第一章 虚拟仪器测试系统 ppt课件
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虚拟仪器第一章
第1章主要内容机 械 学 院 王 见 vi@ 机 械 学 院 王 见 vi@ 机 械 学 院 王 见 vi@ 虚拟仪器系统基础1.1仪器仪表的发展进程虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)是日益发展的计算机硬 、软件和总线技术在向其它相关技术领域密集渗透的过程中，与测 试技术、仪器仪表技术密切结合共同孕育出的一项全新的成果。
20 世纪中期，美国国家仪器公司（National Instruments Corporation 简称NI）首先提出了虚拟仪器的概念，认为虚拟仪器是由计算机硬 件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界 面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统 。
如果再作进一步说明，那么虚拟仪器是一种以计算机作为仪器统 一硬件平台，充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显 示以及文件管理等基本智能化功能，与传统仪器的专业化功能和软 件化的面板控件结合起来融为一体，这样便构成了一台从外观到功 能都完全与传统硬件仪器一致，同时又充分享用计算机智能资源的 全新的仪器系统。
由于仪器的专业化功能和面板控件都是由软件形 成，因此国际上把这类新型的仪器称为“虚拟仪器”。
有的资料上甚 至直接将虚拟仪器这种形式称为“软件即仪器”。
仪器仪表的发展进程与虚拟仪器机 械 学 院 王 见虚拟仪器的概念 虚拟仪器的软件系统 虚拟仪器的开发系统 虚拟仪器总线系统vi@1.2 虚拟仪器基本概念虚拟仪器的实质是利用I/O接口设备完成信 号的采集与传输，利用计算机强大的软件功能机 械 学 院 王 见 vi@1.2.1 虚拟仪器基本概念“虚拟”二字主要包括以下两方面的含义。
完成信号的运算、分析与存储，利用计算机显 示器模拟传统仪器的控制面板，并以多种形式 表达输出测试结果。
仪器面板是虚拟的 仪器功能由软件编程来实现1.2.2虚拟仪器的构成1.2.2.1 基于PC机平台的虚拟仪器 基于PC机的虚拟仪器的基本构成如下图所示。
(完整版)虚拟仪器的系统结构PPT文档
01 常用虚拟仪器板卡
信号调理（信号幅度、频率、驱动、隔离等）；
信号调理（信号幅度、频率、驱动、隔离等）；
NI 提出“软件即仪器” 硬件是基础，软件是核心
韩 君 张胜宇
团队：晏 凯 肖迎春
计算机＋接口＋软件＝虚拟仪器
为简化硬件板卡编程和控制，NI和Agilent标准化了数D百A种Q常C用仪ar器d、板卡的驱动，它们已成为虚拟仪器开发平台的一部分M，o开ti发on时可C直o接nt复ro用l这C些a硬rd件驱动代码。
用户界面
软件驱动
02 应用软件
LabView
Agilent VEE
DASYLab
DirectView
ProcessControl
02 示例
THANK YOU FOR WATCHING
感谢观看
Serial
应用软件 仪器驱动程序 I/O 接口软件（VISA 库）
VXI
GPIB 等
02 I/O接口软件（VISA库）
I/O接口软件存在于仪器设备（即I/O接口设备）与仪器驱动程序之间，是一个完 成对仪器寄存器进行直接存取数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息 传递的底层软件。
VPP规范了虚拟仪器的I/O接口软件的特点、组成、内部结构与实现规范，并将符 合VPP规范的虚拟仪器I/O接口软件定义为VISA（虚拟仪器软件结构）软件。
计算机
韩 君 张胜宇
信号调理（信号幅度、频率、驱动、隔离等）；
PXI 系统
I/O接口软件存在于仪器设备（即I/O接口设备）与仪器驱动程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。
串口系统
01 通用硬件平台的基本功能
虚拟仪器1PPT课件
5.1虚拟仪器
虚拟仪器技术:利用高性能的模块化硬件， 结合高效灵活的软件来完成各种测试、测 量和自动化的应用。组成部分:高效的软件、 模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台.优 点:性能高,扩展性强,开发时间少,无缝集成
功能组成图
2020/10/13
1
5.3虚拟仪器的多种构成方式
DAQ卡与计算机及软件组成虚拟测 试仪器的一般方式
2020/10/13
2
谢谢您的指导Βιβλιοθήκη THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
