虚拟仪器系统的软硬件结构
虚拟仪器系统的分析
53科技资讯科技资讯S I N &T N OLOGY I N FORM TI ON 2008N O.01SCI ENC E &TEC HNO LO GY I N FO RM A TI ON 工程技术1概述虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体,从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起,大大缩小了仪器硬件的体积,降低了成本并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。
2虚拟仪器技术的应用虚拟仪器技术的优势在于用户自定义仪器功能、结构等,且构建容易,转换灵活,因此在科研开发、教学、计检、测控、工业自动化等领域得到了广泛的应用。
3虚拟仪器系统的构造分析虚拟仪器技术的本质是一个集成的软硬件概念。
虚拟仪器技术就是利用模块化硬件,结合灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
虚拟仪器技术这种软硬件结合且以软为主的技术,将会极大地解决目前远程教育中实验教学的问题。
作为虚拟仪器技术基础的软硬件平台,在现有的远程教育中已经得到广泛应用,这就是PC 平台。
只要利用I nt er net 资源和技术,如A SP (A ct i ve se r ver page s,动态服务器主页)、So c k e t (套接字)等,将I nt er net 与虚拟仪器结合起来,为PC 机装上适当的插卡和虚拟软件,就可以毫不困难地解决远程教育中实验教学这一公认的难题。
任何一台仪器从功能上来说无非由以下三大功能模块组成:信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出。
虚拟仪器就是将这三大模块的功能尽可能用计算机来实现,虚拟仪器系统构成,如图1。
3.1虚拟仪器系统的硬件平台虚拟仪器的硬件系统一般可以分为计算机硬件平台和测控功能硬件。
计算机硬件平台可以是各种类型的计算机,如普通台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。
计算机管理虚拟仪器的硬、软件资源,是虚拟仪器的硬件基础。
虚拟仪器技术分析与设计
STOP
Conditioning A/D
TI/O Timing
ROM
DISPLAY
AND C ONTR OL
礟
PROCESSOR BUS 礟Math
Hale Waihona Puke MEMORYD/A488 PORT
DI/O
虚拟仪器 用户定义功能
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1.2 虚拟仪器的组成
• 虚拟仪器的组成包括 ： 硬件 软件
两个基本要素
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这些报告是由下而上内容不断浓缩的(见图18-3)。
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图18-2
多
决策委员会 业主
项目 报告
项目领导
项目报告
子项目领导 分包商
按子项目、承包商
工程小组
按单位工程、技术
部门、专业领域、工程种类
详细资料、按工作包、成本项目
图18-2
return
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图18-3
子项1报告 概 况 进成质 度 本 量…
Page 2
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。
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虚拟仪器概念的理解
插入
仪器卡
软面板
计算机
Page 4
1．信息载体通常有： (l)纸张，如各种图纸、各种说明书、合同、信件、表格等； (2)磁盘、磁带，以及其他电子文件； (3)照片，微型胶片， X光片； (4)其它，如录相带、电视唱片、光盘等；
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9.1 虚拟仪器技术概述
第八章虚拟仪器设计8.1 虚拟仪器技术随着计算机技术的高度发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。
虚拟仪器是20世纪90年代提出的概念，是现代计算机技术、仪器技术及其它新技术完美结合的产物。
虚拟仪器的提出与发展，标志着21世纪自动测试与电子测量仪器技术发展的一个重要方向。
8.1.1 虚拟仪器的概念传统仪器一般是一台独立的装置，从外观上看，它一般由操作面板、信号输入端口、检测结果输出这几个部分组成。
操作面板上一般有一些开关、按钮、旋钮等。
检测结果的输出方式有数字显示、指针式表头显示、图形显示及打印输出等。
从功能方面分析，传统仪器可分为信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出这几个部分。
传统仪器的功能都是通过硬件电路或固化软件实现的，而且由仪器生产厂家给定，其功能和规模一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能。
传统仪器大都是一个封闭的系统，与其它设备的连接受到限制。
另外，传统仪器价格昂贵，技术更新慢（周期为5至10年），开发费用高。
随着计算机技术、微电子技术和大规模集成电路技术的发展，出现了数字化仪器和智能仪器。
尽管如此，传统仪器还是没有摆脱独立使用和手动操作的模式，在较为复杂的应用场合或测试参数较多的情况下，使用起来就不太方便。
由于以上这些原因，使传统仪器很难适应信息时代对仪器的需求。
那么如何解决这个问题呢？可以设想，在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件来实现仪器的部分或全部功能，这就是设计虚拟仪器的核心思想。
所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器。
虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。
随着计算机技术的快速发展、CPU处理能力的增强、总线吞吐能力的提高以及显示技术的进步，人们逐渐意识到，可以把仪器的信号分析和处理、结果的表达与输出功能转移给计算机来完成。
(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ppt课件
；....
