虛擬儀器在電機實驗教學(xué)中的應(yīng)用設(shè)計

1、(注：此畢設(shè)由CPUBBS論壇虛擬儀器在電機實驗教學(xué)中的應(yīng)用設(shè)計作 者 姓 名： 郎巖巖指 導(dǎo) 教 師： 李愛平 副教授單 位 名 稱： 信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè) 名 稱： 自動化東北大學(xué)2006年6月Supervisor: Associate Professor Li aipingNortheastern UniversityJuly 2006畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：虛擬儀器在電機實驗教學(xué)中的應(yīng)用設(shè)計基本內(nèi)容：闡述虛擬儀器（Virtual Instrument）的定義及在實驗教學(xué)和工程設(shè)計中應(yīng)用的實際意義，介紹LabVIEW軟件的使用方法，掌握LabVIEW軟件的實際應(yīng)

2、用，結(jié)合自動化專業(yè)的電機拖動課程的部分實驗項目，以美國NI公司的LabVIEW 8.0為軟件開發(fā)平臺，以異步電動機的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立異步電動機模型子VI，進(jìn)而設(shè)計出可以應(yīng)用于實驗教學(xué)的電機實驗異步電動機機械特性曲線測定實驗和異步電動機的調(diào)速實驗，并編寫設(shè)計說明。將虛擬儀器實驗與傳統(tǒng)實際實驗相互對比，驗證虛擬儀器在實驗教學(xué)中的優(yōu)越性。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分：題目：基本內(nèi)容：學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計（論文）題目日期 第1周指導(dǎo)教師簽字：李愛平 2006年2月28日 摘要目前，在中國許多高校中使用的教學(xué)儀器，仍大多為相當(dāng)落后的傳統(tǒng)儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及相應(yīng)學(xué)科高等教育課程教學(xué)內(nèi)容的更新，傳

3、統(tǒng)儀器日益暴露出一些缺陷和不足。為了改善實驗條件，改善實驗教學(xué)方法，更新實驗教學(xué)內(nèi)容，提高實驗教學(xué)課程的開設(shè)水平，把虛擬儀器引入實驗教學(xué)已成為一種必然趨勢。本文就是基于虛擬儀器在電機實驗教學(xué)的應(yīng)用設(shè)計。虛擬儀器（Virtual Instrument）是現(xiàn)代計算機計算和儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。將虛擬儀器技術(shù)引進(jìn)實驗教學(xué)，目的是更新實驗設(shè)備，降低實驗設(shè)備購置費用，減小實驗測量過程中的人為誤差，提高實驗測量的準(zhǔn)確度；在激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性、促進(jìn)學(xué)生動手實踐和增強創(chuàng)新意識的方面意義重大。本文以美國NI公司的LabVIEW 8.0為軟件開發(fā)平臺，以異步電動機的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，對異步電動機進(jìn)行整體虛擬，

4、建立異步電動機模型子VI，進(jìn)而設(shè)計出系列可以應(yīng)用于實驗教學(xué)的電機實驗。本文首先介紹課題的研究背景，縱觀了該課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并指出了研究的意義；然后介紹了本課題的研究對象虛擬儀器，闡述了它的定義、組成、功能、特點及發(fā)展前景；接著介紹了虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境LabVIEW軟件，總結(jié)了LabVIEW軟件的特點，簡單地介紹了它的操作工具，除此之外還對G語言編程作了簡單地介紹；接下來對數(shù)據(jù)采集以及與其相關(guān)的信號調(diào)理、儀器驅(qū)動、緩沖觸發(fā)的基本概念作了說明；然后重點針對所設(shè)計的實驗異步電動機機械特性曲線測定實驗和異步電動機的調(diào)速實驗，從模型建立、功能介紹、程序說明、實驗結(jié)果等方面作了詳細(xì)的闡述；最后是本

5、文的結(jié)論，對整個設(shè)計進(jìn)行總結(jié)并對將來作了展望。關(guān)鍵詞：虛擬儀器,LabVIEW,軟件開發(fā),實驗教學(xué),異步電動機AbstractAt present, the teaching instrument that used in a lot of universities in China is still mostly quite backward traditional instruments. With the developing of science and technology and renewal of corresponding content of courses of high

6、er education course, the traditional instrument exposes some defects and deficiencies day by day. In order to improve the experiment conditions, improve the teaching method of the experiment, upgrade the content of courses of the experiment, improve the competence of offering of teaching course of t

7、he experiment, leading the virtual instrument into experiment teaching has become a kind of inexorable trend. This thesis is about the designs of application in experiment teaching of motor with the virtual instrument. The virtual instrument is a product that the modern computer calculated and instr

8、ument technology combined together. Importing the virtual instrument technology into experiment teaching, the purpose is to upgrade experimental installation, reduce the purchase expenses of experimental installation, reduce the human caused error in the measuring of experiment, improve the accuracy

9、 that the experiment measures; There is great significance in the respect of exciting the enthusiasm that students study independently, promoting students to start to practise and strengthening innovative consciousness. This thesis regards LabVIEW 8.0 of U.S.A. NI Company as the engineering workbenc

10、h of software, is based on mathematics model of the induction motor, to the thing that the induction motor carries on the whole fictitiously, set up sub VI of induction motor model, and then design the motor experiment that the series can be applied to experiment teaching. This thesis introduces the

11、 research background of the subject at first, make a general survey of this research current situation at home and abroad, and has pointed out the significance of research; Then introduced the research object - virtual instrument, has explained its definition, composition , function , characteristic

12、 and development prospect; Then has introduced the development environment of the virtual instrument -LabVIEW software, has summarized the characteristic of LabVIEW software, has introduced its operation tool briefly, in addition has also introduced the language programming of G briefly; And then ha

