虛擬儀器概述

第1章虛擬儀器概述引子一切的丈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結果輸出顯示等三大部分組成，其中數(shù)據(jù)分析和結果輸出完全可由基于計算機的軟件系統(tǒng)來完成，因此只需另外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可構成由計算機組成的丈量儀器。2024/1/1821.1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儀器。它由通用個人計算機、模塊化功能硬件和控制軟件所組成。操作人員經(jīng)過友好的圖形用戶界面以及圖形化編程言語來控制儀器的運轉，以完成對被測試量的采集、分析、判別、顯示、存儲以及數(shù)據(jù)生成。2024/1/1831.1虛擬儀器的概念在虛擬儀器當中，PC機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，封裝構成模塊，以供調用(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)采集電路等也設計成各種功能模塊，即各種硬件插卡，以供選用。2024/1/1841.1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2024/1/185虛擬儀器是在計算機上顯示傳統(tǒng)儀器面板，它將硬件電路完成的信號調理和處置功能由計算機程序完成。儀器技術的開展過程2024/1/186第一代：模擬式儀器儀表如指針式電流、電壓、萬用表、模擬式信號產生器等，它們對丈量結果進展指示的根本構造是電磁機械式構造。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。它是將模擬信號的丈量轉為數(shù)字信號的丈量，并以數(shù)字方式輸出和顯示結果。儀器技術的開展過程2024/1/187第三代：智能儀器內置有微處置器，能進展自動測試并具有一定的數(shù)據(jù)處置功能。其功能模塊是硬件和固化的軟件，靈敏性差。第四代：虛擬儀器是計算機技術、數(shù)據(jù)通訊技術和丈量技術相結合的產物，它幾乎抑制了傳統(tǒng)硬件化儀器的一切缺陷，是測試儀器的開展方向。儀器技術的開展過程2024/1/188(2)虛擬儀器的開展現(xiàn)狀國內：20世紀90年代中期開場引進、研討和開發(fā)任務，目前已獲得了很大進展。如重慶大學已勝利開發(fā)了15類30余種直接的虛擬儀器并在全國推行。國外：20世紀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，其代表產品LabVIEW圖形編程系統(tǒng)已廣泛運用。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品。1988年，全球只需5家制造商推出的30余種產品；1994年，已有90余家近1000多種產品問世。據(jù)“國際自動化儀表〞雜志1999年預測：到21世紀前十年，全世界將有50%的儀器儀表為虛擬儀器，其消費廠家將超越千家，產品將到達數(shù)千種。市場占有率將到達電測儀器儀表的50%以上。2024/1/189VI傳統(tǒng)儀器軟件使得開發(fā)與維護費用降至最低開發(fā)與維護開銷高技術更新周期短(1～2年)技術更新周期長(5～10年)關鍵是軟件關鍵是硬件價錢低、可復用與可重配置性強價錢昂貴用戶定義儀器功能廠商定義儀器功能開放、靈敏，計算機技術同步開展封鎖、固定與網(wǎng)絡及其它周邊設備互聯(lián)功能單一的獨立設備傳統(tǒng)儀器:廠商定義虛擬儀器:用戶定義2024/1/1810PXIVXIGPIBDAQIMAQMotion硬件板卡軟件程序處理方案軟件驅動模塊2024/1/1811GPIB接口卡測控對象信號調理GPIB接口儀器現(xiàn)場總線〔Fieldbus〕設備串行口儀器/PLC數(shù)據(jù)采集卡PC機或任務站虛擬儀器軟件開發(fā)平臺