感谢阅读！为了方便学习和使用，本文档的内容可以在下载后随意修改，调整和打印。欢迎下载！
汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
3
虚拟仪器技术:利用高性能的模块化硬件， 结合高效灵活的软件来完成各种测试、测 量和自动化的应用。组成部分:高效的软件、 模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台.优 点:性能高,扩展性强,开发时间少,无缝集成
功能组成图
2020/10/13
1
5.3虚拟仪器的多种构成方式
DAQ卡与计算机及软件组成虚拟测 试仪器的一般方式
2020/10/13
2
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3
《虚拟仪器系统》课件
虚拟仪器系统的发展历程
起源
20世纪80年代，随着计算机技 术的不断发展，人们开始尝试 将计算机应用于测试和测量领
域。
发展阶段
20世纪90年代，随着计算机性 能的提高和软件技术的不断发 展，虚拟仪器系统开始得到广 泛应用。
当前状况
目前，虚拟仪器系统已经成为 测试和测量领域的主流技术之 一，被广泛应用于各种领域。
远程控制技术
远程控制技术是虚拟仪器系统 的关键技术之一，它负责实现
远程控制和监测功能。
远程控制技术需要具备跨网络 、安全可靠和实时性等特点， 以便在不同的地理位置和网络 环境下进行远程控制和监测。
远程控制技术还需要支持多种 通信协议和数据格式，以便与 各种设备和系统进行无缝集成 。
远程控制技术还需要提供易于 使用的API和用户界面，以便开 发人员能够快速地构建远程控 制应用程序。
随着测试数据的不断增加，如何高 效地处理和分析数据成为虚拟仪器
系统面临的技术挑战之一。
B
C
D
可靠性和稳定性
在长时间运行和高负载测试环境下，虚拟 仪器系统需要具备高可靠性和稳定性。
标准化和互操作性
为了实现不同虚拟仪器系统之间的互操作 和数据共享，需要制定统一的标准化规范 。
虚拟仪器系统的应用前景
工业自动化
虚拟仪器驱动技术还需要支持多种通 信协议和数据格式，以便与各种硬件 设备进行无缝集成。
虚拟仪器驱动技术需要具备跨平台、 可移植性和可扩展性等特点，以便在 不同的操作系统和硬件平台上运行。
虚拟仪器驱动技术还需要提供易于使 用的API和用户界面，以便开发人员 能够快速地构建虚拟仪器应用程序。
信号处理技术
数据库管理技术
数据库管理技术是虚拟仪器系 统的关键技术之一，它负责对 各种数据进行分析、处理和管 理。
虚拟仪器设计基础PPT课件
2. 第一次循环
初始化值
初始化值
第一次循环 新值
3. 后面的某次循环
前一次循环 保留值
本次循环 新值
4. 最后一次循环
前一次循环 保留值
本次循环 新值
本次循环 新值
5. 移位寄存器（3）
为移位寄存器添加更多的左端子：
二、条件结构（1）
路径：函数选板-> 编程 -> 结构
端子的值可 以是布尔型、 字符串型、 整型或枚举
（第 0 帧）
放置帧代码
三、顺序结构（2）
1.层叠式顺序结构及操作：——从其边框弹出快捷菜单
三、顺序结构（3）
层叠式顺序结构伴有一种称为局部变量的功能，用 以在不同帧之间实现数据传递。送入（置入）局部变量 的数据，在当前帧之后的各帧中均可作输入数据使用。 举例（展开示意）：点击边框快捷菜单，生成局部变量。
三、顺序结构（1）
路径：函数选板-> 编程 -> 结构
在LabVIEW中，利用数据流机制可以实现很多顺序 执行的功能。但仅有数据流控制程序的顺序执行还不 够，某些复杂情况，还需要更强的顺序执行的控制结 构。“顺序结构”就是为满足这类需求而构建的。
顺序结构的两种类型：层叠式顺序结构；平铺式顺序结构
建立顺序结构时 只有一帧
而While循环的执行次数，仍然由条件端子决定。
4. 自动索引（3）
在关闭了自动索引功能的隧道上弹出快捷菜单，选择启动 索引，打开自动索引功能。反之，可以关闭其自动索引功能。
4. 自动索引（4）——举例
（1）For循环输入隧道打开自动索引，而输出关闭自动索引
（2）For循环输入隧道关闭自动索引，而输出打开自动索引
一、循环结构
什么是虚拟仪器(PPT)PPT资料优选版
0 平台的八通道数据采集系统
件控制下可模拟替代 Shell, Mobil Research
0 平台的八通道数据采集系统
传统仪器。形象地说， 在监控过程中，技术人员可根据计算好的预警值和现场采集的数据采取相应措施，并通过email发送相应的信息。
开放、灵活，计算机技术同步发展 使得开发与维护费用降至最低
电子 – Sony, Siemens
工业自动化
石油化工
– Shell, Mobil Research 纺织