13、s introduced the data acquisition and signal opsonic, instrument driving, buffer and trigger ; Then direct against the experiment designed especially - induction motor mechanical characteristic curve determine and test and the induction motor one is adjusted and testing rapidly, have done detailed e

14、xposition from the respects , such as model setting up , function introduction , procedure proving , experimental result ,etc.; It is a conclusion of this thesis finally, to designing and summarized and looked forward to future entirely. Keyword: virtual instrument, LabVIEW, engineering of software,

15、 experiment teaching, induction motor目錄畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書i摘要iiAbstractiii目錄1第1章 緒論11.1 課題背景1 1.1.1 目前高校實驗教學(xué)存在的問題1 1.1.2 國內(nèi)外虛擬儀器在實驗教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀2 1.2 研究意義4 1.3 研究內(nèi)容4 第2章 虛擬儀器技術(shù)7 2.1 虛擬儀器概述7 2.1.1 虛擬儀器技術(shù)的由來7 2.1.2 虛擬儀器的定義8 2.2 虛擬儀器的組成9 2.2.1 虛擬儀器硬件平臺9 2.2.2 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)12 2.2.3 VISA簡介13 2.3 虛擬儀器的功能及特點152.3.1 虛擬儀器的功能

16、15 2.3.2 虛擬儀器的特點16 2.4虛擬儀器的發(fā)展前景17 第3章 LabVIEW軟件開發(fā)平臺21 3.1 概述213.2 LabVIEW軟件的特點23 3.3 LabVIEW應(yīng)用程序的構(gòu)成23 3.3.1 前面板簡介23 3.3.2 流程圖簡介24 3.3.3 圖標(biāo)/連接器簡介25 3.4 LabVIEW的操作模板26 3.4.1 工具模板簡介26 3.4.2 控制模板簡介273.4.3 功能模板簡介28 3.5 LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)特性28 3.6 LabVIEW設(shè)計虛擬儀器的方法293.7 G語言編程簡介30 3.7.1 概述303.7.2 G語言編程的特點30 3.7.3 G語

17、言編程的優(yōu)勢31 第4章 數(shù)據(jù)采集33 4.1 數(shù)據(jù)采集的基本概念33 4.1.1 概述33 4.1.2 DAQ的基本功能33 4.2 數(shù)據(jù)采集卡簡介35 4.2.1數(shù)據(jù)采集卡的基本性能指標(biāo)35 4.2.2 數(shù)據(jù)采集卡的軟件配置36 4.3 信號調(diào)理36 4.4 儀器驅(qū)動37 4.4.1 儀器驅(qū)動的定義37 4.4.2 儀器驅(qū)動程序38 4.5 緩沖與觸發(fā)39 4.5.1 緩沖39 4.5.2 觸發(fā)39 第5章 基于LabVIEW的電機實驗設(shè)計41 5.1 異步電動機機械特性測定實驗415.1.1 設(shè)計背景與意義41 5.1.2 研究方法41 5.1.3 異步電動機的數(shù)學(xué)模型415.1.4 異

18、步電動機模型子VI的建立43 5.1.5 前面板與程序框圖設(shè)計45 5.1.6 實驗曲線測定48 5.2 異步電動機的調(diào)速實驗51 5.2.1 前面板和程序框圖設(shè)計51 5.2.2 實驗曲線測定52 5.3 數(shù)據(jù)采集技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用說明55 第6章 結(jié)論57 參考文獻(xiàn)59 結(jié)束語61 第1章 緒論1.1 課題背景 實驗在理工科教學(xué)中占有十分重要的地位，而且是教學(xué)活動中一個必不可少的環(huán)節(jié)，很多課程都是以實驗為基礎(chǔ)的。實驗可以加深學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解，增強學(xué)習(xí)興趣，鍛煉動手能力，及在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。在大力倡導(dǎo)素質(zhì)教育的今天，辦好實驗對于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和實踐技能是

19、至關(guān)重要的。實驗條件也是反映辦學(xué)水平和科研水平的重要標(biāo)志之一。但是近年來各高校大規(guī)模擴招，學(xué)生人數(shù)成倍增加，造成實驗室設(shè)備和規(guī)模都難以滿足需要。實驗室常規(guī)設(shè)備有的己經(jīng)老化，有的技術(shù)上有些落后，在當(dāng)前實驗經(jīng)費緊缺的情況下，如果大量購置常規(guī)儀器儀表，學(xué)校財力難以支付。又由于基礎(chǔ)實驗室是面向所有的工科專業(yè)，任務(wù)異常繁重，實驗室常常只能應(yīng)付學(xué)生按教學(xué)大綱的要求做一些最簡單的驗證性實驗，學(xué)生很少有機會去反復(fù)熟悉常用儀器儀表的使用，更少有機會去做設(shè)計性實驗。這對調(diào)度學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，加強實踐動手能力都十分不利。尤其是對于像電機學(xué)這樣抽象、復(fù)雜的實驗，簡單的幾次實驗是不能讓學(xué)生完全理解掌握的，必

20、須從不同的角度反復(fù)實驗，增加印象，這樣才能最終真正的學(xué)會學(xué)懂1。1.1.1 目前高校實驗教學(xué)存在的問題 傳統(tǒng)的實驗教學(xué)使用實物儀器，其設(shè)備往往比較陳舊，不能及時更新，從而跟不上教育的飛速發(fā)展。目前高等工科院校仍然沿用著傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，其缺點主要表現(xiàn)在以下幾個方面: 1.實驗內(nèi)容和實驗設(shè)備依附與理論課程進(jìn)行劃分，各實驗室和實驗內(nèi)容沒有形成一個有機的整體，缺乏系統(tǒng)的觀念。2.實驗設(shè)備重復(fù)建設(shè)，沉積較多。 3.實驗設(shè)備層次不齊，大部分設(shè)備落后于課程建設(shè)的需要。 4.實驗的內(nèi)容側(cè)重于理論的驗證和模仿訓(xùn)練，每個學(xué)生的實驗內(nèi)容千篇一律，將學(xué)生的思維限定在一個狹窄的范圍內(nèi)，缺乏對學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和綜合

