虛擬儀器與LabVIEW概述

1、虛擬儀器與虛擬儀器與LabVIEWLabVIEW概述概述1、虛擬儀器概述虛擬儀器概述 虛擬儀器（虛擬儀器（Virtual Intrument，簡稱，簡稱VI）是）是20世紀世紀90年年代初期出現(xiàn)的一種新型儀器，它以代初期出現(xiàn)的一種新型儀器，它以計算機計算機為核心，將計算機為核心，將計算機與測量系統(tǒng)融合于一體，用計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些與測量系統(tǒng)融合于一體，用計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件的功能，用計算機的顯示器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器面板的測量儀硬件的功能，用計算機的顯示器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器面板的測量儀器。這種器。這種硬件功能的軟件化，是虛擬儀器的一大特征。硬件功能的軟件化，是虛擬儀器的一大特征。操作操作

2、人員在計算機顯示屏上用鼠標和鍵盤控制儀器的啟動、運行、人員在計算機顯示屏上用鼠標和鍵盤控制儀器的啟動、運行、結束，完成被測信號的數(shù)據(jù)采集、信號分析、譜圖顯示、數(shù)結束，完成被測信號的數(shù)據(jù)采集、信號分析、譜圖顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放及控制輸出等功能。據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放及控制輸出等功能。 與傳統(tǒng)儀器相比，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器最大的特點虛擬儀器最大的特點是其功能由軟件定是其功能由軟件定義，可以由用戶根據(jù)應用需要進行調整，用戶選擇不同的應用義，可以由用戶根據(jù)應用需要進行調整，用戶選擇不同的應用軟件就可以形成不同的虛擬儀器。而軟件就可以形成不同的虛擬儀器。而傳統(tǒng)儀器的功能傳統(tǒng)儀器的功能是由廠商是由廠商事

3、先定義好的，其功能用戶無法變更。當虛擬儀器用戶需要改事先定義好的，其功能用戶無法變更。當虛擬儀器用戶需要改變儀器功能或需要構造新的儀器時，可以由用戶自己改變應用變儀器功能或需要構造新的儀器時，可以由用戶自己改變應用軟件來實現(xiàn)，而不必重新購買新的儀器。軟件來實現(xiàn)，而不必重新購買新的儀器。 虛擬儀器虛擬儀器是計算機技術與儀器技術深層次結合產(chǎn)生的產(chǎn)是計算機技術與儀器技術深層次結合產(chǎn)生的產(chǎn)物，是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領域內的一次革命。物，是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領域內的一次革命。虛擬儀器是繼虛擬儀器是繼模擬化儀表模擬化儀表、智能化儀器智能化儀器之后的新一代儀器，之后的新一代儀器，代

4、代表了當前測試儀器發(fā)展的方向之一。表了當前測試儀器發(fā)展的方向之一。 儀器的發(fā)展進程儀器的發(fā)展進程催生虛擬儀器的土壤催生虛擬儀器的土壤傳統(tǒng)分析儀器與虛擬儀器比較傳統(tǒng)分析儀器與虛擬儀器比較傳統(tǒng)分析儀器虛擬儀器儀器定義廠家用戶功能設定功能特定，與其他設備連接受到限制面向應用的系統(tǒng)結構，可方便地與網(wǎng)絡設備、外設和其他設備連接關鍵環(huán)節(jié)硬件軟件開放性封閉式系統(tǒng)，功能固定，不能改變基于計算機技術的開放式系統(tǒng)，靈活的軟件功能模塊性能價格比低高，可重復使用技術更新速度 慢（周期510年）快（周期12年）開發(fā)維護開發(fā)維護費用高軟件結構，節(jié)省費用傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器虛擬儀器虛擬儀器2、虛擬儀器的組成、虛擬儀器的組成2.