– Instron, Dupont, Eli Lilly, Albany International
制造
– Ericcson, Duracell 食品加工
– Sara Lee, Ben & Jerry, Shiner
催生虚拟仪器的土壤
芯片 硬件 软件 网络 LANs 总线 AT
Internet
计算机技术的进步
虚拟仪器技术的优点
VI 使得开发与维护费用降至最低
技术更新周期短(1～2年) 关键是软件
价格低、可复用与可重配置性强 用户定义仪器功能
开放、灵活，计算机技术同步发展 与网络及其它周边设备互联
案例2：基于LabWindows/CVI 5.0 平台 的八通道数据采集系统
• 应用该测量系统测试电厂汽轮机开机和停机过 程中的振动情况并诊断汽机是否有故障
软 件 框 图
技术更新周期短(1～2年) 虚拟仪器技术的主要应用厂商 AT&T, Alcatel, Ericsson 鸟巢的监控系统十分严密的，比如大的风雪以及室内演出吊装等情况造成的结构的细微变化都将受到监控。 鸟巢的监控系统十分严密的，比如大的风雪以及室内演出吊装等情况造成的结构的细微变化都将受到监控。 0 平台的八通道数据采集系统 案例2：基于LabWindows/CVI 5. 案例1：NI为北京奥运加油，护航“鸟巢”，“水立方” 鸟巢的监控系统十分严密的，比如大的风雪以及室内演出吊装等情况造成的结构的细微变化都将受到监控。 灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。 灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。 计算机＋接口＋软件＝虚拟仪器 建筑物的健康可以通过结构形变、应力、索力，位移，温度等参数来进行实时在线监测。 价格低、可复用与可重配置性强 在监控过程中，技术人员可根据计算好的预警值和现场采集的数据采取相应措施，并通过email发送相应的信息。 使得开发与维护费用降至最低 使得开发与维护费用降至最低
件控制下可模拟替代 Shell, Mobil Research
0 平台的八通道数据采集系统
传统仪器。形象地说， 在监控过程中，技术人员可根据计算好的预警值和现场采集的数据采取相应措施，并通过email发送相应的信息。
开放、灵活，计算机技术同步发展 使得开发与维护费用降至最低
电子 – Sony, Siemens
工业自动化
石油化工
– Shell, Mobil Research 纺织
– Instron, Dupont, Eli Lilly, Albany International
制造
– Ericcson, Duracell 食品加工
– Sara Lee, Ben & Jerry, Shiner
催生虚拟仪器的土壤
芯片 硬件 软件 网络 LANs 总线 AT
Internet
计算机技术的进步
虚拟仪器技术的优点
VI 使得开发与维护费用降至最低
技术更新周期短(1～2年) 关键是软件
价格低、可复用与可重配置性强 用户定义仪器功能
开放、灵活，计算机技术同步发展 与网络及其它周边设备互联
案例2：基于LabWindows/CVI 5.0 平台 的八通道数据采集系统
• 应用该测量系统测试电厂汽轮机开机和停机过 程中的振动情况并诊断汽机是否有故障
软 件 框 图
技术更新周期短(1～2年) 虚拟仪器技术的主要应用厂商 AT&T, Alcatel, Ericsson 鸟巢的监控系统十分严密的，比如大的风雪以及室内演出吊装等情况造成的结构的细微变化都将受到监控。 鸟巢的监控系统十分严密的，比如大的风雪以及室内演出吊装等情况造成的结构的细微变化都将受到监控。 0 平台的八通道数据采集系统 案例2：基于LabWindows/CVI 5. 案例1：NI为北京奥运加油，护航“鸟巢”，“水立方” 鸟巢的监控系统十分严密的，比如大的风雪以及室内演出吊装等情况造成的结构的细微变化都将受到监控。 灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。 灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。 计算机＋接口＋软件＝虚拟仪器 建筑物的健康可以通过结构形变、应力、索力，位移，温度等参数来进行实时在线监测。 价格低、可复用与可重配置性强 在监控过程中，技术人员可根据计算好的预警值和现场采集的数据采取相应措施，并通过email发送相应的信息。 使得开发与维护费用降至最低 使得开发与维护费用降至最低
第1章虚拟仪器的基础知识
2020/4/13
1. 智能仪器分类
智能仪器四个层次
高级智能仪器类
兼
容
模型化智能仪器类
初级智能仪器类
趋
高级 智能
势
人工智能
模型化 系统辨识、模式识别
初级智能 计算机、信号处理
聪敏 电子、传感、测量
202聪0/4敏/13仪器类
