虛擬儀器概述

第1章虛擬儀器概述第一頁，共五十二頁。2023/4/191引子所有的測量儀器主要功能可由①數(shù)據(jù)采集②數(shù)據(jù)測試和分析③結(jié)果輸出顯示等三大部分組成，其中數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出完全可由基于計算機(jī)的軟件系統(tǒng)來完成，因此只要另外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可構(gòu)成由計算機(jī)組成的測量儀器。第二頁，共五十二頁。2023/4/1921.1虛擬儀器的概念虛擬儀器指的是具有虛擬儀器面板的個人計算機(jī)儀器。它由通用個人計算機(jī)、模塊化功能硬件和控制軟件所組成。操作人員通過友好的圖形用戶界面以及圖形化編程語言來控制儀器的運行，以完成對被測試量的采集、分析、判斷、顯示、存儲以及數(shù)據(jù)生成。

第三頁，共五十二頁。2023/4/1931.1虛擬儀器的概念在虛擬儀器當(dāng)中，PC機(jī)并不僅僅是起了顯示器的作用。虛擬儀器是把儀器的部分功能軟件化，封裝形成模塊，以供調(diào)用(即實現(xiàn)軟件功能的即插就用，Plug&Play)；而系統(tǒng)必要的一些硬件，如數(shù)據(jù)采集電路等也設(shè)計成各種功能模塊，即各種硬件插卡，以供選用。第四頁，共五十二頁。2023/4/1941.1虛擬儀器的概念傳統(tǒng)儀器廠商定義功能虛擬儀器用戶定義功能第五頁，共五十二頁。2023/4/195虛擬儀器是在計算機(jī)上顯示傳統(tǒng)儀器面板，它將硬件電路完成的信號調(diào)理和處理功能由計算機(jī)程序完成。儀器技術(shù)的發(fā)展過程第六頁，共五十二頁。2023/4/196第一代：模擬式儀器儀表如指針式電流、電壓、萬用表、模擬式信號產(chǎn)生器等，它們對測量結(jié)果進(jìn)行指示的基本結(jié)構(gòu)是電磁機(jī)械式結(jié)構(gòu)。第二代：數(shù)字化儀器如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計、數(shù)顯表、記憶示波器等。它是將模擬信號的測量轉(zhuǎn)為數(shù)字信號的測量，并以數(shù)字方式輸出和顯示結(jié)果。儀器技術(shù)的發(fā)展過程第七頁，共五十二頁。2023/4/197第三代：智能儀器內(nèi)置有微處理器，能進(jìn)行自動測試并具有一定的數(shù)據(jù)處理功能。其功能模塊是硬件和固化的軟件，靈活性差。第四代：虛擬儀器是計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它幾乎克服了傳統(tǒng)硬件化儀器的所有缺點，是測試儀器的發(fā)展方向。儀器技術(shù)的發(fā)展過程第八頁，共五十二頁。2023/4/198(2)虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)：20世紀(jì)90年代中期開始引進(jìn)、研究和開發(fā)工作，目前已取得了很大進(jìn)展。如重慶大學(xué)已成功開發(fā)了15類30余種直接的虛擬儀器并在全國推廣。國外：20世紀(jì)80年代以來，NI公司研制和推出了多種總線系統(tǒng)的虛擬儀器，其代表產(chǎn)品LabVIEW圖形編程系統(tǒng)已廣泛使用。隨后HP公司也推出了HPVEE編程系統(tǒng)。后來世界上又陸續(xù)百家公司如Tektronix公司、Racal公司也相繼推出了各自的產(chǎn)品。1988年，全球只有5家制造商推出的30余種產(chǎn)品；1994年，已有90余家近1000多種產(chǎn)品問世。據(jù)“國際自動化儀表”雜志1999年預(yù)測：到21世紀(jì)前十年，全世界將有50%的儀器儀表為虛擬儀器，其生產(chǎn)廠家將超過千家，產(chǎn)品將達(dá)到數(shù)千種。市場占有率將達(dá)到電測儀器儀表的50%以上。第九頁，共五十二頁。2023/4/199VI傳統(tǒng)儀器軟件使得開發(fā)與維護(hù)費用降至最低開發(fā)與維護(hù)開銷高技術(shù)更新周期短(1～2年)技術(shù)更新周期長(5～10年)關(guān)鍵是軟件關(guān)鍵是硬件價格低、可復(fù)用與可重配置性強(qiáng)價格昂貴用戶定義儀器功能廠商定義儀器功能開放、靈活，計算機(jī)技術(shù)同步發(fā)展封閉、固定與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)功能單一的獨立設(shè)備傳統(tǒng)儀器:廠商定義虛擬儀器:用戶定義第十頁，共五十二頁。2023/4/1910PXIVXIGPIBDAQIMAQMotion硬件板卡軟件程序解決方案軟件驅(qū)動模塊第十一頁，共五十二頁。2023/4/1911GPIB接口卡測控對象信號調(diào)理GPIB接口儀器現(xiàn)場總線（Fieldbus）設(shè)備串行口儀器/PLC數(shù)據(jù)采集卡PC機(jī)或工作站虛擬儀器軟件開發(fā)平臺