5、1虛擬儀器的組成虛擬儀器的組成 虛擬儀器是以計算機為載體的自動化測量與控制系統(tǒng)，虛擬儀器是以計算機為載體的自動化測量與控制系統(tǒng)，用來對現(xiàn)實世界的各種物理量進行測量或者對物理過程用來對現(xiàn)實世界的各種物理量進行測量或者對物理過程進行控制。進行控制。典型的虛擬儀器結構典型的虛擬儀器結構 目前針對不同的應用目的和環(huán)境，已設計了目前針對不同的應用目的和環(huán)境，已設計了多種性能和用多種性能和用途的數(shù)據(jù)采集卡途的數(shù)據(jù)采集卡，包括，包括PCI結構、結構、PXI總線結構、總線結構、USB總線結總線結構、分布式系統(tǒng)結構、構、分布式系統(tǒng)結構、GPIB或串口設備結構、或串口設備結構、CRIO系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構等。等。 計

6、算機虛擬儀器板卡計算機虛擬儀器板卡2.22.2常用虛擬儀器板卡常用虛擬儀器板卡2.3 2.3 典型的虛擬儀器結構典型的虛擬儀器結構 PCI 卡卡FiledPoint模塊模塊CRIO結構結構USB總線結構總線結構PXI總線結構總線結構GPIB結構結構 根據(jù)虛擬儀器所采用的信號測量硬件模塊的不同，虛擬儀根據(jù)虛擬儀器所采用的信號測量硬件模塊的不同，虛擬儀器可以分為下面幾類：器可以分為下面幾類： （1） PC-DAQ數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡 利用計算機擴展槽和外部接口，將信號測量硬件設計為計算機利用計算機擴展槽和外部接口，將信號測量硬件設計為計算機插卡或外部設備，直接插接在計算機上，再配上相應的應用軟件，

7、插卡或外部設備，直接插接在計算機上，再配上相應的應用軟件，組成計算機虛擬儀器測試系統(tǒng)。這是目前應用得最為廣泛的一種組成計算機虛擬儀器測試系統(tǒng)。這是目前應用得最為廣泛的一種計算機虛擬儀器組成形式。計算機虛擬儀器組成形式。2.3 2.3 典型的虛擬儀器結構典型的虛擬儀器結構 （2 2）PXIPXI總線結構總線結構 PCI總線的儀器擴展。這種虛擬儀器結構有一個帶總線背板的總線的儀器擴展。這種虛擬儀器結構有一個帶總線背板的多槽機箱，計算機被做成一個模塊插在多槽機箱，計算機被做成一個模塊插在0槽中做控制器，其他槽中槽中做控制器，其他槽中可以插各種數(shù)據(jù)采集模塊。可以插各種數(shù)據(jù)采集模塊。 PXI總線結構總線

8、結構（3 3）USBUSB總線結構總線結構 數(shù)據(jù)采集裝置掛在計算機外面，通過數(shù)據(jù)采集裝置掛在計算機外面，通過USB口向計算機傳輸數(shù)口向計算機傳輸數(shù)據(jù)，比較適合于用筆記本電腦組成便攜式的測試系統(tǒng)。據(jù)，比較適合于用筆記本電腦組成便攜式的測試系統(tǒng)。USB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置有簡單的模塊，也有采集裝置有簡單的模塊，也有NI公司的公司的CompactDAQ系統(tǒng)。系統(tǒng)。CompactDAQ把一組信號調理和數(shù)據(jù)采集模塊裝在一個機箱內，把一組信號調理和數(shù)據(jù)采集模塊裝在一個機箱內，機箱與計算機通過機箱與計算機通過USB總線通信?？偩€通信。USB總線結構總線結構（4)）分布式系統(tǒng)結構分布式系統(tǒng)結構這種虛擬儀器結構可以