2. 智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型:
●微机内嵌式 ●微机扩展式
2020/4/13
2.仪器仪表的重要性
仪器仪表是：
国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行 官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化 法王官大”珩院士：“能不能创造高水平的科学仪 器和设备体现了一个民族、一个国家的创新 能力。发展科学仪器设备应当视为国家战略”
•科学仪器是信息的源头 •科学仪器产业是信息产业
智能仪器
• 主讲人 张重雄
南京理工大学电光学院
2020/4/13
教学内容
第1章 概述 第2章 内嵌微处理器的智能仪器 第3章 虚拟仪器
2020/4/13
教学参考书
张重雄.虚拟仪器技术分析与设计
电子工业出版社
2020/4/13
第1 教学重点
• 智能仪器的组成结构 • 智能仪器的主要特点 • 智能仪器的发展趋势
2020/4/13
1.4 智能仪器发展趋势
（1）微型化 （2）多功能化 （3）人工智能化 （4）网络化
2020/4/13
本章结束
南京理工大学电光学院
2020/4/13
2020/4/13
三代仪器仪表
• 第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表 • 第二代为数字式仪器仪表 • 第三代就是智能式仪器仪表
1. 智能仪器分类
智能仪器四个层次
高级智能仪器类
兼
容
模型化智能仪器类
初级智能仪器类
趋
高级 智能
势
人工智能
模型化 系统辨识、模式识别
初级智能 计算机、信号处理
聪敏 电子、传感、测量
202聪0/4敏/13仪器类
2. 智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型:
●微机内嵌式 ●微机扩展式
2020/4/13
2.仪器仪表的重要性
仪器仪表是：
国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行 官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化 法王官大”珩院士：“能不能创造高水平的科学仪 器和设备体现了一个民族、一个国家的创新 能力。发展科学仪器设备应当视为国家战略”
•科学仪器是信息的源头 •科学仪器产业是信息产业
智能仪器
• 主讲人 张重雄
南京理工大学电光学院
2020/4/13
教学内容
第1章 概述 第2章 内嵌微处理器的智能仪器 第3章 虚拟仪器
2020/4/13
教学参考书
张重雄.虚拟仪器技术分析与设计
电子工业出版社
2020/4/13
第1 教学重点
• 智能仪器的组成结构 • 智能仪器的主要特点 • 智能仪器的发展趋势
2020/4/13
1.4 智能仪器发展趋势
（1）微型化 （2）多功能化 （3）人工智能化 （4）网络化
2020/4/13
本章结束
南京理工大学电光学院
2020/4/13
2020/4/13
三代仪器仪表
• 第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表 • 第二代为数字式仪器仪表 • 第三代就是智能式仪器仪表
第1章 虚拟仪器概论 PPT课件
3
注意事项
• 学生因病因事不能上课须在学院教学秘书处办理请假手续， 请假时数累计超过该课程教学时数1/3以上者，按缺课处理， 无故旷课达6学时（迟到两次折合1学时）以上者，缺交作业 （含实验报告）达1/3以上者，或未完成教师要求的报告、 实验者，不得参加该课程考核，并在成绩记载时注明“缺考” 字样，缺考的课程必须重修。旷课、迟到、缺交作业等由任 课教师负责记录。
系统和仪器设计中尽量用软件代替硬件，充分利用计算机技 术来实现和扩展传统测试系统与仪器的功能。即：“软件就 是仪器” 。
• 常见的虚拟仪器方案
被 测 对 象
传 感 器
信 号 调 理
数 据 采 集
信 号 处 理
仪 器 面 板
2020/8/4
西北农林科技大学电子系
16
虚拟仪器组成
• 计算机：提供虚拟仪器通用平台，数据存储，显示等； • 仪器硬件：获取被测信号，产生激励信号等； • 应用软件：控制数据采集、控制、分析、处理和显示等，是虚
西北农林科技大学电子系
21
虚拟仪器的分类
按总线接口类型划分：
• 插卡式（PC-DAQ）虚拟仪器
• GPIB虚拟仪器
• VXI/PXI/LXI虚拟仪器
• 串行口（RS232/422）虚拟仪器
• USB接口虚拟仪器
• IEEE1394虚拟仪器
•现场总线虚拟仪器
• ……
2020/8/4
西北农林科技大学电子系
17
常用虚拟仪器板卡
PXI DAQ Card