21、能力的提高。 5.滯后的實驗設(shè)備和死板的實驗?zāi)Ｊ诫y以調(diào)動學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，實驗教學(xué)處于應(yīng)試教育。這些在很大程度上制約了實驗教學(xué)的發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。究其原因，不能不說在科技迅猛發(fā)展的今天，以教育有限的投入無法滿足實驗設(shè)備價格昂貴、更新速度快的要求，是其最根本的原因。這就要求從事實驗教學(xué)研究的工作者，開發(fā)能夠滿足現(xiàn)代實驗教學(xué)要求、物美價廉的實驗教學(xué)儀器，以提高實驗教學(xué)水平，培養(yǎng)高素質(zhì)的適應(yīng)時代要求的合格人才。本文正是在這種背景下，以作者所在自動化專業(yè)的重點實驗科目電機與拖動為依托進(jìn)行設(shè)計的。1.1.2 國內(nèi)外虛擬儀器在實驗教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀 1.國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀目前，在我國已有部分高校的個別

22、實驗室裝備了虛擬儀器實驗平臺,但其中只有少數(shù)開出了高出傳統(tǒng)實驗水平的實驗。其中比較出色、比較有代表性的是清華大學(xué)虛擬儀器電工教學(xué)實驗平臺。清華大學(xué)電機系將虛擬儀器用于對傳統(tǒng)電工教學(xué)實驗的改造和更新,已開發(fā)出若干個基于虛擬儀器環(huán)境的電工實驗。在這些新開實驗中,被測對象是實際的電路或系統(tǒng)。虛擬儀器則是利用美國國家儀器公司(NI公司)的LabWindows/CVI軟件平臺和多功能數(shù)據(jù)采集卡等自行研制開發(fā)的。電工實驗平臺中的硬件設(shè)備有實驗箱(被測對象)、信號調(diào)理箱、數(shù)據(jù)采集卡和計算機。數(shù)據(jù)采集卡具有16路A/D輸入、2路D/A輸出,被直接插在計算機PCI插槽上,采樣頻率為500kHz。自行設(shè)計制作的信

23、號調(diào)理箱的一個主要作用是實驗被測電路與數(shù)據(jù)采集卡和計算機間的電隔離,以使數(shù)據(jù)采集卡和計算機受到可靠的保護。信號調(diào)理箱還具有輸入信號幅值衰減和輸出信號功率放大的功能。實驗箱是為在虛擬儀器環(huán)境下開設(shè)若干有典型意義基礎(chǔ)實驗和若干綜合性提高實驗而專門設(shè)計制作的, 提供有足夠量的多種電路元器件、指零儀表和集成電路芯片等2。另外，國內(nèi)許多大學(xué)和研究所都已經(jīng)開始研制和提供遠(yuǎn)程仿真實驗。例如，北京大學(xué)計算機系設(shè)計的基于www的網(wǎng)上虛擬實驗室3WNVLAB就是一種支持大計算量和交互式的網(wǎng)上虛擬實驗室的通用基本框架。它是一個基于瀏覽器和Web服務(wù)器的虛擬實驗室，在該系統(tǒng)中，用戶平臺采用JAVA編寫，用戶可通過界面

24、選擇實驗種類，并將用戶的實驗設(shè)計通過Internet傳送到服務(wù)器端。服務(wù)器端是虛擬實驗室的核心，用來完成客戶端要求的實驗內(nèi)容，并將可信的實驗結(jié)果返回客戶端?？蛻羰盏綄嶒灲Y(jié)果后，可評價自己的實驗設(shè)計，從而對自己的能力進(jìn)行判斷。利用該系統(tǒng)，己經(jīng)初步實現(xiàn)了CACHE設(shè)計與流水線設(shè)計兩個實驗。北京郵電大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院(www. Buptol. com. cn)的網(wǎng)絡(luò)課程中就包括了虛擬物理實驗、虛擬電子電路實驗等3。這些實驗是用Flash和HTML等技術(shù)建設(shè)的，因此可以在網(wǎng)絡(luò)上傳播。北京師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)研究所研制的EVlab系統(tǒng)是一個基于虛擬空間的三維電子線路實驗環(huán)境。通過EVlab系統(tǒng)，學(xué)生可以掌

25、握電子線路實驗中常見的儀器操作方法，并對基本實驗電路有更加深入的理解。在實現(xiàn)EVlab系統(tǒng)的過程中，采用了QTVR和VRML相結(jié)合的作法，通過結(jié)合VRML較強的用戶交互功能和QTVR實景建模的功能，可以構(gòu)建真實感很強的、具有良好交互性的虛擬實驗室。2.國外應(yīng)用現(xiàn)狀美國的John C. Waller和Natalie Foster用屏幕拷貝監(jiān)視器顯示的方法設(shè)計了一個虛擬的氣相色譜質(zhì)譜儀(GC-MS)。學(xué)生可以在Web上使用這個虛擬儀器，從而可以較快地掌握這種復(fù)雜儀器的使用方法，而真實的儀器則能被用來進(jìn)行更有價值的實驗和獲取數(shù)據(jù)。 澳大利亞RMIT大學(xué)的John Ball和Kate Patrick設(shè)