9、在工業(yè)現(xiàn)場把數(shù)據(jù)采集設備安裝在被這種虛擬儀器結構可以在工業(yè)現(xiàn)場把數(shù)據(jù)采集設備安裝在被測試對象附近，通過計算機網(wǎng)絡、串口或工業(yè)現(xiàn)場總線與計算機測試對象附近，通過計算機網(wǎng)絡、串口或工業(yè)現(xiàn)場總線與計算機通訊。通訊。NI公司這種產(chǎn)品以公司這種產(chǎn)品以FiledPoint和和CompactFiledPoint模塊為模塊為代表，后者尺寸更小，抗沖擊和震動等性能更好。代表，后者尺寸更小，抗沖擊和震動等性能更好。 FiledPoint模塊模塊（5） GPIB或串口設備結構或串口設備結構為了有效利用現(xiàn)有的技術資源和發(fā)揮傳統(tǒng)儀器的某些優(yōu)勢，為了有效利用現(xiàn)有的技術資源和發(fā)揮傳統(tǒng)儀器的某些優(yōu)勢，還可以采用還可以采用GP

10、IB或串口形式的虛擬儀器結構或串口形式的虛擬儀器結構串口是計算機與傳統(tǒng)儀器接口的一種方式，實現(xiàn)對滿足一定協(xié)串口是計算機與傳統(tǒng)儀器接口的一種方式，實現(xiàn)對滿足一定協(xié)議（例如議（例如RS232）的傳統(tǒng)儀器與計算機的連接）的傳統(tǒng)儀器與計算機的連接這些與計算機連接的儀器功能是專一、固定的，它們的軟件固這些與計算機連接的儀器功能是專一、固定的，它們的軟件固化在儀器內部。它們完成測試任務并不依賴于計算機，只是利用化在儀器內部。它們完成測試任務并不依賴于計算機，只是利用計算機的存儲、顯示、打印等功能，或對測試過程加以某些控制。計算機的存儲、顯示、打印等功能，或對測試過程加以某些控制。GPIB結構結構（6） C

11、RIO系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構NI公司的公司的CRIO，即緊湊型可重配置輸入輸出，是一種小巧堅，即緊湊型可重配置輸入輸出，是一種小巧堅固的新型工業(yè)化控制和采集系統(tǒng)。固的新型工業(yè)化控制和采集系統(tǒng)。CRIO機箱中包括實時控制器、機箱中包括實時控制器、FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）芯片、信號輸入輸出模塊和信號調（現(xiàn)場可編程門陣列）芯片、信號輸入輸出模塊和信號調理模塊，體現(xiàn)了理模塊，體現(xiàn)了NI公司近年來涉足嵌入式系統(tǒng)領域。公司近年來涉足嵌入式系統(tǒng)領域。CRIO結構結構任何一種硬件功能模塊，要與計算機進行通信，都需任何一種硬件功能模塊，要與計算機進行通信，都需要在計算機中安裝該硬件功能模塊的驅動程序（就如同在要在

12、計算機中安裝該硬件功能模塊的驅動程序（就如同在計算機中安裝聲卡、顯示卡和網(wǎng)卡一樣），儀器硬件驅動計算機中安裝聲卡、顯示卡和網(wǎng)卡一樣），儀器硬件驅動程序使用戶不必了解詳細的硬件控制原理和了解程序使用戶不必了解詳細的硬件控制原理和了解GPIB、PXI、CRIO、RS232等通信協(xié)議就可以實現(xiàn)對特定儀器硬等通信協(xié)議就可以實現(xiàn)對特定儀器硬件的使用、控制與通信。驅動程序通常由硬件功能模塊的件的使用、控制與通信。驅動程序通常由硬件功能模塊的生產(chǎn)商隨硬件功能模塊一起提供生產(chǎn)商隨硬件功能模塊一起提供 。2.4 2.4 驅動程序驅動程序 “軟件即儀器軟件即儀器”，應用軟件是虛擬儀器的核心。一般虛，應用軟件是虛擬