5
1.3虚拟仪器的概念
的分析与处理、数据结果的表达与输出。
件
硬 件
用 户
应用软件——仪器功 应用软件——虚拟面
能
板
仪器驱动器软件 输入/输出接口软件
通用计算机 外围硬件设备
被测对象
；....
7
1.4虚拟仪器的系统结构
1.虚拟仪器
•硬件（虚拟仪器工作的基础）
通用计算机： 笔记本电脑、台式计算机或工作站 等。
外围硬件设备：可以选择GPIB系统、VXI系统、 PXI系统、数据采集或其它标准体系结构。也可以 选择两种或两种以上构成混合系统。
虚拟仪器概述
• 1.虚拟仪器
•1.1电子测量仪器的发展
•1.2传统仪器与虚拟仪器的比较
•1.3虚拟仪器的概念
•1.4虚拟仪器的系统结构
•1.5虚拟仪器开发介绍
（LabVIEW）
；....
1
1.1电子测量仪器的发展
1.虚拟仪器
电子测量仪器的发展，大致经历了四代：
模拟仪器
数字化仪器
智能仪器
虚拟仪器
（模拟电子技术，指针显 示结果）
1.4虚拟仪器的开发介绍
• LabVIEW 是一种图形化编程语言，与C++和VB 或其它语言的功能一样。它是唯一被普遍接受
的图形化编程语言。简单易学。
• 带有大量的内置功能，能够完成仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等任务 • 使用LabVIEW 能让您享受到强大的图形化编程语言所带来的灵活性，而无需忍受传统开发环
第二课虚拟仪器系统软硬件结构设计要素
而 不 同 的传感 器 又 需要 配 备
。
的是使用何种开 发平 台 开 发平 台的选 择 考虑系 统硬 件 的限制
和成本
。
,
。
,
一要
不 同 的信号 调 理 模块
某些 早 期虚拟仪 器系统直
,
二 要 考虑软件开 发 的周 期
接 通 过 尸 等总 线与传统仪器 相连
利 用传统仪
某些硬件 只 支 持特定 的开 发 软件 嵌 入 式 系 统必 须 使 用
,
器 系统划 分 为软件部 分 和硬 件部分
一 套系 统会 选取 能够满足 测量需要 的最低
。
虽 然 软件 是虚拟仪 器 系统 的主 体 然是 整 个系 统最基 础 的部 分
。Байду номын сангаас
,
但 硬 件仍
级 别硬 件或是不 超出资金预算的最高 级别硬件 满足应 用 需求 境的 不 同 制 单元
。
,
硬 件 主要 负责将被
。
,
比如某些 编程 语
操作 系 统和
可 以 选择 因
工 印
、 、
言 一 般来说基 于 台式机 的虚 拟仅器 系 统对 开发 软件 的支持更全面 作系统
, ,
或其 它操
呱
可以选择
。
等各种常 用
编程语言 因素
,
这 其 实也是在硬件设 计时应 当考虑 的
,
选 择虚 拟仪 器硬件 系统 的结 构时
。
应当尽
量 选择有完 善软件 支持 的硬件设备 各 种开发 软件 的适 用 场合 相同
,
。
根据虚 拟仪器系统 工 作环
、
匕
阮 奇祯 先 生 毕 业于 东 南
虚拟仪器系统
3．功能模板 功能模板是创建框图程序的工具， 该模板上的每一个顶 层图标都表示一个子模板.功能模板包括 结构子模板、数值运算子模板、布尔逻 辑子模板、字符串运算子模板、数组子 模板、群子模板、比较子模板、时间和 对话框子模板、文件输入/输出子模板、 仪器控制子模板、仪器驱动程序库、数 据采集子模板、信号处理子模板、数学 模型子模块、图形与声音子模块、通讯 子模板、应用程序控制子模块、底层接 口子模块、文档生成子模板、用户自定 义的子VI模板和选择VI子程序等。
2．控制模板 用控制模板可以给前面板添加 输入控制和输出显示，每个图标代表 一个子模板。
控制模板包括数值子模板、布 尔值子模块、字符串子模板、列表和 环子模板、数组和群子模板、图形子 模板、路径和参考名子模板、控件容 器库子模板、对话框子模板、修饰子 模板、自定义的控制和显示子模板， 共十二个子模板。
虚拟仪器系统
虚拟仪器
• 概述 • Labview图形编程
一、什么是虚拟仪器？
虚拟仪器就是在以计算机为核心的硬件平台上，具有虚拟 面板，其功能由用户设计和定义，由测量软件实现的一种计算 机测量系统。 虚拟仪器的面板是虚拟的，面板上的各种空间（图标）与 传统面板上各种“器件”所完成的功能相同。
二、虚拟仪用程序和I/O接口仪器驱动程序，实现虚拟面板 功能的前面板软件程序和定义测试功能的流程图软件程序。