26、計的虛擬實驗用于進(jìn)行熱傳遞過程的教學(xué)，可以幫助學(xué)生快速地掌握這個抽象的概念。這個虛擬實驗采用傳統(tǒng)的預(yù)測觀察解釋的教學(xué)方法，一方面可以讓學(xué)生以實驗的方式來描述和測試他們自己對熱傳遞的期望，另一方面也可以讓老師更清楚地了解到學(xué)生面臨的困難。這個虛擬實驗使用了多種人機交互手段，為學(xué)生提供了一個易于使用的實驗學(xué)習(xí)環(huán)境4。 美國Clarkson大學(xué)的R. C. Dorf和J. A. Svoboda用Java Applets設(shè)計的基本電路教學(xué)課程Electronic Teaching Assistant讓學(xué)生通過仿真的方法進(jìn)行電路設(shè)計，調(diào)整了電路參數(shù)就可以立即驗證實驗結(jié)果。這個實驗課程有助于幫助學(xué)生進(jìn)行基

27、本電路原理的學(xué)習(xí)。類似的仿真實驗還有美國Rice大學(xué)的S. A. Dodds設(shè)計的虛擬示波器實驗，它可以幫助學(xué)生初步掌握示波器的使用方法和注意事項。此外，由美國East Carolina大學(xué)、Greenville大學(xué)和North Carolina大學(xué)共同創(chuàng)建的VREL Virtual Reality and Education Laboratory動實驗室、由Houston大學(xué)和NASA/Johnson航天中心聯(lián)合建立的VETL (VirtualEnvironment Technology Laboratory)實驗室等許多研究機構(gòu)也都在致力于遠(yuǎn)程虛擬實驗的研究工作4。縱觀國內(nèi)國外，虛擬儀器在

28、電機實驗教學(xué)上的應(yīng)用還不是很廣泛、深入，希望本文能以前人之鑿，修己之石，引后人之玉。1.2 研究意義傳統(tǒng)儀器下的高校實驗教學(xué)，己嚴(yán)重滯后于信息時代和工程實際的需要。其根本原因在于實驗教學(xué)內(nèi)容依附于課程設(shè)立，基本處于割裂狀態(tài)，儀器設(shè)備不可能實現(xiàn)資源共享，在科學(xué)技術(shù)以摩爾定律發(fā)展的今天，高校不可能支付巨額的儀器設(shè)備更新資金。而且，現(xiàn)代化生產(chǎn)要求電子儀器品種多、功能強、精度高、自動化程度高，而且要求測試速度快、實時性好、具有良好的人機界面。虛擬儀器正可以實現(xiàn)這些要求。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下優(yōu)點:1.在通用硬件平臺確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來完成儀器的功能；2.儀器的功能是用戶根據(jù)需

29、要由軟件來定義的，而不是事先由生產(chǎn)廠家定義好的；3.儀器性能的改進(jìn)和功能的擴展只需進(jìn)行相關(guān)軟件的設(shè)計更新，而不需要購買新的儀器； 4.研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短，且成本低廉；5.虛擬儀器具有開放性和靈活性，可與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)。目前，我國正處于科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的新時期，對儀器設(shè)備的需求將更加強勁。虛擬儀器賴以生存的PC計算機近幾年正以迅猛的勢頭席卷全國，這為虛擬儀器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。虛擬儀器作為傳統(tǒng)儀器的替代品，市場容量巨大。據(jù)統(tǒng)計，1995年我國進(jìn)口電子測量儀器73. 5萬臺，價值32億美元。據(jù)專家預(yù)測，幾年內(nèi)我國將有50%的儀器為虛擬儀器5。發(fā)達(dá)國家雖然在此領(lǐng)域比我

30、國起步較早，但差距并不是很大，我們應(yīng)當(dāng)充分把握時機，取長補短，學(xué)習(xí)國外先進(jìn)經(jīng)驗，將我國的虛擬儀器產(chǎn)業(yè)水平逐漸向先進(jìn)國家靠攏。LabVIEW作為虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)的杰出代表，在我國由于引進(jìn)的時間不長，了解和熟悉它的人還不多，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被認(rèn)識和推廣應(yīng)用。本文就LabVIEW在電機實驗教學(xué)上的應(yīng)用設(shè)計做初步的探討，愿其中成功的經(jīng)驗、失敗的教訓(xùn)對于應(yīng)用此軟件的讀者來說能夠有所幫助。1.3 研究內(nèi)容 本文共分為六個部分，第一部分介紹課題的研究背景，縱觀了該課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并指出了研究的意義。第二部分介紹了本課題的研究對象虛擬儀器，闡述了它的定義、組成、功能、特點及發(fā)展前景。第三部分介紹了虛擬儀器的

31、開發(fā)環(huán)境LabVIEW軟件，總結(jié)了LabVIEW軟件的特點，簡單地介紹了它的操作工具，除此之外還對G語言編程作了簡單地介紹。第四部分對數(shù)據(jù)采集以及與其相關(guān)的信號調(diào)理、儀器驅(qū)動、緩沖觸發(fā)的基本概念作了說明。第五部分是全文的重點部分，針對所設(shè)計的實驗，從模型建立、功能介紹、程序說明、實驗結(jié)果等方面作了詳細(xì)的闡述。第六部分是結(jié)論部分，對整個設(shè)計進(jìn)行總結(jié)并對將來作了展望。第2章 虛擬儀器技術(shù)2.1 虛擬儀器概述儀器技術(shù)發(fā)展至今，經(jīng)歷了模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器以及單臺儀器、層疊式儀器系統(tǒng)階段，從20世紀(jì)80年代進(jìn)入虛擬儀器系統(tǒng)時代。 2.1.1 虛擬儀器技術(shù)的由來 電子技術(shù)的飛速發(fā)展及其在各方面的

