2010年秋全校任選課-虛擬儀器設(shè)計(jì)—概論+-+西安電子科技大學(xué)測(cè)控工程與儀器系.ppt

虛擬儀器設(shè)計(jì) 西安電子科技大學(xué)測(cè)控工程與儀器系 主講教師 賀華 老師聯(lián)系方式 電話擬儀器設(shè)計(jì)課程公共郵箱 vi xidian 密碼 vixidian 第一章概論 儀器技術(shù)的相關(guān)概念 測(cè)量是人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀世界的最基本方法 測(cè)量技術(shù)也是人類(lèi)科學(xué)技術(shù)和改造客觀世界能力的重要標(biāo)志 從廣義上講 測(cè)量本身是一種試驗(yàn)方法 也是通過(guò)試驗(yàn) 對(duì)客觀事物取得定量意義 或叫信息 的過(guò)程 事實(shí)上 這種過(guò)程就是把待測(cè)量直接或間接的與另一同類(lèi)的已知量進(jìn)行比較 用已知量作為計(jì)量單位 求得待測(cè)量的過(guò)程 人們通過(guò)測(cè)量可以建立對(duì)客觀事物屬性量度的認(rèn)識(shí) 并可通過(guò)對(duì)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的歸納和演繹 從中找到客觀事物的演變規(guī)律 提出科學(xué)的理論 測(cè)量是科學(xué)進(jìn)步的階梯 沒(méi)有測(cè)量 就沒(méi)有科學(xué) 測(cè)量 檢測(cè)一般指現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn)中為確保產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)流程中某些物理量值和工藝質(zhì)量進(jìn)行的監(jiān)控性測(cè)量過(guò)程 檢測(cè)技術(shù)就是要研究那些被監(jiān)測(cè)的非電物理對(duì)象如何變換成一般計(jì)量測(cè)試儀器所能測(cè)量到的電量參數(shù) 并經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)換算使之變?yōu)楸粶y(cè)對(duì)象應(yīng)有的單位量值 在這一過(guò)程中工藝規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立是十分重要的 沒(méi)有規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)是無(wú)意義的 檢測(cè)也可以指那些對(duì)成品質(zhì)量實(shí)行抽樣檢查而進(jìn)行的測(cè)量過(guò)程 檢測(cè) 一般泛指生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常進(jìn)行的滿(mǎn)足一定準(zhǔn)確度要求的試驗(yàn)性測(cè)量過(guò)程 測(cè)試 與 測(cè)量 檢測(cè) 在理解上稍有區(qū)別 1 測(cè)試可指那些實(shí)驗(yàn)研究性質(zhì)的測(cè)量過(guò)程 這種測(cè)量一般沒(méi)有建立正式的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) 我們只能用一些有意義的參數(shù)和方法去 測(cè)評(píng) 被測(cè)對(duì)象的狀態(tài) 性能或能力 這種 測(cè)評(píng) 是無(wú)法計(jì)量的 只能是試驗(yàn)性質(zhì)的 這種測(cè)評(píng)過(guò)程一般只能稱(chēng)為測(cè)試 例如 我們對(duì)一個(gè)人能力的考查 只能用有某種公認(rèn)水準(zhǔn)的題目或項(xiàng)目來(lái)考查他 看他能否應(yīng)答自如或高質(zhì)量完成 這就是一種測(cè)試過(guò)程 測(cè)試 2 測(cè)試也可指只著眼于定性而不重定量的測(cè)量過(guò)程 例如 邏輯電路中對(duì)邏輯電平的測(cè)量 我們只著重判別測(cè)試點(diǎn)邏輯電平的高低 邏輯狀態(tài)是否正確 而不去追求該電平的精確量值 這種只求定性 不求精確測(cè)定量的測(cè)量過(guò)程也稱(chēng)為測(cè)試過(guò)程 3 測(cè)試也可以指試驗(yàn)和測(cè)量的全過(guò)程 這種過(guò)程即是定量的 也是定性的 在這種情況下 可以把測(cè)試?yán)斫鉃橐环N手段或過(guò)程 其目的在于鑒別被測(cè)對(duì)象的性質(zhì)和特征 例如 一般對(duì)各種產(chǎn)品的鑒定工作就是一種既定量又定性的測(cè)試過(guò)程 4 在生產(chǎn)流程和成品鑒定中的檢測(cè)過(guò)程 從過(guò)程的作用和意義來(lái)講實(shí)際上也是一種測(cè)試過(guò)程 一個(gè)典型的傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)常由試驗(yàn)裝置 測(cè)量部分 數(shù)據(jù)處理和輸出設(shè)備等幾部分組成 測(cè)試系統(tǒng)的組成 測(cè)試工作 根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象 選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?