VXI儀器虛擬儀器構(gòu)成框圖第十二頁，共五十二頁。2023/4/1912第十三頁，共五十二頁。2023/4/1913一些常用的虛擬儀器板卡DAQCardIMAQCardFieldPointMotionControlCard第十四頁，共五十二頁。2023/4/19141.1虛擬儀器的概念虛擬儀器系統(tǒng)是由計算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件三大要素構(gòu)成的。計算機(jī)與儀器硬件又稱為VI的通用儀器硬件平臺。第十五頁，共五十二頁。2023/4/19151.1虛擬儀器的概念軟件技術(shù)是虛擬儀器的核心技術(shù)。常用的儀器用開發(fā)軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW應(yīng)用最為廣泛。第十六頁，共五十二頁。2023/4/19161.2什么是LabVIEW?LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標(biāo)表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向。第十七頁，共五十二頁。2023/4/1917第十八頁，共五十二頁。2023/4/19181.2什么是LabVIEW?LabVIEW程序被稱為VI（VirtualInstrument），即虛擬儀器。LabVIEW的核心概念就是“軟件即是儀器”，即虛擬儀器的概念。LabVIEW還包含了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示與存儲等。第十九頁，共五十二頁。2023/4/19191.3LabVIEW可以做什么?LabVIEW在測試、測量和自動化等領(lǐng)域具有最大的優(yōu)勢，因為LabVIEW提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲。用戶可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成一套完整的從儀器連接、數(shù)據(jù)采集到分析、顯示和存儲的自動化測試測量系統(tǒng)。它被廣泛地應(yīng)用于汽車、通信、航空、半導(dǎo)體、電子設(shè)計生產(chǎn)、過程控制和生物醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。第二十頁，共五十二頁。2023/4/19201.3LabVIEW可以做什么?LabVIEW不僅可以用來快速搭建小型自動化測試測量系統(tǒng)，還可以被用來開發(fā)大型的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。在美國LawrenceLivermore國家實驗室，一個花費2000萬美金的極為復(fù)雜的飛秒激光切割系統(tǒng)就是基于LabVIEW開發(fā)的。在北京正負(fù)電子對撞機(jī)二期工程北京譜儀慢控制系統(tǒng)中，大約有30種物理量共7000多點的現(xiàn)場數(shù)據(jù)點需要實時采集控制和分析記錄等。第二十一頁，共五十二頁。2023/4/1921第二十二頁，共五十二頁。2023/4/19221.4LabVIEW的發(fā)展歷程第二十三頁，共五十二頁。2023/4/19231.5初步認(rèn)識LabVIEW第二十四頁，共五十二頁。2023/4/1924LabVIEW8.2啟動界面VI程序和工程創(chuàng)建欄新近打開的工程和VI程序列表欄幫助資源列表欄第二十五頁，共五十二頁。2023/4/1925前面板和程序框圖LabVIEW程序被稱為VI，擴(kuò)展名默認(rèn)為.vi框圖窗口前面板窗口圖標(biāo)第二十六頁，共五十二頁。2023/4/1926控件選板第二十七頁，共五十二頁。2023/4/1927控件選板控件選板在前面板顯示，它包含創(chuàng)建前面板時可用的全部對象。控件選板中的基本常用控件可以以現(xiàn)代（modern）、經(jīng)典（classic）和系統(tǒng)（system）三種風(fēng)格顯示。選擇主菜單View->ControlsPalette選項或右擊前面板空白處就可以顯示控件選板。第二十八頁，共五十二頁。2023/4/1928函數(shù)選板第二十九頁，共五十二頁。2023/4/1929函數(shù)選板函數(shù)選板只能在編輯程序框圖時使用，與控件選板的工作方式大體相同。創(chuàng)建框圖程序常用的VI和函數(shù)對象都包含在該選板中。選擇View->FunctionsPalette或右擊框圖面板空白處就可以顯示函數(shù)選板。第三十頁，共五十二頁。2023/4/1930工具選板第三十一頁，共五十二頁。2023/4/1931工具選板在前面板和程序框圖中都可以使用工具選板，使用其中不同的工具可以操作、編輯或修飾前面板和程序框圖中選定的對象，也可以用來調(diào)試程序等?？梢赃x擇View->ToolsPalette選項來顯示工具選板第三十二頁，共五十二頁。2023/4/1932善用LabVIEW聯(lián)機(jī)幫助LabVIEW為用戶提供了非常全面的幫助信息，有效地利用幫助信息是快速掌握LabVIEW的一條捷徑。LabVIEW提供了各種獲取幫助信息的方法，包括實時上下文幫助（ShowContextHelp）、聯(lián)機(jī)幫助、LabVIEW范例查找器（FindExamples）、網(wǎng)絡(luò)資源（WebResources）等。第三十三頁，共五十二頁。2023/4/1933實時上下文幫助窗口單擊此處訪問更詳細(xì)的聯(lián)機(jī)幫助更多幫助信息鎖定上下文相關(guān)幫助顯示VI路徑第三十四頁，共五十二頁。2023/4/1934實時上下文幫助窗口選擇菜單欄中Help->ShowContextHelp選項或按下Ctrl+H，就會彈出ContextHelp窗口。

