仪器卡，例如：PXI总线机箱能同时插入8块卡，即一个机箱能集成8个仪器。
这将使测试系统体积大大缩小，结构更加紧凑。
(4) 远程测试。
虚拟仪器充分利用了计算机技术，也包括计算机网络技术，虚拟仪器与传统仪器相比，能够更方便有效地支持远程测试或网络测试。
虚拟仪器在复杂系统的测试方面最具优势。
随着计算机技术的飞速发展，虚拟仪器在实时性方面取得显著改善。
(5) 可有用户定义仪器功能。
由于仪器的功能可以在用户级上产生，故它不再完全有仪器生产厂家来确定，用户可以根据自己的需要，通过增加或修改软件，为虚拟仪器加入新的测量功能而不用购买一台新的仪器。
三、虚拟仪器的应用虚拟仪器的功能和性能已被不断地提高，如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。
随着PC、半导体和软件功能的进一步更新，未来虚拟仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式，并且在测量和控制方面都有无以伦比的强大功能和灵活性。
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。
简述虚拟仪器
简述虚拟仪器一、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。
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。
虚拟仪器概述
3.关于连线
• 连线是程序设计中较为复杂的问题。流 程图上的每一个对象都带有自己的连线 端子，连线将构成对象之间的数据通道。 因为这不是几何意义上的连线，因此并 非任意两个端子间都可连线，连线类似 于普通程序中的变量。数据单向流动， 从源端口向一个或多个目的端口流动。
具条上的运行按钮会变成一个折断的箭头， 表示程序不能被执行。这时该按钮被称作错 误列表。点击它，则LabVIEW弹出错误清单 窗口，点击其中任何一个所列出的错误，选 用Find功能，则出错的对象或端口就会变成高 亮。
• 2．设置执行程序高亮
• 在LabVIEW的工具条上有一个画着灯泡的按 钮，这个按钮叫做“高亮执行”按钮上。点 击这个按钮使它变成高亮形式，再点击运行 按钮，VI程序就以较慢的速度运行，没有被 执行的代码灰色显示，执行后的代码高亮显 示，并显示数据流线上的数据值。这样，你 就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执行。
• 一个对象应当是显示对象还是控制 对象必须弄清楚，否则无法正确连 线。有时他们的图标是相似或相同 的，可以根据需要明确规定它是显 示对象还是控制对象。方法是将鼠 标移到图标上，然后点右键，可出 现快速菜单（例见右图）。如果菜 单中的第一项是Chang to Control, 说明这是一个显示对象，你可以根 据需要，将其变为控制对象。如果 菜单中的第一项是Chang to Indicator ,说明这是一个控制对象， 你也可以根据需要，将其变为显示 对象。
第一部分 虚拟仪器概述
• 虚拟仪器（virtual instrumention）是基于 计算机的仪器。
• 虚拟仪器主要是将仪器装入计算机。以 通用的计算机硬件及操作系统为依托， 实现各种仪器功能。
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MEMORY
BUS
488
PORT
Temperature
Pressure Alarm Conditions
Flow STOP
Control Panel
传统仪器 开发与维护开销高 技术更新周期长(5～10年)
关键是硬件 价格昂贵
厂商定义仪器功能 封闭、固定
功能单一的独立设备
Conditioning A/D
选择主菜单View->Controls Palette选项 或右击前面板空白处就可以显示控件选板。
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函数选板
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函数选板
函数选板只能在编辑程序框图时使用， 与控件选板的工作方式大体相同。创建 框图程序常用的VI和函数对象都包含在 该选板中。
选择View->Functions Palette或右击 框图面板空白处就可以显示函数选板。
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实时上下文帮助窗口
显示VI 路径
锁定上下 文相关帮 助
更多帮助 信息
单击此处访问 更详细的联机 帮助
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实时上下文帮助窗口
选择菜单栏中Help->Show Context Help选项或按下Ctrl+H，就会弹出 Context Help窗口。
当鼠标移到某个对象或函数上时，上下 文帮助窗口就会显示相应的帮助信息。
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1.1 虚拟仪器的概念
传统仪器 厂商定义功能
ROM Ma礟th
DISCPAOLNANDYTROL
礟 PROCESSOR
MEMORY BUS 488
PORT
A/D
Timing
ConditDio/nAiDngI/OTI/O
虚拟仪器 用户定义功能
Temperature
Flow Pressure Alarm Conditions
在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制系 统中，大约有30种物理量共7000多点的现场数据点 需要实时采集控制和分析记录等。
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1.4 LabVIEW的发展历程
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1.5 初步认识LabVIEW
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LabVIEW 8.2 启动界面
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VI程序和工程 创建栏
新近打开的 工程和VI程 序列表栏
帮助资源列 表栏
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前面板和程序框图
LabVIEW程序被称为VI，扩展名默认 为.vi
框图窗口 前面板窗口
图标
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控件选板
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控件选板
控件选板在前面板显示，它包含创建前面板 时可用的全部对象。控件选板中的基本常用 控件可以以现代（modern）、经典 （classic）和系统（system）三种风格显 示。
软件驱动模块
软件
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信号调理
数据采集卡
测
GPIB 串行口仪器/PLC
对 VXI 仪器
象
现场总线（Fieldbus）设备
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虚拟仪器构成框图
PC机或工作 站虚拟仪器 软件开发平台
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一些常用的虚拟仪器板卡
DAQ Card
IMAQ Card
LabVIEW中的前面板是图形化的人机界 面，利用控件选项板提供的各种控件可 以所见即所得地编辑丰富多彩的人机界 面。
