《虚拟仪器技术》PPT课件.ppt
虚拟仪器技术,虚拟仪器概述,虚拟仪器的出现得益于计算机技术的发展与测试技术的革新。,20世纪70年代初，美国德州大学奥斯汀分校的三位年轻教师 詹姆斯楚查德博士（Dr.James Truchard）、杰夫科多斯基（Jeff Kodosky）和比尔诺林（Bill Nowlin）在应用研究实验室工作，从事对美国海军声纳探测项目的研究。他们使用了早期的计算机技术来采集和分析数据。由于当时测试及分析方法的低效使他们十分沮丧，于是他们决定创造一种新产品，来使测试任务变得更加简单、轻松和高效。,一、虚拟仪器的出现和发展,1976年，在詹姆斯楚查德家的车库里，三个小伙子开始了第一个产品的研发，并为此成立了一家公司。最初公司命名时曾有过“长角牛仪器”、“德克萨斯数据”等创意，但提交申请时均遭到拒绝，最终采用了如今的名称：国家仪器（National Instruments）。NI公司成立后，从Interfirst银行贷款一万美元，并购置了一台PDP-11小型计算机。,NI公司接手的第一个项目是为圣安东尼奥的凯利空军基地研发一种用于连接科学仪器与微型计算机的GPIB接口产品。,1979年，詹姆斯楚查德博士辞去了德州大学的工作，全身心投入公司的发展。1980年，杰夫科多斯基和比尔诺林也从学校辞去工作，全职加入了NI公司。,1981年，该公司的销售额已突破100万美元大关。,1983年，Apple公司推出了世界上第一款图形界面的微型计算机Macintosh（俗称苹果机），使得在计算机屏幕上模拟真实仪器的面板成为可能。,为使编程更加简捷高效、易学易用，让测试工程师能够更专注于测试系统本身，从繁琐的编程中解脱出来，1986年，以杰夫科多斯基为主创，NI公司推出了基于苹果机环境下的著名的图形化编程工具LabVIEW，杰夫科多斯基也因此被后人称为“LabVIEW之父”。,在当时，编程已不再是程序员的专职，所有的工程技术人员都可能要自己来编写程序。对于测试工程师而言，不仅要成为一个测试技术的专家，还要努力掌握 C 或 C+，成为一个编程高手。这不仅提高了执行测试任务的门槛，增加了难度，也降低了工作效率。,为此，在简化测试软件编程、提高测试工作效率的道路上，NI公司一直在不懈地努力。,LabVIEW使科学家和工程师们可以采用生动的、直观的“画线”方式进行编程，而非像之前一样要基于代码来编写程序，将“写程序”变成了“画程序”。这种直观易懂的编程方式和简洁流畅的框架结构，将人们的注意力从以前的硬件设计和代码语法方面转移到了软件流程和整体功能上，并大大简化了编程工作，生产效率得以显著提高，这使得LabVIEW一经发布便大受欢迎，为软件编程领域开辟了一个崭新的篇章。伴随着LabVIEW的面市，NI提出了“软件就是仪器”的口号，开辟了“虚拟仪器”这一全新的概念。,虚拟仪器的中心思想就是：软件取代硬件成为测试系统的核心,NI公司早期的虚拟仪器产品,1988年，NI公司推出了第一款基于IBM PC机的内插式的数据采集卡。,1990年，NI公司搬到了奥斯汀湖畔的一栋建筑里，并于1991年将其购置，开设了NI园区。,NI公司在奥斯汀的园区,1991年，NI公司通过LabVIEW获得了第一份专利。其后，他们相继发明了SCXI，LabWindows/CVI等。20世纪90年代，随着微软的基于图形界面的操作系统Windows的出现，LabVIEW开始向Windows平台移植，其优异的性能很快得到了业界的认可。NI公司成为虚拟仪器技术的主导者和代言人。随着虚拟仪器技术的先进性、优越性和广阔的发展前景被人们逐渐认识，不少国际知名的仪器厂商，如美国HP公司、Tektronix公司等，迅速加入了虚拟仪器研发的行列，虚拟仪器技术进入了飞速发展时期。到了1994年虚拟仪器产品的制造厂商达90余家，生产1000多种各式产品。在硬件产品上包罗了各种总线结构的数据采集和仪器控制模块，在软件产品上有NI的LabVIEW和LabWindows/CVI以及HP的VEE等等。,1997年，NI公司首次推出了基于计算机的开放式的模块化测试系统PXI，并以其优异的性价比与当时HP公司主导的VXI模块化测试系统形成了强劲的竞争，大有取而代之的势头。2004年，NI公司推出了Compact RIO，这是一种高可靠性、高实时性、低功耗的嵌入式可编程采集控制器模块。目前，NI公司已连续11年入选美国财富杂志的“100 Best Companies to Work For（百家最优工作环境公司）”。和测试仪器巨头HP公司相比，NI公司是一家规模不大的年轻企业，但它非常善于思索和创新，并逐渐走在了测试领域的前列。,虚拟仪器也称为计算机仪器。其产生和发展的背景是：计算机技术与测试技术的结合越来越紧密，对测试系统的小型化、智能化、网络化、软件化水平的要求越来越高。软件在测试系统中起着越来越重要的作用，许多过去由硬件完成的功能，可以由软件来实现，降低了成本。测试系统已经成为以通用硬件为基础、以测试软件为核心的集成系统。“软件就是仪器”思想的提出改变了传统测量仪器的观念。AD/DA+CPU+软件的组合已经成为现代测试系统的发展趋势。,虚拟仪器的基本构成,仪器硬件系统,虚拟仪器系统可以包含所有的可程控的测试仪器，其中最优秀的仪器硬件平台是VXI和PXI。,虚拟仪器软件系统,虚拟仪器的特点,传统仪器 体积大，笨重，成本高，功能单一，且由生产厂家定义。,虚拟仪器 软件是核心。具有智能化，多样化，模块化，网络化等优点，且开放性好，可扩展性强，购置、维护、升级成本低。,虚拟仪器的两大创新理念,仪器软件化,编程图形化,图形化编程语言（G 语言）LabVIEW 简介,LabVIEW的特点,1、图形化编程 丰富的各类控件，无需用户自己设计。,框图式的源程序，直观易懂。,2、编程快捷 内建大量的函数库，可直接调用。,3、调试方便 没有严格的语法规则，错误提示准确、详细。,4、界面美观 三维立体、真彩色。,优点：框图式的源程序，没有文本代码，没有严格的语法规则。将传统的“写程序”变为“画程序”。用户无需编程经验，易学易用，程序直观易懂，编程、调试轻松快捷。不足：对于底层的编程和复杂的编程，相比文本编程语言G语言的灵活性较差，且执行代码的质量有待提高。,注：图形化编程 可视化编程,PCI数据采集卡,基于数据采集卡的虚拟仪器测试平台示例,虚拟数字电压表,虚拟数字示波器,虚拟电子计数器,