32、廣泛應(yīng)用，對儀器的“智能”要求越來越高，儀器中微機的任務(wù)不斷加重，儀器在很多方面逐漸向微計算機靠攏。此外，隨著微計算機和智能儀器的普及，測試系統(tǒng)中包含的重復(fù)部件越來越多，而冗余的部件往往不能容錯。因此，需要統(tǒng)籌地考慮儀器與計算機之間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在這種背景下，1982年出現(xiàn)了一種新型的、與PC機配合使用的模塊式儀器，自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也從傳統(tǒng)的機架層迭式結(jié)構(gòu)發(fā)展成為模塊式結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)儀器不同的是，模塊式儀器本身不帶儀器面板，因此必須借助于PC機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立圖形化的“虛擬的”儀器面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析與顯示。這種與PC機結(jié)合構(gòu)成的，包含實際儀器使用與操作信息軟件的儀器

33、，稱為“虛擬儀器”。 1986年，美國NI公司(National Instrument)提出了虛擬儀器的概念，提出了“軟件就是儀器”的口號，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由生產(chǎn)廠家定義，用戶無法改變的局面，從而引起儀器和自動化工業(yè)的一場革命，代表著從傳統(tǒng)硬件為主的測量系統(tǒng)到以軟件為中心的測量系統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)變。簡單的說，一套虛擬儀器系統(tǒng)就是一臺工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計算機或工作站，配上功能強大的應(yīng)用軟件、低成本的硬件(例如插入式板卡)及驅(qū)動軟件，它們在一起共同完成傳統(tǒng)儀器的功能。 從虛擬儀器概念提出至今，有關(guān)虛擬儀器技術(shù)的研究方興未艾。研究人員在虛擬儀器硬件接口、虛擬儀器軟件及其設(shè)計方法等方面做了許多有意義的研究工作

34、，并已開發(fā)了許多實用的虛擬儀器系統(tǒng)，如卡式儀器、總線式儀器、計算機化儀器等，其共同點是大多強調(diào)其軟件面板、虛擬界面、控制環(huán)境以及數(shù)學(xué)模型和軟件方法。典型的虛擬儀器模式可以理解為，除了信號的輸入和輸出以外，儀器的其他操作，如測量、控制、變換、分析、顯示等功能均由軟件來實現(xiàn)，它們依據(jù)某種通用或?qū)Ｓ每偩€標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)約，或以某種接口形式，與計算機進(jìn)行通信，由計算機統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度和管理的一種數(shù)字化儀器。 最初NI公司提出的虛擬儀器概念實際上是一種編程思想，這種思想可簡單地表述為：一個VI可以由前面板、數(shù)據(jù)流框圖和圖標(biāo)連接端口組成，前面板相當(dāng)于真實物理儀器的操作面板，而數(shù)據(jù)流框圖就相當(dāng)于儀器的電路結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代

35、測試水乎與儀器技術(shù)的發(fā)展，目前虛擬儀器概念已經(jīng)發(fā)展成為一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計思想，成為設(shè)計復(fù)雜測試系統(tǒng)和測試儀器的主要方法和手段。先進(jìn)的計算機總線技術(shù)有力地促進(jìn)了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，包括高速總線技術(shù)VXI (VMEbus eXtensions for Instrumentations)、PXI (PCI eXtensions for Instrumentations)、USB (Universal Serial Bus)、IEEE 1934 (Firewire)、基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程測量技術(shù)、智能虛擬儀器驅(qū)動技術(shù)IVI (Interchangable Virtual Instruments)等。采用這些

36、新技術(shù)的測試儀器，預(yù)計其技術(shù)性能可比傳統(tǒng)獨立的臺式儀器提高10倍以上，而且系統(tǒng)互換性和互操作性顯著提高。未來的電子測試儀器除了擁有更強大和更完善的功能之外，體積將會更小，甚至可以移植到被測試的設(shè)備或電路中去，并且具有自我診斷、自我校準(zhǔn)和自我感知的能力6。 1986年10月，美國NI公司推出了圖形化虛擬儀器專用開發(fā)平臺LabVIEW，它采用獨特的圖形化編程方式，編程過程簡單方便，是目前最受歡迎的虛擬儀器主流開發(fā)平臺。在軟件上，為了兼顧其他高級語言開發(fā)者的習(xí)慣，NI還推出了LabWindows /CVI.ComPonentworks等交互式開發(fā)平臺。經(jīng)過多年的發(fā)展，NI公司從正式發(fā)布LabVIEW

37、 1.0到目前的LabVIEW 8.0，幾乎不到兩年就推出一個新版本，可見虛擬儀器技術(shù)進(jìn)步的迅速。美國HP公司的HP VEE、Tektronis公司的Ez Test和Tek TNS以及美國HEM Data公司的Snap-Marter平臺軟件，也是國際上公認(rèn)的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺。目前，虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)在軍事、航空、航天、通信、測試與測量、現(xiàn)代汽車、半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)等世界范圍的眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用7。2.1.2 虛擬儀器的定義所謂虛擬儀器（Virtual Instrument），是指在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設(shè)計定義，具有虛擬面板，其儀器的大部分測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀

38、器系統(tǒng)。儀器的面板由顯示在計算機上的軟面板來代替，信號的獲取和信號的分析、處理、存儲及打印等功能完全由軟件來實現(xiàn)。其實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出檢測結(jié)果；利用計算機的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理；利用I/O接口通信設(shè)備完成信號的采集與傳輸，最終完成各種測試功能。虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式