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(1) 输入控件（Controls）和显示控件（Indicator）
利用输入控件可以输入相应的数据，例 如数字、布尔量、字符串和文件路径等。
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Field Point
Motion Control Card
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1.1 虚拟仪器的概念
虚拟仪器系统是由计算机、应用软 件和仪器硬件三大要素构成的。计 算机与仪器硬件又称为VI的通用仪 器硬件平台。
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1.1 虚拟仪器的概念
软件技术是虚拟仪器的核心技术。常用 的仪器用开发软件有LabVIEW、 LabWindows/CVI、VEE等等，其中以 LabVIEW应用最为广泛。
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联机帮助文档
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联机帮助文档
当单击Context Help窗口中Detailed help会弹出相应的完整的帮助信息。这 是一个Windows标准风格的帮助窗口， 包含了LabVIEW全部的帮助信息。
你也可以选择主菜单Help->Search the LabVIEW Help选项打开它。
LabVIEW为用户提供了非常全面的帮助 信息，有效地利用帮助信息是快速掌握 LabVIEW的一条捷径。
LabVIEW提供了各种获取帮助信息的方 法，包括实时上下文帮助（Show Context Help）、联机帮助、LabVIEW范 例查找器（Find Examples）、网络资源 （Web Resources）等。
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工具选板
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工具选板
在前面板和程序框图中都可以使用工具 选板，使用其中不同的工具可以操作、 编辑或修饰前面板和程序框图中选定的 对象，也可以用来调试程序等。
可以选择View->Tools Palette选项来 显示工具选板
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善用LabVIEW联机帮助
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1.1 虚拟仪器的概念
在虚拟仪器当中，PC机并不仅仅是起了显 示器的作用。虚拟仪器是把仪器的部分功 能软件化，封装形成模块，以供调用(即实 现软件功能的即插就用，Plug & Play)； 而系统必要的一些硬件，如数据采集电路 等也设计成各种功能模块，即各种硬件插 卡，以供选用。
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(1) 输入控件（Controls）和显示控件（Indicator）
显示控件用来显示数据。显示控件有数 字、温度计、LED指示灯、文本、波形图 等。
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(1) 输入控件（Controls）和显示控件（Indicator）
前面板中的一些控件既可以作为输入控 件也可以做作为显示控件。右击控件， 选择Change to Indicator或Change to Control可以进行输入控件与显示控 件之间的切换。
国内：20世纪90年代中期开始引进、研究和开发工作，目前已取得了很大 进展。如重庆大学已成功开发了15类30余种直接的虚拟仪器并在全国推广。
据“国际自动化仪表”杂志1999年预测：到21世纪前十年，全世界将有 50%的仪器仪表为虚拟仪器，其生产厂家将超过千家，产品将达到数千种。 市场占有率将达到电测仪器仪表的50%以上。
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VI 软件使得开发与维护费用降至最低
技术更新周期短(1～2年) 关键是软件
价格低、可复用与可重配置性强 用户定义仪器功能
开放、灵活，计算机技术同步发展 与网络及其它周边设备互联
ROM Ma礟th
礟
DISCPAOLNANDYTROL
PROCESSOR
CoAn/dDitDio/nAinDgI/OTTiIm/Oing
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范例查找器
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范例查找器
LabVIEW提供了大量的范例，这些范例 几乎包含了LabVIEW所有功能的应用实 例，并提供了大量的综合应用实例。
在菜单栏中选择Help->Find Examples 选项可以打开范例查找器。
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编辑前面板
第1章 虚拟仪器概述
引子
所有的测量仪器主要功能可由①数据采 集②数据测试和分析③结果输出显示等 三大部分组成，其中数据分析和结果输 出完全可由基于计算机的软件系统来完 成，因此只要另外提供一定的数据采集 硬件，就可构成由计算机组成的测量仪 器。
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1.1 虚拟仪器的概念
虚拟仪器指的是具有虚拟仪器面板的个人 计算机仪器。它由通用个人计算机、模块 化功能硬件和控制软件所组成。操作人员 通过友好的图形用户界面以及图形化编程 语言来控制仪器的运行，以完成对被测试 量的采集、分析、判断、显示、存储以及 数据生成。
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控件属性
前面板中的每个控件都有 自己的属性，如控件的颜 色、最大最小值、显示精 度和方式等。许多属性都 可以根据不同的需要进行 编辑。右击前面板任何一 个控件选择Properties选 项就可以弹出该控件的属 性配置窗口。
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编辑程序框图
程序框图是图形化源代码的集合，这种 图形化的编程语言也称为G语言。
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1.3 LabVIEW可以做什么?
LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最 大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与 函数用于数据采集、分析、显示和存储。
用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连 接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测 试测量系统。
它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、 电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领 域。
Control Panel
STOP
Conditioning
DISPL AND
CONTR
A/D
TI/O Timing
D ROM
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仪器技术的发展过程