對虛擬儀器的認(rèn)識

1、認(rèn)識虛擬儀器學(xué)院：電子信息工程學(xué)院 班級：10級測控技術(shù)與儀器2班 姓名：朱楠楠 學(xué)號：20101527248認(rèn)識虛擬儀器本學(xué)期我們接觸學(xué)習(xí)了虛擬儀器這門課程，先是它的名字就吸引了我們的強(qiáng)烈興趣，“虛擬”！那到底是研究什么的呢？和我們平時(shí)見的真實(shí)儀器各有什么千秋與優(yōu)缺特點(diǎn)呢？機(jī)房上機(jī)的學(xué)習(xí)方式更是有利于老師操作控制并知道我們的學(xué)習(xí)，關(guān)于LabVIEW軟件的演示更能被我們接受和掌握。我在課余查找搜集了解了更多關(guān)于虛擬儀器的相關(guān)知識。一、虛擬儀器的概念虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通信及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)，是一種計(jì)算機(jī)操縱的模塊化儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)

2、就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動(dòng)化的應(yīng)用。自1986年問世以來，世界各國的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾?xiàng)目需要。二、虛擬儀器的優(yōu)勢同其他技術(shù)相比，虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢：1、性能高虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商

3、業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢。2、擴(kuò)展性強(qiáng)NI的軟硬件工具使得我們不再受限于當(dāng)前的技術(shù)中。這得益于NI軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，我們可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。3、節(jié)約時(shí)間在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便

4、用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。4、無縫集成虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。NI的虛擬儀器軟件平臺為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助我們輕松地將多個(gè)測量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。三、虛擬儀器的分類虛擬儀器的發(fā)展隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同，可分為五種類型：1、PCI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)采集卡與專用的軟件如La

5、bVIEW相結(jié)合2、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測量測試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲示波器、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。3、GPIB總線方式的虛擬儀器GPIB技術(shù)是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測量獨(dú)立的單臺手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測試系統(tǒng)發(fā)展，典型的GPIB系統(tǒng)由一臺PC機(jī)、一塊GPIB接口卡和若干臺GPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊GPIB接口可帶多達(dá)14

6、臺儀器，電纜長度可達(dá)40米。GPIB技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動(dòng)測量系統(tǒng)。GPIB測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單，主要應(yīng)用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。4、VXI總線方式虛擬儀器VXI總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自

7、動(dòng)測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢。然而，組建VXI總線要求有機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價(jià)比較高。5、PXI總線方式虛擬儀器PXI總線方式是PCI總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。PXI的高度可擴(kuò)展性。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，而臺式PCI系統(tǒng)只有34個(gè)擴(kuò)展槽，通過使用PCIPCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，臺式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢結(jié)合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺。四、虛擬儀器的硬件系統(tǒng)虛擬儀器的硬件系統(tǒng)主要由傳感

8、器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及計(jì)算機(jī)組成。其中計(jì)算機(jī)是虛擬儀器硬件平臺的核心；傳感器是虛擬儀器系統(tǒng)中的前置部件，將被測的非電量轉(zhuǎn)化為電量；信號調(diào)理電路的主要功能是對傳感器輸出的模擬信號進(jìn)行放大、濾波、隔離等；數(shù)據(jù)采集設(shè)備的主要作用是對被測信號進(jìn)行采樣、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等。根據(jù)所使用的儀器硬件不同，虛擬儀器硬件系統(tǒng)可以分為PC-DAQ系統(tǒng)、GPIB系統(tǒng)、VXI/PXI/LXI系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)等。五、虛擬儀器的軟件系統(tǒng)根據(jù)VPP系統(tǒng)規(guī)范的定義，虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)從底層到頂層分別為：輸入輸出接口層、儀器驅(qū)動(dòng)程序?qū)雍蛻?yīng)用軟件層。六、LabVIEW簡介LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研

9、制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW編程語言的特點(diǎn)：1、實(shí)現(xiàn)了儀器控制與數(shù)據(jù)采集的完全圖形化編程，設(shè)計(jì)者無需編寫任何文本形式的代碼；2、提供了大量的面向測控領(lǐng)域應(yīng)用的庫函數(shù)；3、提供了大量與外部代碼或應(yīng)用軟件進(jìn)行連接的機(jī)制；4、具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)連接功能，支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，便于用戶開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)測控、遠(yuǎn)程虛擬儀器系統(tǒng)；5、LabVIEW應(yīng)用程序具有可移植性，適用于多種操作系統(tǒng)；6、可生成可執(zhí)行文件，脫離LabVIEW

10、開發(fā)環(huán)境運(yùn)行。七、虛擬儀器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀傳統(tǒng)儀器在測量測試領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，但是同時(shí)也存在著諸多問題，如靈活性不夠，精度不夠高。而虛擬儀器解決了這些問題，更具有靈活性，同時(shí)性能和精度進(jìn)一步提升，而甚至解決了傳統(tǒng)儀器無法實(shí)現(xiàn)的測量，其可擴(kuò)展性和低成本讓廠商對虛擬儀器越來越重視。使用基于軟件配置的模塊化儀器很好的解決了資源配置和重復(fù)等問題，是未來儀器發(fā)展的主流方向。虛擬儀器技術(shù)利用了快速發(fā)展的PC架構(gòu)，高性能的半導(dǎo)體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，以及引入了系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，使得在提升了技術(shù)能力的同時(shí)降低了成本。尤其是隨著PC性能的不斷提升，使得虛擬儀器技術(shù)也快速發(fā)展起來，并實(shí)現(xiàn)了更多的新應(yīng)用。高性能、低成本的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)和發(fā)展，也推動(dòng)了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展。虛擬儀器技術(shù)硬件可以利用大量生產(chǎn)的芯片作為測量的前端組件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件也成為虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的一大動(dòng)力，