設(shè)計(jì)或選擇有效而準(zhǔn)確的中間變換電路 測(cè)量?jī)x器和信號(hào)處理部件 以最方便 科學(xué)的形式把測(cè)試結(jié)果顯示出來(lái) 科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展使生產(chǎn)效率愈來(lái)愈高 科學(xué)研究也愈來(lái)愈深入和復(fù)雜 在大規(guī)模的生產(chǎn)和科學(xué)研究中 要求測(cè)試的項(xiàng)目和研究的問(wèn)題也愈來(lái)愈多和復(fù)雜 不但工作量大 而且要求高 還常伴隨著大量的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)運(yùn)算的工作 在這種情況下 靠人工或功能簡(jiǎn)單的儀器測(cè)試已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)這種形勢(shì)的發(fā)展了 自然提出了測(cè)試技術(shù)的自動(dòng)化問(wèn)題 計(jì)算機(jī)技術(shù) 實(shí)時(shí)采樣技術(shù) 頻率合成技術(shù)的發(fā)展和成熟給自動(dòng)測(cè)驗(yàn)技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ) 近代檢測(cè)技術(shù) 傳感器技術(shù) 顯示技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸和處理技術(shù)以及大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展 尤其是單片計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展和成就 為測(cè)試技術(shù)的自動(dòng)化提供了必要的技術(shù)條件和手段 測(cè)試技術(shù)的自動(dòng)化 儀器的發(fā)展歷史 第一代儀器 模擬儀器第二代儀器 數(shù)字化儀器第三代儀器 智能儀器第四代儀器 虛擬儀器 儀器的發(fā)展歷史 第一代儀器 模擬儀器如指針式萬(wàn)用表 它們的基本特征是采用模擬電子技術(shù)實(shí)現(xiàn) 采用指針顯示結(jié)果 第二代儀器 數(shù)字化儀器數(shù)字化儀器目前相當(dāng)普及 如數(shù)字電壓表 頻率計(jì)等 這類(lèi)儀器將模擬信號(hào)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的測(cè)量 并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果 儀器的發(fā)展歷史 第三代儀器 智能儀器智能儀器內(nèi)置微處理器 能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量 具有一定的數(shù)據(jù)處理能力 可取代部分腦力勞動(dòng) 它的全部功能全部都是以硬件 或固化的軟件 的形式存在 無(wú)論是開(kāi)發(fā)還是應(yīng)用 都缺乏靈活性 第四代儀器 虛擬儀器虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革 是將來(lái)儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向 儀器技術(shù)革命 第一次儀器革命是由于數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展引起的 使儀器形態(tài)進(jìn)入了數(shù)字化儀器時(shí)代 第二次儀器革命是由于微處理器的大量應(yīng)用引起的 使儀器形態(tài)進(jìn)入了智能儀器時(shí)代 目前 儀器領(lǐng)域正在進(jìn)行第三次儀器革命 這次革命是由通用計(jì)算機(jī)硬軟件技術(shù)的進(jìn)步引起的 這次儀器革命將使儀器形態(tài)進(jìn)入第四個(gè)時(shí)期 虛擬儀器時(shí)代 儀器的構(gòu)成元素 數(shù)據(jù)采集 信號(hào)處理 硬件 電子線路 硬件 電子線路 硬件 顯示器與旋鈕 硬件 電子線路 計(jì)算機(jī)軟件 算法 計(jì)算機(jī)硬件 顯示器與虛擬旋鈕 傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源 