VXI儀器虛擬儀器構成框圖2024/1/18122024/1/1813一些常用的虛擬儀器板卡DAQCardIMAQCardFieldPointMotionControlCard2024/1/18141.1虛擬儀器的概念虛擬儀器系統(tǒng)是由計算機、運用軟件和儀器硬件三大要素構成的。計算機與儀器硬件又稱為VI的通用儀器硬件平臺。2024/1/18151.1虛擬儀器的概念軟件技術是虛擬儀器的中心技術。常用的儀器用開發(fā)軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW運用最為廣泛。2024/1/18161.2什么是LabVIEW?LabVIEW〔LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench〕是一種用圖標替代文本行創(chuàng)建運用程序的圖形化編程言語。傳統(tǒng)文本編程言語根據(jù)語句和指令的先后順序決議程序執(zhí)行順序，而LabVIEW那么采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決議了程序的執(zhí)行順序。它用圖標表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向。2024/1/18172024/1/18181.2什么是LabVIEW?LabVIEW程序被稱為VI〔VirtualInstrument〕，即虛擬儀器。LabVIEW的中心概念就是“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。2024/1/18191.3LabVIEW可以做什么?LabVIEW在測試、丈量和自動化等領域具有最大的優(yōu)勢，由于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)分鐘內完成一套完好的從儀器銜接、數(shù)據(jù)采集到分析、顯示和存儲的自動化測試丈量系統(tǒng)。它被廣泛地運用于汽車、通訊、航空、半導體、電子設計消費、過程控制和生物醫(yī)學等各個領域。2024/1/18201.3LabVIEW可以做什么?LabVIEW不僅可以用來快速搭建小型自動化測試丈量系統(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，一個破費2000萬美金的極為復雜的飛秒激光切割系統(tǒng)就是基于LabVIEW開發(fā)的。在北京正負電子對撞機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)點需求實時采集控制和分析記錄等。2024/1/18212024/1/18221.4LabVIEW的開展歷程2024/1/18231.5初步認識LabVIEW2024/1/1824LabVIEW8.2啟動界面VI程序和工程創(chuàng)建欄新近翻開的工程和VI程序列表欄協(xié)助資源列表欄2024/1/1825前面板和程序框圖LabVIEW程序被稱為VI，擴展名默以為.vi框圖窗口前面板窗口圖標2024/1/1826控件選板2024/1/1827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?？丶x板中的根本常用控件可以以現(xiàn)代〔modern〕、經(jīng)典〔classic〕和系統(tǒng)〔system〕三種風格顯示。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。2024/1/1828函數(shù)選板2024/1/1829函數(shù)選板函數(shù)選板只能在編輯程序框圖時運用，與控件選板的任務方式大體一樣。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。2024/1/1830工具選板2024/1/1831工具選板在前面板和程序框圖中都可以運用工具選板，運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，也可以用來調試程序等?？梢赃x擇View->ToolsPalette選項來顯示工具選板2024/1/1832善用LabVIEW聯(lián)機協(xié)助LabVIEW為用戶提供了非常全面的協(xié)助信息，有效地利用協(xié)助信息是快速掌握LabVIEW的一條捷徑。LabVIEW提供了各種獲取協(xié)助信息的方法，包括實時上下文協(xié)助〔ShowContextHelp〕、聯(lián)機協(xié)助、LabVIEW范例查找器〔FindExamples〕、網(wǎng)絡資源〔WebResources〕等。2024/1/1833實時上下文協(xié)助窗口單擊此處訪問更詳細的聯(lián)機協(xié)助更多協(xié)助信息鎖定上下文相關協(xié)助顯示VI途徑2024/1/1834實時上下文協(xié)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。當鼠標移到某個對象或函數(shù)上時，上下文協(xié)助窗口就會顯示相應的協(xié)助信息。2024/1/1835聯(lián)機協(xié)助文檔2024/1/1836聯(lián)機協(xié)助文檔當單擊ContextHelp窗口中Detailedhelp會彈出相應的完好的協(xié)助信息。這是一個Windows規(guī)范風格的協(xié)助窗口，包含了LabVIEW全部的協(xié)助信息。他也可以選擇主菜單Help->SearchtheLabVIEWHelp選項翻開它。2024/1/1837范例查找器2024/1/1838范例查找器LabVIEW提供了大量的范例，這些范例幾乎包含了LabVIEW一切功能的運用實例，并提供了大量的綜合運用實例。在菜單欄中選擇Help->FindExamples選項可以翻開范例查找器。2024/1/1839編輯前面板LabVIEW中的前面板是圖形化的人機界面，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界面。2024/1/1840(1)輸入控件〔Controls〕和顯示控件〔Indicator〕利用輸入控件可以輸入相應的數(shù)據(jù)，例如數(shù)字、布爾量、字符串和文件途徑等。2024/1/1841(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。2024/1/1842(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可以進展輸入控件與顯示控件之間的切換。2024/1/1843控件屬性前面板中的每個控件都有本人的屬性，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)不同的需求進展編輯。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。2024/1/1844編輯程序框圖程序框圖是圖形化源代碼的集合，這種圖形化的編程言語也稱為G言語。2024/1/1845程序框圖中的控件對象程序框圖中的控件對象實踐上是前面板相應控件的接線端

前面板控件程序框圖中對應的接線端2024/1/1846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，類似文本編程言語中的語句、運算符、函數(shù)和子程序。LabVIEW中的節(jié)點主要包括函數(shù)、構造、ExpressVI、子VI等。2024/1/1847對象連線

2024/1/1848運轉VI1．運轉VI 單擊前面板或程序框圖工具欄中的運轉按鈕就可以運轉VI一次，當VI正在運轉時，運轉按鈕變?yōu)樾螤睢?．停頓VI運轉 當程序運轉時，停頓按鈕由編輯時的形狀，變?yōu)榭捎眯螤?，單擊此按鈕可強行停頓程序的運轉。假設調試程序時，使程序無意中進入死循環(huán)或無法退出時，這個按鈕可以