39、是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。被測對象信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)處理虛擬儀器面板圖2.1 常見虛擬儀器的應(yīng)用方案“虛擬”二字主要包含兩方面的含義：第一、虛擬儀器的面板是虛擬的：虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的。如由各種開關(guān)、按鍵、顯示器等實現(xiàn)儀器電源的通、斷；被測信號“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)設(shè)置；測量結(jié)果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。第二、虛擬儀器測量功能是由軟件編程來實現(xiàn)的：在以PC機為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的

40、測試功能，而且可以通過不同測試功能的軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能，因此有在硬件平臺確定后“軟件就是儀器”的說法。它體現(xiàn)了測試技術(shù)與計算機技術(shù)深層次的結(jié)合。 2.2 虛擬儀器的組成 虛擬儀器一般由通用儀器硬件平臺(簡稱硬件平臺)和應(yīng)用軟件兩大部分組成。2.2.1 虛擬儀器硬件平臺 構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺有兩大部分: 1.計算機:一般為一臺PC機或者工作站，它是硬件平臺的核心。虛擬儀器使用的個人計算機中，微處理器和總線成為最重要的因素。 其中，微處理器的發(fā)展是最迅速的，它使虛擬儀器的能力得到極大地提高。80年代末制造的虛擬頻率分析儀完成一個1.024點的快速傅立葉變換需要1秒種的時間；今天的系

41、統(tǒng)可以在1毫秒內(nèi)完成同樣的運算，速度提高了一千倍。這意味著，如果以前人們是用虛擬儀器來做快速傅立葉變換觀察信號，那么今天可以利用它進(jìn)行高速的實時運算，并將之應(yīng)用于過程控制和其它控制系統(tǒng)中。 總線技術(shù)的發(fā)展也為提高虛擬儀器的處理能力提供了必要的支持。PCI線性能比ISA總線提高了近十倍，使得微處理器能夠更快地訪問數(shù)據(jù)。使用ISA總線時，插在電腦中的數(shù)據(jù)采集板的采集速度最高為2MBps；使用PCI總線時，最高采集速度可提高到132MBps。由于總線速度的大大提高，現(xiàn)在可以同時使用數(shù)塊數(shù)據(jù)采集板，甚至圖像數(shù)據(jù)采集也可以和數(shù)據(jù)采集結(jié)合在一起。 2.I/O接口設(shè)備:主要完成被測信號的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)

42、換及數(shù)/模轉(zhuǎn)換和信號輸出控制等?？筛鶕?jù)不同的總線情況采用不同的I/O接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)、GPIB總線儀器、VXI總線儀器模塊、串口儀器等，虛擬儀器構(gòu)成方式有五種類型，如圖2.2框圖所示。被測信號計算機PXI模塊VXI模塊串口儀器GPIB儀器PCDAQ圖2.2 虛擬儀器的構(gòu)成方式a.PC-DAQ系統(tǒng):以數(shù)據(jù)采集板、信號調(diào)理電路和計算機為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。采用計算機本身的總線PCI或ISA，故將數(shù)據(jù)采集卡版(DAQ)插入計算機空槽中即可。PC-DAQ/PCI插片式虛擬儀器系統(tǒng)充分利用了PC計算機的機箱、總線、電源及軟件資源，但是因而也受PC計算機機箱環(huán)境和計算

43、機總線的限制，存在諸多的不足，如電源功率不足、機箱內(nèi)噪聲干擾、插槽數(shù)目不多、總線面向計算機而非面向儀器、插卡尺寸較小、插槽之間無屏蔽、散熱條件差等。但PC-DAQ/PCI插卡式虛擬儀器在五種虛擬儀器系統(tǒng)中，是虛擬儀器最基本最廉價的構(gòu)成形式。b.GPIB系統(tǒng):以GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬 儀器測試系統(tǒng)。GPIB總線虛擬儀器測試系統(tǒng)I/O接口設(shè)備由GPIB接口卡和具有GPIB接口的儀器組成。其中GPIB接口卡完成GPIB總線和PCI總線的連接。GPIB接口儀器是一個獨立的儀器，它既可以構(gòu)成一個GPIB總線虛擬儀器測試系統(tǒng)，也可以作為獨立的單臺儀器使用。c.VXI系統(tǒng):以V

44、XI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。VXI總線系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化、模塊化的顯著優(yōu)點，它集測量、計算、通信功能于一體，是國際上20世紀(jì)如年代的一項高新科技。它不僅繼承了GPIB智能儀器和VME總線的特點，還具有高速、模塊化、易于使用等優(yōu)勢。VXI總線系統(tǒng)可簡化為資源管理器和組態(tài)寄存器兩種結(jié)構(gòu)。d. PXI系統(tǒng):以PXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。PXI的重要特性之一是維護了與標(biāo)準(zhǔn)Compact PCI產(chǎn)品的互操作性。但許多PXI兼容系統(tǒng)所需要的組件也許并不需要完整的PXI總線特征。例如，用戶或許要在PXI機箱中使用一個標(biāo)

45、準(zhǔn)Compact PCI網(wǎng)絡(luò)接口模塊，或者要在標(biāo)準(zhǔn)Compact PCI機箱中使用PXI兼容模塊，在這些情況下，用戶所需要的是模塊的基本功能而不是完整的PXI特性。e.串口系統(tǒng):以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。RS-232總線是早期采用的通用單行總線，最初多用于數(shù)據(jù)通信上，但隨著工業(yè)測控行業(yè)的發(fā)展，許多測量儀器都帶有RS-232串口總線接口。將帶有RS-232總線接口的儀器作為I/O接口設(shè)備通過RS-232串口總線與PC計算機組成虛擬儀器系統(tǒng)目前仍然是虛擬儀器的構(gòu)成方式之一，主要適用于速度較低的測試系統(tǒng)，與GPIB總線、VXI總線、PXI總線相比，它的接