傳統(tǒng)儀器廠商定義功能 虛擬儀器用戶(hù)定義功能 儀器概念的轉(zhuǎn)變 VirtualInstrumentation ComputerBasedInstruments 習(xí)慣把具有自動(dòng)化 智能化 可編程化等功能的測(cè)試系統(tǒng)稱(chēng)為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 也稱(chēng)作現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng) 它的主要表現(xiàn)形式有 1 智能儀器2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)3 虛擬儀器 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)定義 1 智能儀器 所謂智能儀器是用以形容新的一代測(cè)量?jī)x器 這類(lèi)儀器儀表中含有微處理器 單片計(jì)算機(jī)或體積很小的微型機(jī) 有時(shí)亦稱(chēng)為內(nèi)含微處理器的儀器或基于微型機(jī)的儀器 這類(lèi)儀器 因?yàn)楣δ茇S富又很靈巧 國(guó)外書(shū)刊中常簡(jiǎn)稱(chēng)為智能儀器 智能儀器的特點(diǎn) 1 具有自動(dòng)校準(zhǔn)的功能 2 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力 3 具有量程自動(dòng)切換的功能 4 具有操作面板和顯示器 5 具有修正誤差的能力 6 有簡(jiǎn)單的報(bào)警功能 自動(dòng)校準(zhǔn)功能 一般儀器在使用前都要進(jìn)行刻度校準(zhǔn) 在使用中 隨著儀表溫度升高 元件的參數(shù)往往會(huì)發(fā)生變化 還有諸如電網(wǎng)干擾 噪聲等因素的影響 原來(lái)校準(zhǔn)好的狀態(tài)會(huì)受到破壞 導(dǎo)致前后測(cè)量的數(shù)據(jù)不一致 智能儀器不僅可以自動(dòng)校準(zhǔn) 還可以在測(cè)量過(guò)程中定期校準(zhǔn) 這樣測(cè)量的一致性條件校好 減小了誤差 電壓輸入自動(dòng)校正 智能儀器的一般結(jié)構(gòu) 一 在物理結(jié)構(gòu)上 微型計(jì)算機(jī)內(nèi)含于測(cè)量?jī)x器 微處理器及其支持部件是整個(gè)測(cè)試電路的一個(gè)組成部分 但是 從計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)來(lái)看 測(cè)試電路與鍵盤(pán) GPIB接口 顯示器等部件一樣 僅是計(jì)算機(jī)的一種外圍設(shè)備 二 智能儀器的管理程序也稱(chēng)監(jiān)控程序 分析 接受 執(zhí)行來(lái)自鍵盤(pán)或接口的命令 完成測(cè)試和數(shù)據(jù)處理等任務(wù) 軟件存于ROM或EPROM 軟件是智能儀器的靈魂 智能儀器的基本組成 智能儀器工作過(guò)程 1 微處理器接收來(lái)自鍵盤(pán)或GPIB接口命令 解釋并執(zhí)行這些命令 2 微處理器通過(guò)接口發(fā)出各種控制信息給測(cè)試電路 以規(guī)定功能 啟動(dòng)測(cè)量 改變工作方式等 3 當(dāng)測(cè)試電路完成一次測(cè)量后 微處理器讀取測(cè)量數(shù)據(jù) 進(jìn)行必要的加工 計(jì)算 變換等處理 最后以各種方式輸出 2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 一般由四部分組成 第一是微機(jī)或微處理器 它是整個(gè)系統(tǒng)的核心 第二是被控制的測(cè)量?jī)x器或設(shè)備 稱(chēng)為可程控儀器 第三是接口 第四是軟件 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)基本構(gòu)成 一 微機(jī) 或微處理器 這是整個(gè)系統(tǒng)的核心 在軟件控制下 微機(jī)控制夠個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn) 并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行某種方式的處理 如計(jì)算 變換 數(shù)據(jù)處理 誤差分析等 最后將測(cè)量結(jié)果通過(guò)打印機(jī) 顯示器 磁盤(pán)磁卡或電表 數(shù)碼顯示等方式輸出 二 可程控儀器或設(shè)備在自動(dòng)測(cè)試過(guò)程中 測(cè)量?jī)x器或設(shè)備的工作 如測(cè)量功能 工作頻段 輸出電平 量程等的選擇和調(diào)節(jié)都是由微機(jī)所發(fā)控制指令的控制下完成的 這種能接受程序控制并據(jù)之改變內(nèi)部電路工作狀態(tài) 以及完成特定任務(wù)的測(cè)量?jī)x器稱(chēng)為儀器的可程序控制 