• 第四代仪器：虚拟仪器
–虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相结合的产 物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器 发展的一个重要方向。
薛晓 Email:xuexiao103@
仪器技术革命
• 第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引 起的，使仪器形态进入了数字化仪器时代；
• 第二次仪器革命是由于微处理器的大量应用引 起的，使仪器形态进入了智能仪器时代；
• 目前，仪器领域正在进行第三次仪器革命，这 次革命是由通用计算机硬软件技术的进步引起 的，这次仪器革命将使仪器形态进入第四个时 期：虚拟仪器时代。
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仪器的构成元素
传统仪器 硬件（电子线路）
硬件（电子线路） 硬件（显示器与旋钮）
数据采集
信号处理
结果表达 与仪器控制
Computer Based Instruments
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虚拟仪器的定义
• 所谓的虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的 硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板， 测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
• “虚拟”的含义
– 虚拟的仪器面板 – 由软件实现仪器的测量功能（软件就是仪器）
J2 J1
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为什么采用欧卡标准?
• 多年工业应用所证明 (VME, VXI, etc.) • IEEE 1101 标准 • 机械性能优异 • 模块化且结构紧凑
–数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、 频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化 为数字信号的测量，并以数字方式输出最终 结果。
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仪器的发展历史
• 第三代仪器：智能仪器
–智能仪器内置微处理器，能进行自动测量，具有一 定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动。它的全 部功能全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存 在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。
虚拟仪器软件例子
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传统仪器与虚拟仪器比较
仪器定义
功能设定
关键环节 开放性 性能价格比 技术更新速度 开发维护
传统仪器
虚拟仪器
厂家
用户
功能特定，与其它设备连 接受到限制。
硬件
面向应用的系统结构，可方 便地与网络设备、外设和其 它设备连接。
Control Panel
STOP
Conditioning
DISP LAY
CO AN NTDRO礟L
A/D TI/O
PROCESSOR
BUS 礟 Math
Timing
MEMORY
D/A
488 PORT
ROM
DI/O
虚拟仪器 用户定义功能

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Virtual Instrumentation--
仪器的发展历史
• 第一代仪器：模拟仪器 • 第二代仪器：数字化仪器 • 第三代仪器：智能仪器 • 第四代仪器：虚拟仪器
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仪器的发展历史
• 第一代仪器：模拟仪器
–如指针式万用表，它们的基本特征是采用模 拟电子技术实现，采用指针显示结果。
• 第二代仪器：数字化仪器
(132 Mbytes/sec) • PCI 是事实上的工业标准
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关于CompactPCI总线
PCI 总线
欧洲卡 封装
CompactPCI
优良的IEC 连接器
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为什么采用不同的连接器?
• 更多数量的管脚 • 更加可靠 • 屏蔽 • 阻抗匹配 • 可提供更多的扩展槽
• 虚拟仪器=总线模块＋算法； • 常用总线：PXI和VXI
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二、PXI与VXI的比较与选择
• PXI总线介绍 • VXI总线介绍 • PXI与VXI选择
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为什么使用 PCI总线?
• 广泛的工业支持 • 即插即用能力 • 几千种软件支持 • 32位数据总线传输 （33 MHz时钟）
虚拟仪器
硬件（电子线路）
计算机软件（算法） 计算机硬件 （显示器与虚拟旋钮）
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计算机系统资源
传统仪器与虚拟仪器实现测量原理比较
传统仪器信号有效值测量
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V rms
1 T
T f 2 (t )dt
0
第二章 虚拟仪器技术
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PXI总线与虚拟仪器
• 什么是虚拟仪器 • PXI与VXI总线比较与选择 • PXI虚拟仪器技术国内外现状与应用实例 • 虚拟仪器的软件平台
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一、什么是虚拟仪器
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V rms
1
n
n 1
xi2
i0
虚拟仪器信号有效值测量算法
仪器概念的转变
ROMM礟ath DICSAPONLNDATYROLPROCE礟SSMOERMBOU48SR8YPORT
CAon/DdDit/iADonI/TiTOniIgm/Oing
传统仪器 厂商定义功能
Temperature
Flow Pressure Alarm Conditions
软件
封闭式系统，功能固定， 基于计算机技术的开放式系
不能改变。
统，灵活的软件功能模块。
低
高，可重复使用。
慢（周期5~10年）
快（周期1~2年）
开发维护费用高
软件结构，节省费用
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总结
• 虚拟仪器是新一代仪器，是仪器的发展 方向；
• 虚拟仪器的核心－－软件算法代替硬件 电路；
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虚拟仪器的架构
模块化 仪器
软件 算法
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PXI模块
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PXI模块
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VXI模块
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