《虚拟仪器导论》PPT电子教案第1章 绪论.ppt

,电子工业出版社,虚拟仪器导论,电子教案,教学参考书,虚拟仪器技术分析与设计 张重雄 编著 电子工业出版社,电子信息与电气学科规划教材,第1章 绪论第2章 虚拟仪器总线接口技术第3章 虚拟仪器软件标准第4章 虚拟仪器软件开发平台LabVIEW第5章 虚拟仪器设计基础第6章 虚拟仪器数据采集与信号处理第7章 虚拟仪器通信技术第8章 虚拟仪器工程设计实例,主要内容,课程介绍,“虚拟仪器技术分析与设计”三大任务 任务之一：了解虚拟仪器基本概念 任务之二：学会使用LabVIEW8.2 任务之三：掌握虚拟仪器设计方法,第 1 章,绪 论,第1章 绪论,教学重点虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的组成虚拟仪器的特点与应用虚拟仪器技术发展趋势,1.1 虚拟仪器的基本概念,Virtual Instrument，VI什么是虚拟仪器?虚拟仪器是指在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统。,虚拟的含义,虚拟的仪器面板 传统仪器面板上的器件都是实物，而虚拟仪器面板控件是外形与实物相像的图标，其操作对应着相应的软件程序，使用鼠标或键盘操作虚拟面板的控件。虚拟仪器的测控功能 传统的仪器特别是早期的仪器，它的功能是通过硬件来实现的，而虚拟仪器是通过软件编程来实现的,仪器的发展历史,第一代仪器：模拟仪器第二代仪器：数字化仪器第三代仪器：智能仪器第四代仪器：虚拟仪器,虚拟仪器的出现,计算机技术和仪器技术结合 充分利用计算机丰富的软硬件资源，可以较大突破传统仪器在数据处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。还可以把仪器的三大功能全部放在计算机上实现。构成虚拟仪器 在计算机中插入数据采集卡，然后，用软件在屏幕上生成仪器面板，用软件来进行信号处理分析，实现传统仪器的功能，这就是虚拟仪器。,仪器概念的转变,传统仪器厂商定义功能,虚拟仪器用户定义功能,1.2 虚拟仪器的组成,虚拟仪器的组成包括硬件和软件两个基本要素。,虚拟仪器的硬件结构,虚拟仪器构成形式,基于数据采集卡的虚拟仪器基于GPIB方式的虚拟仪器基于VXI总线方式的虚拟仪器基于PXI总线方式的虚拟仪器基于LXI总线方式的虚拟仪器,在以PC 机为基础的虚拟仪器中，插入式数据采集卡DAQ(Data Acquisition)是虚拟仪器中最常用的接口形式之一。其功能是将现场数据采集到计算机，或将计算机数据输出给受控对象。,基于数据采集卡的虚拟仪器,基于GPIB方式的虚拟仪器,GPIBInterface,DMM,GPIB 电缆,GPIB(General Purpose Interface Bus)是由HP公司于1978年制定的总线标准，是传统测试仪器在数字接口方面的延伸和扩展,基于VXI总线方式的虚拟仪器,虚拟仪器技术中最引人注目的应用是基于VXI总线（VMEbus Extension for Instrumentation）平台技术的自动测试仪器系统。由于VXI总线具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多厂家支持等优点得到广泛应用。,基于PXI总线方式的虚拟仪器,PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）总线是N I公司在1997年9月1日推出的全新的开放性、模块化仪器总线规范。它以Compact PCI为基础，是PCI总线面向仪器领域的扩展。,基于LXI总线方式的虚拟仪器,2004年9月，VXI 科技公司和安捷伦公司共同推出一种适用于自动测试系统的新一代基于局域网（LAN）的模块化测量仪器接口标准LXI（LAN-based eXtensions for Instrumentation），即LAN的仪器扩展。,软件就是仪器,“软件就是仪器”，当虚拟仪器的硬件平台建立起来之后，设计、开发、研究虚拟仪器的主要任务就是编制应用程序。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪表的关键。操作者可以通过修改软件的方法，方便地改变、增减仪器系统的功能与规模。使计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的解析，完成数据的输入、存储、综合分析和输出等功能。,虚拟仪器软件层次结构,输入/输出（I/O）接口软件 I/O接口软件存在于仪器与仪器驱动程序之间，是一个完成对仪器内部寄存单元进行直接存取数据操作，为仪器驱动程序提供信息传递的低层软件，是实现开放的、统一的虚拟仪器系统的基础和核心。仪器驱动程序 仪器驱动程序是连接上层应用软件和低层I/O软件的纽带和桥梁。仪器生产厂家在提供仪器模块的同时提供仪器驱动程序应用软件 上层应用软件主要包括仪器面板控制软件和数据分析处理软件。一般是在仪器硬件厂商提供的I/O接口软件仪器驱动程序基础上进行应用软件开发。,虚拟仪器软件开发平台,基于文本式编程语言开发工具 VC+，VB，C+Build，LabWindows/CVI，Delphi等基于图形化编程语言开发工具 LabVIEW（NI 公司）HP VEE（HP 公司）,Graphical Programming,虚拟仪器前面图,虚拟仪器程序框图,虚拟仪器系统,以PC-DAQ接口的虚拟仪器为例，虚拟仪器的整体结构如图,Hardware&Driver Software,GPIB,Serial,DAQ,VXI,Image Acquisition,MotionControl,Measurement Studio LabVIEW,Typical VI Systems,1.3 虚拟仪器的特点与应用,虚拟仪器的优势,丰富和增强了传统仪器的功能。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理。仪器由用户自己定义。开放的工业标准。虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，使资源的可重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开发费用降低。便于构成复杂的测试系统。可通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、监控、和诊断。可节约仪器购买和维护费用。,虚拟仪器的应用,航空航天教学核工业军工通信测试铁道.,虚拟仪器的实际应用,1.5 虚拟仪器技术发展趋势,自从NI于1986年提出虚拟仪器的概念至今，虚拟仪器的发展大约可分为三个阶段：第一阶段：利用计算机增强仪器的功能 利用GPIB总线和RS-232总线同计算机连接起来，用户就可以用计算机控制仪器。第二阶段：开放式的仪器结构 一是插入式计算机数据处理卡；二是VXI仪器总线标准的确立第三阶段：虚拟仪器框架得到广泛认同和采用 几个虚拟仪器平台已经得到认可,并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具,发展趋势,开放式数据采集标准将使虚拟仪器走上标准化、通用化、系列化和模块化的道路。高性能计算机的发展推动着仪器发展，计算机具有仪器所需要的最先进及性能价格比最好的显示与存储能力，尤其是计算机总线技术的发展虚拟仪器软件环境将朝着为广大用户提供简单易用的图形化开发环境，用于测试、测量与控制应用系统的开发，帮助工程师和科学家们实现更高的开发效率方向前进。数据采集产品的性能的不断提高，为测试技术水平的提高提供了可靠保证。随着网络技术的发展，”网络即仪器”将成为新的概念，网络化仪器必将在新世纪推动仪器界新的革命。,Summary,虚拟仪器是这样的一种仪器系统：在用户需要某种测试功能时，可由用户自己通过计算机平台利用图形软件对测量模块进行分层组合，以生成所需要的测试功能。,Thank You!,本章结束,