IMAQ Card
2020/8/4
Field Point
西北农林科技大学电子系
Motion Control Card
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很高的场合不太适用。
• （3）基于VXl总线的虚拟仪器
• 具有模块化、系列化、通用化、“即插即用”及VXI仪 器的互换性和互操作性。
• 但价格相对较高，适合于高端的测试领域。
• （4）基于PXI总线的虚拟仪器
• 兼容PCI总线产品。 • 集CompactPCI的高性能和VXI可靠性，性价比最好。
2020/12/27
计算机 13
• （1）基于PC总线的虚拟仪器
• 内置PC总线（如ISA、PCI、PC/104）的通用数据采集 卡 （DAQ，Data AcQuisition）。
• （2）基于GPIB通用接口总线的虚拟仪器
• 国际标准（IEEE488.1和IEEE488.2），技术成熟； • 但其数据传输速度一般低于500Kb/s，对测试速度要求
• 虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采 集与控制、数据分析与处理、结果表示 与输出三大功能模块。
• 信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用 硬件平台，并配合仪器驱动程序共同完 成，而数据分析与处理、结果表达与输 出则主要由用户应用软件完成。
2020/12/27
10
虚拟仪器的基本功能组成
2020/12/27
14
• 软件（一套完整的虚拟仪器系统的软件结构一 般分为四层）
1、测试管理层 用户使用虚拟仪器生产厂商开发的测试管理程序，组成自己的 一套测试仪器，这是虚拟仪器的优点之一，它可以方便地使 用用户根据自己的需要，建立自己的测试仪器。
2、应用程序开发层 用户使用应用程序开发软件进行深层开发，以扩展以其原有的 功能。
A/D
Байду номын сангаас
RAM
控制系统
PC机
2020/12/27
6
• 虚拟数字电压表
• 基于虚拟仪器的 温度检测与控制
2020/12/27
7
• 虚拟仪器之“虚拟”含义：
• 虚拟仪器面板；
• 软件实现仪器功能。如：基于高速数据采 集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚 拟示波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟交 流数字电压表”、“虚拟频率计”、“虚 拟相位计”等不同仪器。
2020/12/27
8
虚拟仪器与传统仪器的比较
比较内容 系统构成
虚拟仪器 软件和通用硬件。软件是关键
开发周期
开发时间短、技术要求低、系统 通用性强
开发费用
技术更新周期 价格
软件使得开发和维护费用降至最 低
短（1~2年）
价格低、可复用与可重配置性强
功能可塑性 用户定义仪器功能，柔性
系统开放性
构成复杂系统 能力
• 虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以 计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核 心所构成的，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面 板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软 件来定义的计算机仪器。
2020/12/27
5
• 如：虚拟示波器
Vi 输入电路
11
虚拟仪器的基本组成部分
• 硬件和软件两大部分构成。 • 硬件是基础，软件是核心。
2020/12/27
12
• 硬件平台
计算机（核心） I/O接口设备（信号采集、放大和模数转换）
被测信号 2020/12/27
I/O 接口设备 PC-DAQ 系统
GPIB 系统 VXI 系统 PXI 系统 串口系统
GPIB 仪器系统
模块化 仪器系统
第四代仪器系统
虚拟仪器 及系统
软件仪器自定义 型
特定设计专用型 台式仪器积木型 模块仪器集成型
2020/12/27
4
虚拟仪器的基本概念
➢ 什么是虚拟仪器?
• 所谓虚拟仪器, 即是以计算机为基础 ,配以相应测试功 能的硬件作为信号输入输出的接口, 完成信号的采集、 测量与调理,从而完成各种测试功能的一种计算机化仪 器系统。
• 信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操 作转换成采集设备能够识别的标准信号，包括 功率放大、电气隔离等。NI公司的仪器信号调 理板卡SCXI是LabVIEW软件直接支持的一个 信号调理板卡，LabVIEW环境中调用非常方 便.