46、口簡單，使用方便。當(dāng)今，PC計算機己更多地采用了USB總線和IEEE1394總線。尤其是IEEE1394總線，它是一種高速串行總線，由它構(gòu)建的虛擬儀器系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸速度己經(jīng)達(dá)到100Mb /s。 無論上述哪種VI系統(tǒng)，都是通過應(yīng)用軟件將儀器硬件與通用計算機相結(jié)合。其中，PC-DAQ測量系統(tǒng)是構(gòu)成VI的最基本的方式，也是最廉價的方式。2.2.2 虛擬儀器的軟件系統(tǒng) 虛擬儀器軟件由兩大部分構(gòu)成，即應(yīng)用程序和I/O接口儀器驅(qū)動程序。1.應(yīng)用程序（它包含兩個方面的程序）：a.實現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序；b.定義儀器測試功能的流程圖軟件程序。2.I/O接口儀器驅(qū)動程序：這類程序用來完成特定外部硬件

47、設(shè)備的擴展、驅(qū)動與通信。 輸入/輸出(I/O)接口軟件存在于儀器(即I/O接口設(shè)備)與儀器驅(qū)動程序之間，是一個完成對儀器內(nèi)部寄存器單元進(jìn)行直接存取數(shù)據(jù)操作，對VXI背板總線與器件作測試和控制，并為儀器與儀器驅(qū)動程序提供信息傳遞的底層軟件層，是實現(xiàn)開放的、統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心。在VPP系統(tǒng)規(guī)范中，詳細(xì)規(guī)定了虛擬儀器系統(tǒng)輸入/輸出(I/O)接口軟件的特點、組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)規(guī)范，并將符合VPP規(guī)范的虛擬儀器系統(tǒng)輸入/輸出(I/O)接口軟件定義為VISA軟件。每個儀器模塊均有自己的儀器驅(qū)動程序。儀器驅(qū)動程序的實質(zhì)是為用戶提供了用于儀器操作的較抽象的操作函數(shù)集。對于應(yīng)用程序來說，它對儀器的

48、操作是通過儀器驅(qū)動程序來實現(xiàn)的;儀器驅(qū)動程序?qū)τ趦x器的操作與管理，又是通過輸入/輸出(I/O)軟件所提供的統(tǒng)一基礎(chǔ)與格式的函數(shù)庫(VISA庫)的調(diào)用來實現(xiàn)的。對于應(yīng)用程序設(shè)計人員來說，一旦有了儀器驅(qū)動程序，在不是十分了解儀器內(nèi)部操作過程階情況下，也可以進(jìn)行虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計工作。儀器驅(qū)動程序是連接上層應(yīng)用軟件與底層輸入/輸出(I/O)軟件的紐帶和橋梁。在過去，用戶只能見到儀器驅(qū)動程序的引出函數(shù)原型，儀器供應(yīng)廠家將源程序“神秘”地隱藏起來。用戶一旦發(fā)現(xiàn)供應(yīng)廠家提供的儀器驅(qū)動程序不能完全符合使用要求時，也無法對其做出修改，儀器的功能由供應(yīng)廠家而不是由用戶本身來規(guī)定的。而VPP規(guī)范明確地定義了儀器驅(qū)

49、動程序的組成結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)，明確規(guī)定儀器生產(chǎn)廠家在提供儀器模塊的同時，必須提供儀器驅(qū)動程序的源程序文件與動態(tài)鏈接庫(DLL)文件，并且由于儀器驅(qū)動程序的編寫是在VISA軟件的基礎(chǔ)上，因此儀器驅(qū)動程序之間有很大的互參考性，儀器驅(qū)動程序的源程序也容易理解。這樣，用戶就可以修改儀器驅(qū)動程序，可以對儀器功能進(jìn)行擴展，將儀器使用的主動權(quán)真正交給了用戶。開發(fā)虛擬儀器，必須有合適的軟件開發(fā)平臺，目前己經(jīng)有多種虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺，大體可分為兩類：a.基于文本式編程語言：如C, Visual C+, Visual Basic, Labwindows/CVI等。b.基于圖形化編程語言：如LabVIEW, HPVE

50、E等。這些軟件開發(fā)工具為用戶設(shè)計虛擬儀器應(yīng)用軟件提供了最大限度的方便條件與良好的開發(fā)環(huán)境。本文采用的是NI公司的圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW 8.0。2.2.3 VISA簡介VISA是虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)的縮寫，即Virtual Instrument Software Architecture，實質(zhì)上是一個I/O接口軟件庫及其規(guī)范的總稱，一般情況下，就將這個I/O接口軟件庫稱為VISA庫。1.VISA的由來8以往的虛擬儀器開發(fā)過程中，I/O接口設(shè)備驅(qū)動控制軟件的開發(fā)沒有制定同意的規(guī)范，儀器廠商按照各自的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)I/O接口設(shè)備驅(qū)動控制軟件出售給用戶。由于沒有同意的規(guī)范約束，只能專用而沒有

51、通用性，因此不同類型的或不同廠家的I/O接口設(shè)備必須專門來設(shè)計它的驅(qū)動程序。由于這種不可互換性，因而造成用戶在集成、使用和維護虛擬儀器系統(tǒng)時重復(fù)投入了大量的資金。為了推動虛擬儀器軟件標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程，VXIPlug&Play聯(lián)盟于1996年完成了對VISA規(guī)范的開發(fā)工作，并將各個函數(shù)的原型以標(biāo)準(zhǔn)的形式發(fā)布。API (Application program Interface)是應(yīng)用軟件開發(fā)接口，實質(zhì)是一組函數(shù)集，通過它可以直接訪問計算機的硬件設(shè)備。VISA是用于虛擬儀器系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的API。VISA本身不具備編程能力，它是一個高層API，通過調(diào)用底層驅(qū)動程序來實現(xiàn)對儀器的編程。其層次如圖2.

