虚拟仪器的概念及其系统软硬件结构
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…
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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
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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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虚拟仪器设计知识点
虚拟仪器设计知识点虚拟仪器是一种基于计算机软硬件的测量和控制系统，它使用计算机作为中心处理单元，将传感器、执行器和仪器控制信号进行实时的数字处理和分析。
虚拟仪器的设计涉及多个知识点，本文将分别介绍这些知识点，包括虚拟仪器的概念、功能、设计原则以及在不同领域中的应用。
一、虚拟仪器的概念虚拟仪器是一种基于计算机技术的仪器系统，将传统仪器中硬件部分用软件实现，通过计算机控制并完成测量、分析和控制等任务。
虚拟仪器通过软件定义仪器的功能，实时采集、处理和显示数据，具有灵活性、可重构性和可扩展性等特点。
二、虚拟仪器的功能虚拟仪器常见的功能包括测量、分析、控制和数据处理等。
其中，测量功能是虚拟仪器的核心，可以实现各种物理量的测量、采集和监测，如电压、电流、温度等；分析功能可以对采集到的数据进行实时分析和处理，如频谱分析、波形显示等；控制功能可以通过计算机软件实现对执行器的控制和调节，如机器人、自动化生产线的控制等；数据处理功能可以对采集的数据进行处理和存储，如数据录制、数据传输和数据分析等。
三、虚拟仪器的设计原则虚拟仪器的设计需要遵循一些原则，以确保其功能的可靠性和性能的优越性。
首先，应该根据实际需求选择适当的硬件平台和软件开发环境，如选择合适的传感器、执行器和数据采集卡等硬件设备，并结合软件开发平台进行系统设计；其次，需要制定清晰的系统架构和设计规范，确保系统的稳定性和可扩展性；此外，还应考虑虚拟仪器的易用性和人机交互性，提高用户的使用体验。
四、虚拟仪器在不同领域中的应用虚拟仪器的应用广泛涵盖科研、工业控制、教育培训、医疗等领域。
在科研领域，虚拟仪器可以实现对各种物理量的实时测量和数据处理，为科学研究提供可靠的实验平台；在工业控制领域，虚拟仪器可以实现对生产线的监测和控制，提高生产效率和质量；在教育培训领域，虚拟仪器可以模拟实验环境，帮助学生进行实验操作和数据分析；在医疗领域，虚拟仪器可以实现对患者的监护和治疗，提高医疗水平和效率。
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。
虚拟仪器考前复习
填空题、判断题、简答题及程序分析题（与实验有关）复习范围：1虚拟仪器概念是什么？虚拟仪器是一个系统，分为两个部分。
一个部分是软件，另一个部分是硬件。
拿来一个任务，一个问题，提出一种解决方法，这种方法就是虚拟仪器。
基于计算机的仪器，即由测试硬件完成信号的采集与控制，而将信号分析与处理、结果表达与输出让计算机来完成的仪器。
2虚拟仪器与传统仪器的区别是什么？虚拟仪器系统—硬件模块化,软件集成化。
作为一个具体的例子，我们来看一下经典的传统仪器系统，它应该包括一个示波器，一个信号源、数字完用表，还可能包括一个多路复用开关系统，但是这些设备占用了我们实验室大量宝贵的空间，而且它们的成本是非常昂贵的，加上除了它们定义好的功能之外，并不能提供给我们更这些设备占用了我们实验室大量宝贵的空间，PXI机箱，PXI系统还包括一块8通道DSA卡、两块多功能数据采集卡、一块视频信号发生器和一块数字完用表。
这样就节省我们实验室的有限空间，而且与计算机组件的高度集成，大大提高了仪器的性价比。
这是传统仪器和虚拟仪器的性能比较。
3虚拟仪器的优势及应用？4什么是LabVIEW? LabVIEW的主要优势是什么？LabVIEW 作为领先的图形化系统设计软件，拥有直观的图形表达方式和硬件无缝集成的能力，借助丰富函数及相关模块工具包，提升效率的同时拓展应用范围，更好地实现系统应用设计。
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。
LabVIEW 采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。
它用图标表示函数，用连线表示数据流向。
LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。
用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。
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
计算机虚拟仪器技术的概念
计算机虚拟仪器技术的概念一、引言计算机虚拟仪器技术是一种基于计算机硬件平台，结合特定软件，实现测量、数据处理、分析、存储及结果显示等功能的技术。
它广泛应用于各种科研、生产、维修等领域，极大地提高了测试和测量的效率及精确度。
