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
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。
• 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。
• 如：虚拟示波器
Vi 输入电路
A/D
RAM
控制系统
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
虚拟仪器的基本功能
• 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。
• 什么是LabVIEW ?
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, 实 验室虚拟仪器工程平台 ) 是美国 NI 公司 推出的一种基于 G 语言 ( Graphics Language, 图形化编程语言 ) 的虚拟仪器 软件开发工具。
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：
• 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.
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，以扩展其原有的功 能。
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。
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
人机交互
开放、灵活，与计算机技术同步 发展
PC机
• 虚拟数字电压表
• 基于虚拟仪器的 温度检测与控制
• 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。
虚拟仪器与传统仪器的比较
• 端子：是在框图程序和前面板之间或者在框图 程序的节点之间进行数据传输的接口。
• 连线：连线是输入和输出端子间的数据通道， 代表程序执行过程中的数据流。类似于普通程 序中的参数。
• 结构：传统编程语言中循环、条件结构等的图 形化表示。
• 程序框图的设计就是将函数选板上的结 构、函数节点和前面板对象在程序框图 的接线按照一定的方式和顺序用连线连 接起来。
被测信号
I/O 接口设备 PC-DAQ 系统
GPIB 系统 VXI 系统 PXI 系统 串口系统
计算机
• （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
第五章 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
5.1 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。
• 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
• G 与其它基于文本的编程语言的重要区别: G是图形化的编程语言
• LabVIEW8.5的启动界面
前面板和程序框图
前面板组成： 输入控件和
显示主控菜件单栏
输入控件： 按钮、旋钮、 转盘 显示控件： 图标、指示 灯
• 框图程序构成三要素
• 节点：程序框图上的对象，带有输入输出端， 是程序执行元素，类似于传统文本编程语言程 序中的语句、操作符、函数或者子程序。
• 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。
虚拟仪器的基本功Biblioteka 组成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。
• 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）
• 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。
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。
• 软件（一套完整的虚拟仪器系统的软件结构一 般分为四层）
控制选板
控制模板只用于前面 板，用来创建控制器 和指示器。模板中显 示的是一些子模板的 图标，点击图标即可 弹出该图标下的子模 板。
函数选板：用于创建流程图程序
数据流编程模式
例1-1 例1-2
本章小结
• 1、虚拟仪器定义 • 2、虚拟仪器构成 • 3、LabView开发环境 • 4、 LabView是数据流编程模式
例：虚拟电压表界面（ LabVIEW前面板编程）
例：虚拟电压表程序（ LabVIEW流程框图）
➢ 什么是 G ?
• 是一种带有各种函数库的编程语言 ;
• 提供了专门用于数据采集和仪器控制的函数 库与开发工具
• 使用 G 语言编制的程序称为虚拟仪器程序 （Virtual Instruments，简称VI ）。
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
GPIB 仪器系统
• 在程序框图的设计过程可以通过即时帮 助窗口来查看结构或函数的使用方法。
LabVIEW环境的三个选板
• LabView环境的三个选板： • 工具选板 • 控件选板 • 函数选板
工具选板
• 使用工具模板中的工 具可创建、修改和调 试VI。当从工具模板 中选择了某种工具后， 鼠标光标就变为该工 具的形状，表示可以 进行某类操作。
实验一 LabVIEW基本操作
• 练习1-1——p17 • 创建一个VI程序，比较两个数，如果两
数相等则灯亮。 • 创建一个VI程序并调试，使用滑动控件
输入3个数A、B和C，求 (B+C) A－20， 确定运算结果的范围，并使用数值、表 盘和温度计正确显示结果。设计和编辑 前面板，使界面美观、实用。
虚拟仪器测试系统的软件系统
• Labview
总结
• 虚拟仪器的概念 • 虚拟仪器的基本功能 • 虚拟仪器的基本组成部分 • 基于虚拟仪器的测试系统
作业：
• 1、测试测量仪器经历了哪几个阶段 • 2、什么是虚拟仪器？特点？ • 3、虚拟仪器的系统组成？
1.3 LabVIEW开发环境
• 什么是LabVIEW • 前面板和程序框图 • 菜单栏（自学） • 数据流编程模式
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。
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
显示、输 出、打印