52、3所示。 VISAGPIBVXISerial圖2.3 VISA的層次結(jié)構(gòu)2. VISA體系結(jié)構(gòu)的組成根據(jù)VPP (VXIPlug&Play，簡稱VPP)系統(tǒng)規(guī)范的定義，VISA的結(jié)構(gòu)應(yīng)包含三部分，如圖2.4所示。采用VPP標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口軟件就是VISA。 應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境 應(yīng)用軟件儀器驅(qū)動程序I/O接口軟件圖2.4 VISA的體系結(jié)構(gòu)a.輸人/輸出(I/O)接口軟件;b.儀器驅(qū)動程序;c.應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境。3. VISA的特點與其它現(xiàn)存的I/O接口軟件相比，VISA具有以下幾個特點:a.VISA的I/O控制功能適用于各種儀器類型。VISA包含了VXI儀器, GPIB儀器、RS-232

53、串行儀器等各類儀器的控制操作，也包含了消息基器件、寄存器器件、存儲器器件等儀器的操作，其形式上是統(tǒng)一的。b.VISA的I/O控制功能適用于各種儀器硬件接口類型；以VXI系統(tǒng)為例，無論采用了嵌入式計算機的結(jié)構(gòu)，或MXI外掛式結(jié)構(gòu)，或GPIB外掛式，對于VXI儀器的操作函數(shù)是一樣的；同樣，無論VXI儀器在系統(tǒng)中的邏輯地址有何不同，儀器操作函數(shù)也是一致的。c.VISA的I/O控制功能適用于單處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也適用于多處理器結(jié)構(gòu)或分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。d.VISA的I/O控制功能適用于多種網(wǎng)絡(luò)機制。無論虛擬儀器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成為VXI多機箱擴展網(wǎng)絡(luò)還是以太網(wǎng)，儀器操作是一致的。VISA的I/O軟件庫的源程序是唯

54、一的，其與操作系統(tǒng)及編程語言無關(guān)，只是提供了標(biāo)準(zhǔn)形式的API文件作為系統(tǒng)的輸出。當(dāng)我們要組建一個GPIB測試系統(tǒng)，如果不用VISA編程時，則當(dāng)換用另一家公司的GPIB設(shè)備或者換成其它總線儀器設(shè)備時，需要重新編寫I/O接口軟件：但當(dāng)我們采用的是標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口軟件VISA時，我們只需要安裝它自帶的驅(qū)動軟件即可。 4.VISA的現(xiàn)狀及發(fā)展通用儀器總線GPIB于1978年問世，實現(xiàn)了計算機與測量系統(tǒng)的首次結(jié)合。它標(biāo)志著測量儀器從獨立的手工操作單臺儀器走向程控多臺儀器的自動測試系統(tǒng)，是虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的第一階段。虛擬儀器技術(shù)沿著兩條主線發(fā)展：GPIBVXI, PXI； PCI標(biāo)推串口IEEE1394通

55、用高速串行總線。1987年GPIB儀器總線與VME微機總線結(jié)合，誕生了VXI標(biāo)準(zhǔn)儀器總線。發(fā)展至今，由于總線類型的不同，形成了目前虛擬儀器的五種構(gòu)成方式。軟、硬件體系結(jié)構(gòu)各不相同的總線儀器如何兼容成為一個突出的問題。所以，儀器標(biāo)淮化程度也在不斷的推行與增強，在1993年成立了VXI即插即用系統(tǒng)聯(lián)盟之后，1998年美國一些儀器廠家又成立了可互換虛擬儀器(1V1)基金會，提出了以計算機系統(tǒng)中即插即用為基礎(chǔ)的可互換虛擬儀器思想。推行標(biāo)準(zhǔn)化以期實現(xiàn)不同廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品或不同體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品相互兼容，在相互取代時不必重新編寫驅(qū)動程序，這就帶來了 VISA技術(shù)的發(fā)展。2.3 虛擬儀器的功能及特點2.3.1 虛擬

56、儀器的功能 虛擬儀器利用個人計算機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對儀器的控制，數(shù)據(jù)分析與顯示，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，改變傳統(tǒng)儀器的使用方式，提高儀器的功能和使用效率，大幅度降低儀器價格，使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。虛擬儀器廣泛應(yīng)用于電子測量、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。虛擬儀器的基本功能主要有以下三點9：1.信號調(diào)理與采集功能此項功能主要是由虛擬儀器的硬件平臺完成的。儀器硬件可以是插入式數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍電路，或者是帶標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器，如GPIB,VXI,PXI,STD,PCI總線儀器和網(wǎng)絡(luò)化儀器等。2.數(shù)據(jù)分析與處理功能虛擬儀器充分利用了計算機的高速存儲功能、運算功能，并通過軟件實現(xiàn)對輸入信號的分析處理，如數(shù)字濾波、統(tǒng)計處理、數(shù)值計算、信號分析、數(shù)據(jù)壓縮、模式識別等數(shù)字信號處理。3.參數(shù)設(shè)置和結(jié)果表達(dá)功能虛擬儀器充分利用計算機的人機對話功能，完成儀器的各種工作參數(shù)的設(shè)置，如功能、頻段、量程等參數(shù)的設(shè)置，對測量結(jié)果的表達(dá)與輸出有多種方式，如屏幕顯示，電、磁、光存儲，繪圖打印，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。虛擬儀器最常見的應(yīng)用是