簡(jiǎn)稱(chēng)可程控 或稱(chēng)程控儀器 顯然程控儀器是組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的基本部分 三 接口 一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中 各儀器和設(shè)備之間的接口的總體稱(chēng)為該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的接口系統(tǒng) 顯然 接口系統(tǒng)是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)測(cè)試目的 使自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)各儀器和設(shè)備之間進(jìn)行有效通信的重要環(huán)節(jié) 60年代中期以前 接口是專(zhuān)用的和非標(biāo)準(zhǔn)化的 即是專(zhuān)門(mén)為某一自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)而設(shè)計(jì)制造的 設(shè)計(jì)和制造不具有重復(fù)性 接口的主要任務(wù)是在下列方面提供儀器與計(jì)算機(jī)連接需要的兼容 機(jī)械兼容對(duì)接口的最簡(jiǎn)單的要求是提供機(jī)械兼容 就是要有適當(dāng)?shù)倪B接器和它們之間的連線 電磁兼容接口的第二種作用是使計(jì)算機(jī)和探器之間有適配的電器特性即在邏輯電平方面要相符合 數(shù)據(jù)兼容一旦接口已使計(jì)算機(jī)和儀器實(shí)現(xiàn)了機(jī)械和電器兼?zhèn)渌鼈兙湍芡ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)線交換電信號(hào)信息 但需要某種格式翻譯 有種種編程能力的計(jì)算機(jī)通常能執(zhí)行這種功能 考慮到速度 往往把這個(gè)任務(wù)交給接口完成 自動(dòng)測(cè)試技術(shù)源于70年代 發(fā)展至今 大致可分為三代 其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)也有較大的不同 第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 50年代 70年代初 第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)多為專(zhuān)用系統(tǒng) 通常是針對(duì)某項(xiàng)具體任務(wù)而設(shè)計(jì)的 如數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和自動(dòng)分析 只能用于大量的要求重復(fù) 快速 高可靠和對(duì)人員健康有害又難于接近的測(cè)試場(chǎng)合 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用比較簡(jiǎn)單的定時(shí)器或掃描器作為控制器 其接口也是專(zhuān)用的 因此 第一代測(cè)試系統(tǒng)通用性比較差 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展歷程 第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 70年代初出現(xiàn) 第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)典型方塊圖如圖所示 與第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主要不同在于 采用了標(biāo)準(zhǔn)化的通用可程控測(cè)量?jī)x器接口總線 IEEE488 及可程序控制的儀器和測(cè)控計(jì)算機(jī) 控制器 從而使得自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 使用和組裝都比較容易 第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)雖然比人工測(cè)試顯示出前所未有的優(yōu)越性 但是在這些系統(tǒng)中 電子計(jì)算機(jī)并沒(méi)有充分發(fā)揮作用 系統(tǒng)中仍是使用傳統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備 只不過(guò)是配備了新的標(biāo)準(zhǔn)接口 整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程基本上還是對(duì)傳統(tǒng)人工測(cè)試的模擬 于是出現(xiàn)了虛擬儀器 虛擬儀器 VirtualInstrument 