第六章 虚拟测试系统

2、用户界面方面
➢ 友好的人机交互界面使仪器的使用操作十分简便，图形化的 用户界面既美观又可以方便地由用户自己定义，使之更具个性 化。
➢ 功能复杂的仪器面板，可以划分成几个分面板，每个分面板 都可以实现功能操作的单纯化和面板布置的简洁化，从而提高 操作的正确性与便捷性。
➢ 软面板上虚拟的显示器件和操作元件的种类与形式不受“标 准件”和“加工工艺”的限制，通过编程既可随时从库中调用， 又可根据用户认知和操作要求进行面板设计，具有极大灵活性 和创新性。
虚拟仪器系统，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，计算机显示屏幕上虚拟的仪器面 板、由计算机完成的仪器功能都可由软件来实现。
§6.1 虚拟仪器系统的构成和特点
虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能模拟 传统仪器的控制面板，以多种形式表达检测结果；利用 计算机强大的软件功能实现数据运算、分析和处理；利 用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完 成各种测试功能。
3、系统集成方面
➢ 由于虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，用户 可以将仪器的设计、使用和管理统一到一个标准上，既提高了 资源的可重复利用率，又可随心所欲地将不同厂家的产品集成 在一起构成一个满足复杂测试要求的虚拟仪器系统，其开发技 术难度低、效率高、周期短、成本低。
➢ 基于标准化的计算机总线和仪器总线，仪器硬件实现了模 块化、系列化，大大方便了系统集成；软件的标准化和互换性， 可方便地组建小型化、多用途、高性能即插即用的模块化仪器 系统。
通用仪器系统硬件平台
一、PC-DAQ系统
PC-DAQ（Data Acquisition）系统是以数据采集板卡、信号调理 电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。采 用计算机本身的PCI总线或ISA总线，将数据采集卡插入计算机的 PCI或ISA插槽中。PC-DAQ型虚拟仪器系统通过数据采集卡与相应 的应用软件，将来自传感器的被测信号采集到计算机中，然后 进行运算、分析、显示等处理，并可通过D/A转换实现反馈控制。 利用PC-DAQ系统可以方便快速地组建基于计算机的仪器，实现 “一机多型”和“一机多用”。该方式是构成虚拟仪器系统最 基本的方式，也是最廉价的方式。
➢ 一台计算机被设计成多台不同功能的测量仪器，能集多种 功能于一体，构成多功能和多用途的综合仪器，极大地丰富和 增强了传统仪器的功能。
➢ 由于计算机有极其丰富的软件资源，极高的运算速度和庞 大的存储空间，对试验数据有强大的分析和处理能力，不仅可 以进行快捷、实时处理，也可以将数据储存起来，以供需要时 调出分析之用。这种能力所引伸出的仪器功能，在传统仪器中 是不可能具有的。
1、PCI总线
PCI(Peripheral Component Interconnect)是应用最广泛的计算 机内部总线之一，20世纪90年代初推出。PCI总线带来许多之前 总线没有的优点，主要有独立于处理器、带缓冲隔离、总线主 控和真正的即插即等。通过总线主控，PCI设备能够通过一个仲 裁 进 程 访 问 PCI 总 线 ， 并 直 接 控 制 总 线 处 理 ， 而 不 是 等 待 主 机 CPU服务该设备，这样使得服务I/O处理的总延迟下降。即插即 用操作支持设备的自动检测和配置，免除了为基址和DMA中断 手动设置开关和路线的工作。
一、虚拟仪器系统的构成
虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简称硬件平台)和应用软件两大 部分构成。如图7-1所示：
（a）虚拟仪器系统的结构框图 结构
（b）虚拟仪器系统的实物
一、虚拟仪器系统的构成
虚拟仪器的硬件平台由通用计算机和测试硬件设备两部分构 成：虚拟仪器中的计算机可以是各种类型的计算机，如台式计 算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等，管理虚拟仪 器的软件资源，是虚拟仪器的硬件基础。因此，计算机技术的 进步推动了虚拟仪器系统的快速发展。
虚拟仪器中的硬件设备按功能的不同可分为PC-DAQ、Serial、 PXI、VXI、GPIB等总线标准体系结构，其功能是完成测试信号的 采集、放大、模/数转换等工作。外围测试硬件设备可以选择 GPIB系统、VXI系统、PXI系统、PC-DAQ系统和串行系统等，也可 以选择由两种或两种以上系统构成的混合系统。其中，最简单、 最廉价的形式是采用基于ISA或PCI总线的数据采集卡（DAQ）， 或是基于RS232或USB串行总线的便携式数据采集模块。
二、虚拟仪器系统的特点
与传统仪器相比，虚拟仪器在如下方面有显著的 特点。 仪器功能方面 用户界面方面 系统集成方面
1、仪器功能方面
➢ 虚拟仪器是一种创新的、非物理意义上的计算机仪器，非 传统意义上的具体仪器，其功能可由用户软件定义，具有柔性 的结构，灵活的组态，能给予用户一个充分发挥自己能力和想 象力的空间。
NI公司在提出虚拟仪器概念并推出第一批实用成果时，强调 软件在虚拟仪器中的重要地位。使用者可以根据不同的测试任 务，在虚拟仪器开发软件系统的提示下编制不同的测试软件， 执行复杂的测试任务。在虚拟仪器系统中用灵活强大的计算机 软件代替传统仪器的某些硬件，特别是系统中应用计算机直接 参与测试信号的的分析处理，使仪器中的一些硬件甚至整个仪 器从系统中消失，而由计算机的软硬件资源来完成其功能。
第六章 虚拟仪器系统
虚拟仪器系统产生的背景
现代汽车测试仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧 密结合的产物。随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络 技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法以及新的仪器结构不 断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器 的功能和作用发生了质的变化。在此背景下，1986年美国国家仪 器公司(National Instruments，NI)开发出了虚拟仪器系统。
➢ 广泛支持各种网络标准，既可实现方便灵活的互连，又可 通过高速计算机网络组建一个大型分布式、网络化的集成试验 系统，实现远程试验、监控与故障诊断。
§6.2 虚拟仪器系统硬件平台
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完成信统仪器的控制面板，以多种形式表达和输出 测试结果。虚拟仪器的硬件平台，主要由通用计算机和测试硬件 设备等组成。