13、儀器的核心。一般虛擬儀器硬件功能模塊生產(chǎn)商會提供示波器、數(shù)字萬用表、擬儀器硬件功能模塊生產(chǎn)商會提供示波器、數(shù)字萬用表、邏輯分析儀等常用虛擬儀器應用程序。對用戶的特殊應用邏輯分析儀等常用虛擬儀器應用程序。對用戶的特殊應用需求，則可以利用需求，則可以利用LabVIEW、Agilent VEE等虛擬儀器開發(fā)等虛擬儀器開發(fā)軟件平臺來開發(fā)。軟件平臺來開發(fā)。 2.5 2.5 應用軟件應用軟件3、常見的虛擬儀器、常見的虛擬儀器 雙蹤信號示波和頻譜分析儀雙蹤信號示波和頻譜分析儀 多蹤信號示波器多蹤信號示波器 雙蹤儀器庫雙蹤儀器庫 多蹤多蹤X-YX-Y軌跡儀軌跡儀 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)(頻響特性頻響特性)分析儀分析

14、儀 多蹤頻譜分析儀多蹤頻譜分析儀雙蹤信號示波和頻譜分析儀 多蹤信號示波器多蹤信號示波器雙蹤儀器庫多蹤多蹤X-YX-Y軌跡儀軌跡儀 傳遞函數(shù)(頻響特性)分析儀 多蹤頻譜分析儀 4、工業(yè)應用、工業(yè)應用 羰基鎳在線檢查系統(tǒng)羰基鎳在線檢查系統(tǒng) 輸油泵機組在線監(jiān)測系統(tǒng)輸油泵機組在線監(jiān)測系統(tǒng) 信號分析系統(tǒng)信號分析系統(tǒng) 橋墩位移監(jiān)控系統(tǒng)橋墩位移監(jiān)控系統(tǒng) 發(fā)電機組在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)發(fā)電機組在線監(jiān)測診斷系統(tǒng) 鍋爐供熱自動控制系統(tǒng)鍋爐供熱自動控制系統(tǒng)工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用工業(yè)應用5、LabVIEW安裝安裝 將LabVIEW光盤放入光驅

15、，會出現(xiàn)下圖所示界面 安裝初始化 用戶信息對話框 發(fā)行協(xié)議對話框 安裝路徑對話框 提示所安裝的組件 安裝進度條 安裝設備驅動程序 安裝結束以后需要重新啟動計算機 （Laboratory Virtual instrument Engineering）編程方式界面編程舉例(1)文本運行時才可見，文本行和圖形文本行Turo CBasic(2)可視化（面向對象編程）圖形，編程時編輯文本行VC、VB、CVI(3)圖形化編程圖形，編程時編輯流程框圖LabVIEW、VEE7、創(chuàng)建第一個、創(chuàng)建第一個VI 從開始菜單中運行“National Instruments LabVIEW2010”，在計算機屏幕上將出現(xiàn)

16、圖示歡迎窗口。 7.1 LabVIEW啟動界面介紹啟動界面介紹 新建新建VI程序、項目及模板； 打開打開各種LabVIEW文件； 最新消息鏈接NI官方網(wǎng)站，了解ni的最新新聞、技術內容、范例以及培訓資源 在線支持鏈接NI的論壇，尋求在線支持。 幫助打開LabVIEW 各種幫助文件，網(wǎng)絡資源和范例。NI官方論壇官方論壇7.2 新建新建VI窗口窗口 VI模板 項目 其它文件 7.3 前面板介紹前面板介紹標題欄菜單欄工具欄顯示界面 u是LabVIEW的圖形用戶界面，輸入控件和顯示控件前面板例子前面板例子7.4 程序框圖介紹程序框圖介紹接線端節(jié)點連線uVI的圖形化源程序程序框圖例子程序框圖例子8、修改