簡(jiǎn)稱(chēng)VI 是計(jì)算機(jī)技術(shù)同儀器技術(shù)深層次結(jié)合產(chǎn)生的全新概念的儀器 是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破 是儀器領(lǐng)域內(nèi)的一次革命 虛擬儀器是繼第一代儀器 模擬式儀表 第二代儀器 分立元件式儀表 第三代儀器 數(shù)字式儀表 第四代儀器 智能化儀器之后的新一代儀器 虛擬儀器 所謂的虛擬儀器 就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上 由用戶(hù)設(shè)計(jì)定義 具有虛擬面板 測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng) 虛擬 的含義虛擬的儀器面板由軟件實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)量功能 軟件就是儀器 虛擬儀器的定義 虛擬儀器技術(shù)降低了市場(chǎng)門(mén)欄長(zhǎng)期以來(lái) 我國(guó)儀器行業(yè)作出了巨大的努力 但始終沒(méi)有能力與國(guó)外競(jìng)爭(zhēng) 思考其中緣由 國(guó)外先進(jìn)國(guó)家在長(zhǎng)期的儀器發(fā)展中 形成了以知識(shí)產(chǎn)權(quán)為核心的技術(shù)壁壘 這個(gè)我們很難突破 也就是說(shuō) 儀器市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)欄太高 虛擬儀器技術(shù)采用通用計(jì)算機(jī)平臺(tái) 用軟件算法代替硬件實(shí)現(xiàn)儀器功能 這使得我們可以繞過(guò)復(fù)雜的工藝問(wèn)題和傳統(tǒng)儀器的知識(shí)產(chǎn)權(quán) 進(jìn)入一個(gè)全新的市場(chǎng) 與國(guó)外公司在一個(gè)全新的領(lǐng)域 展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng) 我國(guó)儀器行業(yè)應(yīng)抓住現(xiàn)在的大好時(shí)機(jī) 大力發(fā)展虛擬儀器 就能夠迅速縮短我們與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距 發(fā)達(dá)國(guó)家的市場(chǎng)退出成本較高 我們及時(shí)進(jìn)入市場(chǎng) 能形成后發(fā)比較優(yōu)勢(shì) 發(fā)達(dá)國(guó)家已形成一套儀器工業(yè)體系和銷(xiāo)售服務(wù)網(wǎng)絡(luò) 在發(fā)展虛擬儀器方面 他們只能采用漸變的方式 逐步實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器退出市場(chǎng) 如果退出太快 就會(huì)造成巨大的退出成本 我們作為發(fā)展中國(guó)家 在傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域未能形成比較優(yōu)勢(shì) 如果我們集中力量 迅速進(jìn)入下一代虛擬儀器市場(chǎng) 我們不存在退出成本的問(wèn)題 能夠迅速形成后發(fā)比較優(yōu)勢(shì) 略過(guò)傳統(tǒng)儀器的發(fā)展階段 迅速進(jìn)入下一代儀器發(fā)展階段 造成儀器技術(shù)的跨躍式發(fā)展態(tài)勢(shì) 跨躍式發(fā)展模式也是發(fā)展中國(guó)家趕超發(fā)達(dá)國(guó)家的基本模式 虛擬儀器的架構(gòu) 模塊化儀器 軟件算法 1 虛擬儀器的內(nèi)部功能測(cè)量?jī)x器的內(nèi)部功能可劃分為 輸入信號(hào)的測(cè)量 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)分析處理及測(cè)量結(jié)果的顯示四個(gè)部分 虛擬儀器也不例外 但是實(shí)現(xiàn)上述功能的方式不同 下面按三個(gè)部分來(lái)敘述 1 信號(hào)采集與控制功能虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)和儀器硬件組成的硬件平臺(tái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集 測(cè)量 轉(zhuǎn)換與控制的 硬件平臺(tái)由兩部分組成 1 計(jì)算機(jī)可以是筆記本計(jì)算機(jī) PC機(jī)或工作站 2 儀器硬件 可以是插入式數(shù)據(jù)采集板 含信號(hào)調(diào)理電路 A D轉(zhuǎn)換器 數(shù)字I O 定時(shí)器 D A轉(zhuǎn)換器等 或者是帶標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器 如GPIB儀器 