第1章認(rèn)識(shí)虛擬儀器

1、第1章 認(rèn)識(shí)虛擬儀器 虛擬儀器一種對(duì)現(xiàn)實(shí)中各類(lèi)儀器的用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬的儀器。它能完成現(xiàn)實(shí)中儀器所能完成的大部功能。本章先對(duì)虛擬儀器作了入門(mén)性介紹，也是對(duì)以后所學(xué)知識(shí)的總體介紹和總結(jié)，然后引出LabVIEW。學(xué)習(xí)完本章后，使讀者對(duì)LabVIEW有一個(gè)過(guò)渡性的認(rèn)識(shí)。1.1 什么是虛擬儀器 所謂虛擬儀器是指并不是存在于現(xiàn)實(shí)中的儀器。它主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行一些儀器的功能模擬，來(lái)完成儀器的功能。本小節(jié)將對(duì)虛擬儀器進(jìn)行介紹和說(shuō)明。1.1.1 虛擬儀器簡(jiǎn)介 虛擬儀器（Virtual Instruments，簡(jiǎn)稱(chēng)VI）是個(gè)全新的概念，是計(jì)算機(jī)和儀器技術(shù)的結(jié)晶。同樣，它也是測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)深層次結(jié)合的產(chǎn)物。從

2、計(jì)算機(jī)和儀器兩者的結(jié)合粗略地講，虛擬儀器可以分為智能儀器和虛擬儀器。它們的區(qū)別是，前者把計(jì)算機(jī)裝入儀器，后者把儀器裝入計(jì)算機(jī)。虛擬儀器把計(jì)算機(jī)的處理器、存儲(chǔ)器、顯示器和儀器的數(shù)模變換器、模數(shù)變換器、數(shù)字輸入輸出等結(jié)合到一起，用于數(shù)據(jù)的分析處理、傳輸、顯示等，如圖1.1所示。它充分利用了計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量計(jì)算和存儲(chǔ)。1.1.2 虛擬儀器的特征 虛擬儀器從出現(xiàn)到現(xiàn)在的廣泛應(yīng)用，經(jīng)歷的短短的幾十年，可以說(shuō)它的發(fā)展速度是相當(dāng)快的。尤其是近年來(lái)在各行各業(yè)中大量應(yīng)用此技術(shù)，它的迅速發(fā)展，主要是有以下幾點(diǎn)特征。 1性能高 2擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活性好 3智能化程度高 4界面友好 5開(kāi)發(fā)時(shí)間少 6兼容性1

3、.1.3 虛擬儀器發(fā)展過(guò)程 世界是最早開(kāi)發(fā)和應(yīng)用虛擬儀器公司是National Instruments Corporation公司。 由于虛擬儀器具有先進(jìn)的性能和廣泛的應(yīng)用前景，在NI公司之后還有一些國(guó)際知名廠商也加入到虛擬儀器的研發(fā)當(dāng)中。例如，HP公司、PC儀器公司、Racal公司等先后研發(fā)了一些儀器，但NI公司仍然處于領(lǐng)先地位。1.2 虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 虛擬儀器可以在相同的硬件平臺(tái)下，通過(guò)不同的軟件開(kāi)發(fā)。常見(jiàn)的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件是National Instruments（NI）公司提供的LabVIEW和LabWindows/CVI兩種。這兩種編程有質(zhì)的區(qū)別，下面分別對(duì)比講解兩種軟件的不同

4、。1.2.1 LabWindows/CVI的使用 LabWindows/CVI是NI公司推出的一種基于標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它非常適合于開(kāi)發(fā)面向測(cè)控領(lǐng)域的基于Windows的圖形化應(yīng)用軟件。它以ANSI、和擴(kuò)展集為基本編程語(yǔ)言，含有豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，如RS232、GPIB、VISA、數(shù)據(jù)分析與處理、TCP協(xié)議函數(shù)庫(kù)等。它可以滿足測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)傳輸及處理等各種需要。1.2.2 LabVIEW的使用 LabVIEW是NI公司推出的一種圖形化編程語(yǔ)言，其全稱(chēng)是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench。LabVIEW的源程序完全是

5、圖形化框圖，沒(méi)有文本代碼。LabVIEW平臺(tái)上編寫(xiě)的程序擴(kuò)展名是VI。傳統(tǒng)指令編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句的含義和邏輯的先后順序進(jìn)行程序編譯。但是LabVIEW 軟件則采用數(shù)據(jù)流方式編程。后面板程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的邏輯與執(zhí)行順序。指令及表示的含義由圖標(biāo)表示，數(shù)據(jù)流向由表示連線。本書(shū)下面將著重講解LabVIEW這一虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)。1.3 LabVIEW簡(jiǎn)介 LabVIEW自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的過(guò)程，如今已被大家所認(rèn)可。它是當(dāng)前測(cè)控領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)，也代表著未來(lái)虛擬儀器的發(fā)展方向。它是圖形化的編程語(yǔ)言，類(lèi)似于傳統(tǒng)的文本編程語(yǔ)言中的函數(shù)或子程序。用它開(kāi)發(fā)的軟件稱(chēng)為虛擬儀器，在操作界

6、面上的現(xiàn)實(shí)上的儀器完全一樣，功能比現(xiàn)實(shí)中的傳統(tǒng)儀器還要強(qiáng)大。1.3.1 LabVIEW系統(tǒng)的構(gòu)成及應(yīng)用 LabVIEW系統(tǒng)的構(gòu)成相當(dāng)復(fù)雜，但大體上由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及保存模塊構(gòu)成，如圖1.2所示。按軟硬件分類(lèi)，LabVIEW由兩部分組成。 1硬件獲取測(cè)試對(duì)象的被測(cè)信號(hào) 2測(cè)試軟件控制1.3.2 LabVIEW軟件的安裝 LabVIEW軟件包有許多張光盤(pán)，但安裝光盤(pán)只有一張，需要先進(jìn)行安裝。對(duì)LabVIEW軟件安裝好后，可以再根據(jù)需要安裝相關(guān)的驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)的安裝比較簡(jiǎn)單，按照界面提示和自己的安裝要求進(jìn)行安裝即可。1.3.3 LabVIEW的學(xué)習(xí)技巧 LabVIEW是圖形化的程序語(yǔ)言，在編程時(shí)不再使用繁瑣的代碼，而是使用一些圖形表示，并以圖形之間的邏輯關(guān)系對(duì)它們進(jìn)行組合。這樣就利用了大家熟悉的編程基本語(yǔ)言、圖標(biāo)和規(guī)則進(jìn)行編程。因而LabVIEW是一個(gè)面向最終編程用戶(hù)的軟件。它能夠快速地組建成一個(gè)系統(tǒng)，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，從而完成功能強(qiáng)大的操作。1.4 小結(jié) 本章對(duì)虛擬儀器作了簡(jiǎn)要說(shuō)明，同時(shí)也對(duì)LabVIEW軟件進(jìn)行了概述。本章的重點(diǎn)是對(duì)虛擬儀器進(jìn)行大概的認(rèn)識(shí)，還要對(duì)虛擬儀器和LabVIEW的關(guān)系有一個(gè)初步地了解。第2章將以一個(gè)實(shí)例開(kāi)始，對(duì)LabVIEW編程軟件和操作方法進(jìn)行講解。1.5 練習(xí)題 1什