二、基于计算机的硬件平台计算机虚拟仪器技术的硬件基础是计算机硬件平台，包括台式机、笔记本、平板等，这些硬件平台为虚拟仪器的实现提供了基础计算能力。
三、图形化用户界面虚拟仪器的用户界面通常采用图形化方式，这种方式直观、易于理解，用户可以通过鼠标、键盘等输入设备对仪器进行操作和控制。
四、软件驱动的仪器虚拟仪器的核心是软件，它负责实现仪器的各种功能。
通过软件，用户可以设定仪器的工作模式、测量范围、数据处理方式等。
五、数据采集与分析虚拟仪器能够实现数据采集与分析。
它可以接收来自传感器或其他设备的数据，进行存储和分析。
通过软件，用户可以对采集到的数据进行处理和分析。
六、可自定义的仪器功能虚拟仪器的另一个重要特性是可自定义。
用户可以根据自己的需求，编写或修改软件，使仪器具备特定的功能。
这使得虚拟仪器具有极高的灵活性。
七、网络化测量与远程控制借助网络技术，虚拟仪器可以实现远程测量和控制。
用户可以在不同的地点对仪器进行操作，或者将测量数据发送到其他设备上进行处理。
八、模块化与扩展性虚拟仪器通常采用模块化的设计方式，这种方式使得它们可以根据需要进行扩展或缩减。
用户可以根据实际需求，添加或删除功能模块。
总结：计算机虚拟仪器技术是一种灵活且功能强大的测量技术。
通过利用计算机硬件平台和特定软件，它能够实现各种测量任务。
同时，由于其可自定义的特性，用户可以根据自己的需求对仪器进行定制。
此外，网络化测量和远程控制功能使其在实际应用中具有更大的便利性。
模块化的设计方式则使得虚拟仪器可以根据需要进行扩展或缩减。
总的来说，计算机虚拟仪器技术是一种广泛应用于各种科研、生产、维修等领域的先进技术。
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
第1章 虚拟仪器概述公开课
LabVIEW的应用
电子测量 物理探伤 电子工程 振动分析 声学分析 地球物理勘探 课堂教学 ……
性能高 扩展性强 开发时间少 无缝集成
虚拟仪器的结构
信号调理 数据采集卡
GPIB接口仪器 测 控 对 象 计 算 机 工 控 机
硬件 软件
VXI接口仪器 图形采集仪器
串行口仪器
并行口仪器
虚拟仪器集成开发环境 ——LabVIEW
其他接口设备
LabVIEW的特点及功能
LabVIEW的特点
图形化 、易上手、丰富的库函数……
LabVIEW的功能
一种编程语言 一种交互式的开发环境 一个硬件设计工具
LabVIEW的发展历程
1983年4月研制成功 1986年5月NI公司推出了测试版 经历了20余年 发展了多个版本 支持多个平台
LabVIEW的在线帮助系统
显示即时帮助 搜索LabVIEW帮助 LabVIEW编程范例 LabVIEW网络资源
第1章 虚拟仪器概述
什么是虚拟仪器
虚拟仪器是美国国家仪器公司 （National Instrument Corp，NI）1986年 推出的概念，是现代计算机技术和仪器技 术深层次结合的产物，是计算机辅助测试 （Computer Assistant Test）领域的一项重 要技术。
虚拟仪器的特点和优势
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虚拟仪器的概念及其系统软硬件结构
虚拟仪器是指利用计算机技术与虚拟现实技术相结合，用软件模拟实
现各种实验仪器的功能，从而实现具备仪器特点和功能的虚拟环境的系统。
其核心思想是将实际仪器与计算机技术相结合，利用虚拟环境模拟实际的
仪器操作和实验过程。
虚拟仪器的系统软件结构主要包括控制软件、数据处理软件、用户界
面软件等。
其中，控制软件负责模拟实际仪器的控制和操作，包括仪器的
开机、校准、调试、数据采集和数据输出等功能；数据处理软件用于对采
集到的数据进行处理、分析和计算，提供更直观的数据结果；用户界面软
件用于与用户进行交互，界面通常模拟实际仪器的外观和控制面板，用户
通过界面进行操作和监控。
虚拟仪器的系统硬件结构则由多种硬件设备组成。
首先是计算机硬件，包括主机、显示器、鼠标、键盘等，在虚拟仪器系统中主要负责运行和控
制虚拟仪器的软件。
其次是数据采集设备，通常包括传感器、数据采集卡等，用于采集实际环境中的物理参数，并将其转换为计算机可以识别的电
信号。
另外还包括运动控制设备，如机械臂、执行器等，用于模拟实际仪
器的运动和操作。
虚拟仪器的软硬件结构在实现虚拟化过程中互为依赖、相辅相成。
软
件通过对硬件设备进行控制和操作，实现了对虚拟仪器的模拟；硬件设备
通过传感器、执行器等与实际世界进行交互，为软件提供输入和输出的接口。
软硬件结构的集成和协同工作使得虚拟仪器在模拟实际仪器的功能和
操作过程方面更加精细和真实。
虚拟仪器的应用领域非常广泛，涵盖了物理、化学、生物、医学等多个学科领域。
虚拟仪器的优势在于可以提供安全、高效、低成本的实验环境，消除了传统实验仪器的限制，使得学生和研究人员可以在虚拟环境中进行实验和模拟，加深对实验原理和操作过程的理解。
总之，虚拟仪器是一种将计算机技术与虚拟现实技术相结合的系统软硬件结构，通过软件模拟实现各种实验仪器的功能，为用户提供具备仪器特点和功能的虚拟环境。
其软硬件结构互为依赖，通过控制、采集和交互等功能，实现了对实际仪器的模拟和操作。
虚拟仪器广泛应用于多个学科领域，提供了安全、高效、低成本的实验环境，深化了对实验原理和操作过程的理解。