2020/12/27
17
• 数据采集卡：它是外界信号进入计算机的 通道，在这个通道中要实现A/D转换、放 大或缩小、光电隔离等。选择数据采集卡 时，需要注意以下一些问题：数据分辨率、 精度、最高采样速度、通道数、总线接口 类型。美国NI公司的数据采集卡很好，但 价格贵，这里选用声卡价格便宜，功能也 够用。计算机（LabVIEW）：它的作用 是数据采集，分析，显示和记录。
2020/12/27
15
1.2 基于虚拟仪器的测试系统
被测对象
传感器
信号调理模块
数据采集卡
计算机
基于虚拟仪器的测试系统结构框图
2020/12/27
显示、输 出、打印
16
虚拟仪器测试系统的硬件系统
• 传感器：它的作用是将被测信号转换为与之有 对应关系电信号。如测速发电机、流量传感器 等。
• 信号调理模块：
3、仪器驱动层 连接上层应用程序与底层I/O接口仪器的纽带和桥梁。是完成 对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合。
4、 I/O接口软件 I/O接口软件存在于仪器设备（即I/O接口设备）与仪器驱动 程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操作， 并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。
第一章 虚拟仪器测试系统
• 虚拟仪器 • 基于虚拟仪器的测试系统 • LabVIEW开发环境
2020/12/27
1
1.1 虚拟仪器
• 虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测 控系统硬件和虚拟仪器软件资源三者的 结合。
2020/12/27
2
• 1、测量仪器的发展历程 • 2、虚拟仪器的基本概念 • 3、虚拟仪器与传统仪器的比较 • 4、虚拟仪器的基本功能 • 5、虚拟仪器的基本组成部分
人机20交20互/12/27
开放、灵活，与计算机技术同步 发展
易与网络及其他周边设备互连
无限的显示选项、界面友好
传统仪器 专用硬件系统 开发时间长、技术要
求高、系统功能较 专一
开发与维修开销高
长（5~10年） 价格昂贵 厂商定义仪器功能，
刚性
封闭、固定
功能单一的独立设备
有限的显示选项 9
虚拟仪器的基本功能
2020/12/27
3
测量仪器的发展历程
第一代电子仪器 第二代电子仪器 第三代电子仪器 第四代电子仪器
数字化
计算机化
模块化
模拟仪器
数字仪器
智能仪器
个人仪器
计算机嵌入到 仪器中
仪器模块嵌入 计算机中
模拟式自动测试系统 第一代测试系统 第二代测试系统 第三代测试系统
数字化
标准化
模块化
扫描 测试系统
专用 测试系统
• （3）基于VXl总线的虚拟仪器
• 具有模块化、系列化、通用化、“即插即用”及VXI仪 器的互换性和互操作性。
• 但价格相对较高，适合于高端的测试领域。
• （4）基于PXI总线的虚拟仪器
• 兼容PCI总线产品。 • 集CompactPCI的高性能和VXI可靠性，性价比最好。
2020/12/27
计算机 13
• （1）基于PC总线的虚拟仪器
• 内置PC总线（如ISA、PCI、PC/104）的通用数据采集 卡 （DAQ，Data AcQuisition）。
• （2）基于GPIB通用接口总线的虚拟仪器
• 国际标准（IEEE488.1和IEEE488.2），技术成熟； • 但其数据传输速度一般低于500Kb/s，对测试速度要求
• 虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采 集与控制、数据分析与处理、结果表示 与输出三大功能模块。
• 信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用 硬件平台，并配合仪器驱动程序共同完 成，而数据分析与处理、结果表达与输 出则主要由用户应用软件完成。
2020/12/27
10
虚拟仪器的基本功能组成
2020/12/27
14
• 软件（一套完整的虚拟仪器系统的软件结构一 般分为四层）
1、测试管理层 用户使用虚拟仪器生产厂商开发的测试管理程序，组成自己的 一套测试仪器，这是虚拟仪器的优点之一，它可以方便地使 用用户根据自己的需要，建立自己的测试仪器。
2、应用程序开发层 用户使用应用程序开发软件进行深层开发，以扩展以其原有的 功能。
A/D
Байду номын сангаас
RAM
控制系统
PC机
2020/12/27
6
• 虚拟数字电压表
• 基于虚拟仪器的 温度检测与控制
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• 虚拟仪器之“虚拟”含义：
• 虚拟仪器面板；
• 软件实现仪器功能。如：基于高速数据采 集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚 拟示波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟交 流数字电压表”、“虚拟频率计”、“虚 拟相位计”等不同仪器。
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虚拟仪器与传统仪器的比较
比较内容 系统构成
虚拟仪器 软件和通用硬件。软件是关键
开发周期
开发时间短、技术要求低、系统 通用性强
开发费用
技术更新周期 价格
软件使得开发和维护费用降至最 低
短（1~2年）
价格低、可复用与可重配置性强
功能可塑性 用户定义仪器功能，柔性
系统开放性