VXI儀器 RS 232儀器等 2 數(shù)據(jù)分析處理功能虛擬儀器充分利用了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ) 運(yùn)算功能 并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)數(shù)據(jù)的分析處理 處理內(nèi)容包括進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理 數(shù)字濾波統(tǒng)計(jì)處理 數(shù)值計(jì)算與分析等 虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器以及以微處理器為核心的智能儀器有更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析處理功能 3 測(cè)量結(jié)果的表達(dá)虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)資源如內(nèi)存 顯示器等 對(duì)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)的表達(dá)與輸出有多種方式 這也是傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)不能及的 例如 虛擬儀器可以實(shí)現(xiàn) 通過(guò)總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 通過(guò)磁盤(pán) 光盤(pán)硬拷貝輸出 通過(guò)文件存于硬盤(pán)內(nèi)存中 計(jì)算機(jī)屏幕顯示 VI構(gòu)成要素 虛擬儀器系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī) 應(yīng)用軟件和儀器硬件三大要素構(gòu)成的 計(jì)算機(jī)與儀器硬件又稱(chēng)為VI的通用儀器硬件平臺(tái) 軟件技術(shù)是虛擬儀器的核心技術(shù) 常用的儀器用開(kāi)發(fā)軟件有LabVIEW LabWindows CVI VEE等等 這些軟件已相當(dāng)完善 而且還在升級(jí) 提高 以LabVIEW為例 這是基于圖形化編程語(yǔ)言G的開(kāi)發(fā)環(huán)境 用于如GPIB VXI PXI PCI儀器及數(shù)據(jù)采集卡等硬件的系統(tǒng)構(gòu)成 而且 具有很強(qiáng)的分析處理能力 VI系統(tǒng)有多種構(gòu)成方式 PC DAQ測(cè)量系統(tǒng) 是以數(shù)據(jù)采集卡 信號(hào)調(diào)理電路及計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng) GPIB系統(tǒng) 是以GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng) VXI系統(tǒng) 是以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng) 串口系統(tǒng) 是以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng) 是以Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)組成的測(cè)試系統(tǒng) VI構(gòu)成方式 I O接口設(shè)備 虛擬儀器的構(gòu)成方式 無(wú)論上述哪種VI系統(tǒng) 都是通過(guò)應(yīng)用軟件將儀器硬件與各類(lèi)計(jì)算機(jī)相結(jié)合 其中PC DAQ測(cè)試系統(tǒng)是構(gòu)成VI的基本方式 因?yàn)?實(shí)際上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS是構(gòu)成各種標(biāo)準(zhǔn)總線儀器的基礎(chǔ) 故虛擬儀器是基于 信息的數(shù)據(jù)采集 ADC 信號(hào)的分析與處理 DSP 輸出 DAC 及顯示 的結(jié)構(gòu)模式建立通用儀器硬件平臺(tái) 在這個(gè)通用儀器硬件平臺(tái)上 調(diào)用不同的測(cè)量軟件就構(gòu)成了不同功能的儀器 PXI模塊 VXI模塊 虛擬儀器軟件平臺(tái) Labview Labwindows CVI事實(shí)上的虛擬儀器軟件平臺(tái)HP VEEVBVC 其它 1 編程設(shè)計(jì)圖形化軟件模塊提供圖形化編程環(huán)境 通過(guò)調(diào)用控件 庫(kù)函數(shù)原碼模塊進(jìn)行儀器面板設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理 2 儀器驅(qū)動(dòng)程序 InstrumentDrivers 