三、虚拟仪器的特点
1．虚拟仪器的面板比传统仪器的面板具有灵活性； 2．在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬 件来完成仪器的功能； 3．仪器功能是根据用户的需要由软件来定义的，而不是 事先由厂家定义的； 4．仪器的性能改进和功能的扩展只需更新相关软件的设 计，而不需要构买新的仪器； 5．研制周期较传统仪器大为缩短； 6．虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同步发展，与网络 及其周边设备互联。
第七章虚拟仪器系统
第七章虚拟仪器系统
概述
5. 更经济实惠
首先，虚拟仪器的前面板上的控件都是与实物相像“图标”，而不 是传统仪器上的“实物”，并且每个图标都对应着相应的软件程序， 用户可用计算机的鼠标“点击”来对其进行操作；另一方面，虚拟 仪器的检测功能是在PC计算机为核心组成的硬件平台上，通过软件 编程设计来实现仪器的检测功能，而且用户可以根据自己的测试需 要，通过软件模块的组合来实现各种不同的检测功能，从而大大缩 小了仪器硬件的成本。以前，我国主要依靠进口的如数字示波器， 频谱分析仪，逻辑分析仪等高档仪器价格非常昂贵，而现在就可以 只采购必要的通用仪器硬件，采用虚拟仪器技术很经济地构建这些 高档仪器系统。
(1) 基于传统的文本语言式的平台。主要有NI公司的LabWindows/CVI， Microsoft公司的Visual C++、Visual Basic，Borland公司的Delphi等。
(2) 基于图形化编程环境的平台。如NI公司的LabVIEW和HP公司的 HPVEE等。 图形化软件开发平台的提出使编程人员不再需要文本方式编程，
第七章虚拟仪器系统
7.2
第七章虚拟仪器系统
7.3
第七章虚拟仪器系统
7.4
第七章虚拟仪器系统 概述
通常意义上说，虚拟仪器就是利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理， 利用计算机软件来实现信号数据的运算、分析和处理，利用计算机显示器来 模拟传统仪器控制面板来输出检测结果，从而完成各种测试功能的一种计算 机仪器系统。一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能 强大的应用软件、低成本的硬件(例如插入式板卡)及驱动软件，它们在一起 共同完成传统仪器的功能。计算机在虚拟仪器中处于核心地位，而完成仪器 的各种功能和面板控件均由计算机软件完成，任何一个用户均可以在现有硬 件的条件下通过修改软件来改变仪器的功能，因此软件是虚拟仪器的关键， 国际上也有“软件即仪器”(The Software is the Instrument)之说。
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虚拟仪器系统的软硬件结构
按照系统中各部分之间的依赖关系，可以把一套虚拟仪器系统划分成几个层次，如图 1 所示。
最笼统的划分方式是把虚拟仪器系统划分为软件部分和硬件部分。
图1 虚拟仪器系统的层次结构
虽然软件是虚拟仪器系统的主体，但硬件仍然是整个系统最基础的部分。
硬件主要负责将被测量物理信号转换为二进制的数字信号数据，而软件系统一方面负责控制硬件的工作，一方面又负责对采集到的数据进行分析处理、显示和存储。
设计虚拟仪器的硬件部分时需要考虑多种因素，以下列举其中最主要的几个：
l 被测量物理信号的特性。
不同的物理信号需要使用不同类型的传感器将其转换为可供电脑分析的数字电信号，而不同的传感器又需要配备不同的信号调理模块。
某些早期虚拟仪器系统直接通过GPIB 等总线与传统仪器相连，利用
传统仪器的硬件部分转换和采集被测信号。
l 硬件技术指标。
不同档次的数据采集设备可以支持的采样率、分辨率以及精度等都有差别。
通常，一套系统会选取能够满足测量需要的最低级别硬件或是不超出资金预算的最高级别硬件。
l 满足应用需求。
根据虚拟仪器系统工作环境的不同，需要为系统选择不同种类的运算、控制单元。
比如，工作在恶劣环境下的虚拟仪器系统需要采用工业级别计算机作为载体；被放置在工业现场狭小空间内的虚拟仪器需要采用嵌入式系统；需要满足多种测量功能的虚拟仪器系统可以选用PXI 机箱作为载体。