當(dāng)鼠標(biāo)移到某個對象或函數(shù)上時，上下文幫助窗口就會顯示相應(yīng)的幫助信息。第三十五頁，共五十二頁。2023/4/1935聯(lián)機(jī)幫助文檔第三十六頁，共五十二頁。2023/4/1936聯(lián)機(jī)幫助文檔當(dāng)單擊ContextHelp窗口中Detailedhelp會彈出相應(yīng)的完整的幫助信息。這是一個Windows標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)格的幫助窗口，包含了LabVIEW全部的幫助信息。你也可以選擇主菜單Help->SearchtheLabVIEWHelp選項打開它。第三十七頁，共五十二頁。2023/4/1937范例查找器第三十八頁，共五十二頁。2023/4/1938范例查找器LabVIEW提供了大量的范例，這些范例幾乎包含了LabVIEW所有功能的應(yīng)用實例，并提供了大量的綜合應(yīng)用實例。在菜單欄中選擇Help->FindExamples選項可以打開范例查找器。第三十九頁，共五十二頁。2023/4/1939編輯前面板LabVIEW中的前面板是圖形化的人機(jī)界面，利用控件選項板提供的各種控件可以所見即所得地編輯豐富多彩的人機(jī)界面。第四十頁，共五十二頁。2023/4/1940(1)輸入控件（Controls）和顯示控件（Indicator）

利用輸入控件可以輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，例如數(shù)字、布爾量、字符串和文件路徑等。第四十一頁，共五十二頁。2023/4/1941(1)輸入控件（Controls）和顯示控件（Indicator）顯示控件用來顯示數(shù)據(jù)。顯示控件有數(shù)字、溫度計、LED指示燈、文本、波形圖等。第四十二頁，共五十二頁。2023/4/1942(1)輸入控件（Controls）和顯示控件（Indicator）前面板中的一些控件既可以作為輸入控件也可以做作為顯示控件。右擊控件，選擇ChangetoIndicator或ChangetoControl可以進(jìn)行輸入控件與顯示控件之間的切換。第四十三頁，共五十二頁。2023/4/1943控件屬性前面板中的每個控件都有自己的屬性，如控件的顏色、最大最小值、顯示精度和方式等。許多屬性都可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行編輯。右擊前面板任何一個控件選擇Properties選項就可以彈出該控件的屬性配置窗口。第四十四頁，共五十二頁。2023/4/1944編輯程序框圖程序框圖是圖形化源代碼的集合，這種圖形化的編程語言也稱為G語言。第四十五頁，共五十二頁。2023/4/1945程序框圖中的控件對象程序框圖中的控件對象實際上是前面板相應(yīng)控件的接線端

前面板控件程序框圖中對應(yīng)的接線端第四十六頁，共五十二頁。2023/4/1946程序框圖節(jié)點LabVIEW中的程序框圖節(jié)點是指帶有輸入和輸出接線端的對象，類似文本編程語言中的語句、運算符、函數(shù)和子程序。LabVIEW中的節(jié)點主要包括函數(shù)、結(jié)構(gòu)、ExpressVI、子VI等。第四十七頁，共五十二頁。2023/4/1947對象連線

第四十八頁，共五十二頁。2023/4/1948運行VI1．運行VI

單擊前面板或程序框圖工具欄中的運行按鈕就可以運行VI一次，當(dāng)VI正在運行時，運行按鈕變?yōu)闋顟B(tài)。2．停止VI運行 當(dāng)程序運行時，停止按鈕由編輯時的狀態(tài)，變?yōu)榭捎脿顟B(tài)，單擊此按鈕可強(qiáng)行停止程序的運行。如果調(diào)試程序時，使程序無意中進(jìn)入死循環(huán)或無法退出時，這個按鈕可以強(qiáng)行