與用戶(hù)接口開(kāi)發(fā)工具 UserInterfaceDevelopment 標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊 LabView軟件組成 虛似儀器和傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器的分類(lèi) 從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看 虛擬儀器走的是兩條技術(shù)路線 一條是向高速 高精度 大型自動(dòng)測(cè)試設(shè)備 ATE 方向發(fā)展 即GPIB 1975 VXI 1987 PXI 1997 的發(fā)展路線 另一條是向高性能 低成本 普及型系統(tǒng)方向發(fā)展 即PC插卡 1987 并口式 1995 串口USB 1999 的技術(shù)路線 虛擬儀器的發(fā)展隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同 可分為五種類(lèi)型 第一類(lèi) PC總線 插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專(zhuān)用的軟件如LabVIEW相結(jié)合 但是受PC機(jī)機(jī)箱和總線限制 且有電源功率不足 機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高 插槽數(shù)目也不多 插槽尺寸比較小 機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽等缺點(diǎn) 另外 ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰 PCI總線的虛擬儀器價(jià)格比較昂貴 第二類(lèi) 并行口式虛擬儀器最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置 它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi) 儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上 通?？梢酝瓿筛鞣N測(cè)量測(cè)試儀器的功能 可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器 頻譜分析儀 邏緝分析儀 任意波形發(fā)生器 頻率計(jì) 數(shù)字萬(wàn)用表 功率計(jì) 程控穩(wěn)壓電源 數(shù)據(jù)記錄儀 數(shù)據(jù)采集器 它們的最大好處是可以與筆記本計(jì)算機(jī)相連 方便野外作業(yè) 又可與臺(tái)式PC機(jī)相連 實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用 非常方便 由于其價(jià)格低廉 用途廣泛 特別適合于研發(fā)部門(mén)和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用 第三類(lèi) GBIB總線方式的虛擬儀器 GPIB總線 GeneralPurposeInterfaceBus 即IEEE488通用接口總線 是HP公司在70年代推出的臺(tái)式儀器接口總線 因此又叫HPIB HPInterfaceBus 該標(biāo)準(zhǔn)總線在儀器 儀表及測(cè)控領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用 這種系統(tǒng)是在微機(jī)中插入一塊GPIB接口卡 通過(guò)24或25線電纜連接到儀器端的GPIB接口 當(dāng)微機(jī)的總線變化時(shí) 例如采用ISA或PCI等不同總線 接口卡也隨之變更 其余部分可保持不變 從而使GPIB系統(tǒng)能適應(yīng)微機(jī)總線的快速變化 由于GPIB系統(tǒng)在PC出現(xiàn)的初期問(wèn)世 所以有一定的局限性 如其數(shù)據(jù)線只有8根 用位并行 字節(jié)串行的方式傳輸數(shù)據(jù) 傳輸速度最高1 y 傳輸距離20 加驅(qū)動(dòng)器能達(dá)500 第三類(lèi)GPIB總線方式虛擬儀器 第四類(lèi) VXI總線方式虛擬儀器VXI總線 VMEbusextensionforinstrumentation 該總線是VME計(jì)算機(jī)總線在儀器領(lǐng)域中的擴(kuò)展 其中VME總線是一種工業(yè)微機(jī)的總線標(biāo)準(zhǔn) 主要用于微機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)領(lǐng)域 優(yōu)點(diǎn) 系統(tǒng)具有小型便攜 高速數(shù)據(jù)傳輸 模塊式結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)組建靈活等特點(diǎn) 1998年修訂的 20版