17、已有的修改已有的VI 8.1通過改變Express VI的設置修改程序8.2 使用開發(fā)工具修改程序使用開發(fā)工具修改程序u工具選板u控件選板u函數(shù)選板工具選板工具選板工具名稱功能操作值為前面板各種輸入控件和顯示控件賦值定位/調整大小/選擇用于選中、移動對象或改變對象大小編輯文本用于輸入各種控件所需要的數(shù)字或字符值進行連線通過連線建立程序框圖中各個對象之間的數(shù)據(jù)傳遞關系對象快捷菜單該工具置于某一對象上時，單擊鼠標左鍵即可彈出對象的快捷菜單滾動窗口用于滾動整個窗口內的圖形，而無須使用滾動條設置/清除斷點用于在程序中為某個對象設置斷點探針數(shù)據(jù)用于在程序框圖中設置探針，以觀察程序運行的結果獲取顏色用于從

18、窗口中提取顏色設置為當前色設置顏色用來為控件、前面板、程序框圖設置顏色8.2.2 控件選板控件選板新式系統(tǒng)經(jīng)典Express信號處理.NET與ActiveX用戶控件控制設計與仿真信號處理附加工具包8.2.3 函數(shù)選板函數(shù)選板編程測量I/O儀器I/O數(shù)學信號處理數(shù)據(jù)通信互聯(lián)接口Express收藏用戶庫8.4 設置對話框設置對話框統(tǒng)計學VI設置對話框生成控件生成控件生成輸入控件生成顯示控件簡單修飾前面板簡單修飾前面板加標題控件排列配色1.12 LabVIEW學習途徑學習途徑uLabVIEW的即時幫助uLabVIEW的幫助系統(tǒng)uLabVIEW的范例學習u快速尋求他人幫助LabVIEW的即時幫助的即時

19、幫助執(zhí)行菜單命令“幫助顯示即時幫助”快捷鍵Ctrl+H隨光標移動顯示對象的基本功能信息LabVIEW的幫助系統(tǒng)的幫助系統(tǒng)執(zhí)行菜單命令“幫助LabVIEW幫助”快捷鍵Ctrl+？詳盡的幫助文檔LabVIEW的的范例學習范例學習執(zhí)行菜單命令“幫助查找范例”覆蓋了各個功能模塊的應用實例快速尋求他人幫助快速尋求他人幫助LabVIEW Zone百思論壇虛擬儀器專區(qū)練習與思考練習與思考1.1 VI包括哪兩個主要的部分？如何在它們之間切換？1.2 程序框圖主要由哪幾類元件構成？它們分別起什么作用？1.3 LabVIEW開發(fā)工具的三個選板各用在VI的哪個部分？1.4 修改“生成與顯示.VI”，讓它產(chǎn)生并顯示一

20、個方波信號，并可以在程序運行中改變占空比。1.5 找到一個設計對話框的示例VI。謝謝謝謝虛擬儀器虛擬儀器2.1虛擬儀器的組成虛擬儀器的組成 虛擬儀器是以計算機為載體的自動化測量與控制系統(tǒng)，虛擬儀器是以計算機為載體的自動化測量與控制系統(tǒng)，用來對現(xiàn)實世界的各種物理量進行測量或者對物理過程用來對現(xiàn)實世界的各種物理量進行測量或者對物理過程進行控制。進行控制。典型的虛擬儀器結構典型的虛擬儀器結構 （6） CRIO系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構NI公司的公司的CRIO，即緊湊型可重配置輸入輸出，是一種小巧堅，即緊湊型可重配置輸入輸出，是一種小巧堅固的新型工業(yè)化控制和采集系統(tǒng)。固的新型工業(yè)化控制和采集系統(tǒng)。CRIO機箱中包括實時控制器、機箱中包括實時控制器、FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）芯片、信號輸入輸出模塊和信號調（現(xiàn)場可編程門陣列）芯片、信號輸入輸出模塊和信號調理模塊，體現(xiàn)了理模塊，體現(xiàn)了NI公司近年來涉足嵌入式系統(tǒng)領域。公司近年來涉足嵌入式系統(tǒng)領域。CRIO結構結構任何一種硬件功能模