构成复杂系统 能力
• 虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以 计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核 心所构成的，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面 板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软 件来定义的计算机仪器。
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• 如：虚拟示波器
Vi 输入电路
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虚拟仪器的基本组成部分
• 硬件和软件两大部分构成。 • 硬件是基础，软件是核心。
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• 硬件平台
计算机（核心） I/O接口设备（信号采集、放大和模数转换）
被测信号 2020/12/27
I/O 接口设备 PC-DAQ 系统
GPIB 系统 VXI 系统 PXI 系统 串口系统
GPIB 仪器系统
模块化 仪器系统
第四代仪器系统
虚拟仪器 及系统
软件仪器自定义 型
特定设计专用型 台式仪器积木型 模块仪器集成型
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虚拟仪器的基本概念
➢ 什么是虚拟仪器?
• 所谓虚拟仪器, 即是以计算机为基础 ,配以相应测试功 能的硬件作为信号输入输出的接口, 完成信号的采集、 测量与调理,从而完成各种测试功能的一种计算机化仪 器系统。
• 信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操 作转换成采集设备能够识别的标准信号，包括 功率放大、电气隔离等。NI公司的仪器信号调 理板卡SCXI是LabVIEW软件直接支持的一个 信号调理板卡，LabVIEW环境中调用非常方 便.
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• 数据采集卡：它是外界信号进入计算机的 通道，在这个通道中要实现A/D转换、放 大或缩小、光电隔离等。选择数据采集卡 时，需要注意以下一些问题：数据分辨率、 精度、最高采样速度、通道数、总线接口 类型。美国NI公司的数据采集卡很好，但 价格贵，这里选用声卡价格便宜，功能也 够用。计算机（LabVIEW）：它的作用 是数据采集，分析，显示和记录。
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1.2 基于虚拟仪器的测试系统
被测对象
传感器
信号调理模块
数据采集卡
计算机
基于虚拟仪器的测试系统结构框图
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显示、输 出、打印
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虚拟仪器测试系统的硬件系统
• 传感器：它的作用是将被测信号转换为与之有 对应关系电信号。如测速发电机、流量传感器 等。
• 信号调理模块：
3、仪器驱动层 连接上层应用程序与底层I/O接口仪器的纽带和桥梁。是完成 对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合。
4、 I/O接口软件 I/O接口软件存在于仪器设备（即I/O接口设备）与仪器驱动 程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操作， 并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。
第一章 虚拟仪器测试系统
• 虚拟仪器 • 基于虚拟仪器的测试系统 • LabVIEW开发环境
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1.1 虚拟仪器
• 虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测 控系统硬件和虚拟仪器软件资源三者的 结合。
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• 1、测量仪器的发展历程 • 2、虚拟仪器的基本概念 • 3、虚拟仪器与传统仪器的比较 • 4、虚拟仪器的基本功能 • 5、虚拟仪器的基本组成部分
人机20交20互/12/27
开放、灵活，与计算机技术同步 发展
易与网络及其他周边设备互连
无限的显示选项、界面友好
传统仪器 专用硬件系统 开发时间长、技术要
求高、系统功能较 专一
开发与维修开销高
长（5~10年） 价格昂贵 厂商定义仪器功能，
刚性
封闭、固定
功能单一的独立设备
有限的显示选项 9
虚拟仪器的基本功能
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测量仪器的发展历程
第一代电子仪器 第二代电子仪器 第三代电子仪器 第四代电子仪器
数字化
计算机化
模块化
模拟仪器
数字仪器
智能仪器
个人仪器
计算机嵌入到 仪器中
仪器模块嵌入 计算机中
模拟式自动测试系统 第一代测试系统 第二代测试系统 第三代测试系统
数字化
标准化
模块化
扫描 测试系统
专用 测试系统