第12章-虚拟仪器系统ppt课件(全).ppt
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1、第第1212章章 虚拟仪器系统虚拟仪器系统12.112.112.112.1概述概述概述概述12.212.212.212.2虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的组成结构12.312.312.312.3图形化编程语言图形化编程语言图形化编程语言图形化编程语言LabVIEWLabVIEWLabVIEWLabVIEW简介简介简介简介12.412.412.412.4基于基于基于基于LabVIEWLabVIEWLabVIEWLabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例虚拟仪器在检测技术中的应用实例虚拟仪器在检测技术中的应用实例虚拟仪器在检测技术中的应用实例 1986 年美国国家
2、仪器公司(年美国国家仪器公司(NI)提出了)提出了虚拟仪器虚拟仪器的概念,标的概念,标志着一种完全采用新检测理念、新仪器结构、新检测方法、新开志着一种完全采用新检测理念、新仪器结构、新检测方法、新开发手段的仪器系统的诞生。发手段的仪器系统的诞生。通常意义上说,虚拟仪器就是利用通常意义上说,虚拟仪器就是利用I/O 接口设备完成接口设备完成信号的信号的采集采集、测量测量与与调理调理,利用,利用计算机软件计算机软件来实现信号数据的运算、分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
3、的一种测结果,从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统计算机仪器系统。虚拟仪器基于计算机总线和模块化仪器总线技术,硬件实虚拟仪器基于计算机总线和模块化仪器总线技术,硬件实现了模块化、系列化,同时利用计算机及软件将多种检测功能集现了模块化、系列化,同时利用计算机及软件将多种检测功能集成于一体的方法不仅成于一体的方法不仅缩短了检测时间缩短了检测时间,而且也,而且也提高了检测的精度提高了检测的精度。12.112.1概述概述虚拟仪器用于检测技术的背景虚拟仪器用于检测技术的背景虚拟仪器用于检测技术的背景虚拟仪器用于检测技术的背景 计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及,有力地促进计算机科学和微电子技术的
4、迅速发展和普及,有力地促进了多年来发展相对缓慢的仪器技术。目前正在研究的第三代自动了多年来发展相对缓慢的仪器技术。目前正在研究的第三代自动测试系统中,计算机处于核心地位,计算机测试系统中,计算机处于核心地位,计算机软件技术软件技术和和测试系统测试系统更紧密地结合成了一个有机整体,仪器的结构概念和设计观念等更紧密地结合成了一个有机整体,仪器的结构概念和设计观念等都发生了突破性的变化,这种突破性变化所带来的是新的仪器概都发生了突破性的变化,这种突破性变化所带来的是新的仪器概念念虚拟仪器虚拟仪器VI(Virtual Instrument)。)。12.112.1概述概述虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本
5、概念虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念 第一代仪器是第一代仪器是模拟式仪器仪表模拟式仪器仪表。主要结构是基于电磁机械式机构,。主要结构是基于电磁机械式机构,其测量结果是依靠指针显示,也称为模拟指示仪表,如模拟万用表、模其测量结果是依靠指针显示,也称为模拟指示仪表,如模拟万用表、模拟函数发生器、指针式电压表等。拟函数发生器、指针式电压表等。第二代是第二代是数字化仪器数字化仪器。将模拟信号转化为数字信号,以数字形式输出。将模拟信号转化为数字信号,以数字形式输出与显示出结果。如数字万用表、数字存储示波器、数字电压表等。与显示出结果。如数字万用表、数字存储示波器、数字电压表等。第三代是第三代是智能仪
6、器智能仪器。内部有微处理器,可进行自动检测,可以替人脑。内部有微处理器,可进行自动检测,可以替人脑具有一定的数据处理能力,故称具有一定的数据处理能力,故称“智能智能”仪器,其主要功能模块是硬件仪器,其主要功能模块是硬件与固化的软件,对开发和应用仍不灵活。与固化的软件,对开发和应用仍不灵活。随着计算机硬件技术、软件技术、总线技术的高速发展,出现了全随着计算机硬件技术、软件技术、总线技术的高速发展,出现了全新概念的第四代仪器新概念的第四代仪器虚拟仪器。虚拟仪器。虚拟仪器通过软件将虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源计算机硬件资源与与仪器硬件仪器硬件有机的融合在一起,有机的融合在一起,从而把计算机强大的
7、计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在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成本和体积,并通过软件实现对数据的显一起,大大缩小了仪器硬件的成本和体积,并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。在以示、存储以及分析处理。在以PC机为基础的虚拟仪器中,一个机为基础的虚拟仪器中,一个典型的虚典型的虚拟仪器系统包括拟仪器系统包括:计算机、:计算机、VI软件、数据采集卡、硬件接口、电荷放大软件、数据采集卡、硬件接口、电荷放大器、传感器和连接电缆等。其中,器、传感器和连接电缆等。其中,VI软件占主导地位。软件占主导地位。12.112.1概述概述虚
8、拟仪器的应用前景虚拟仪器的应用前景虚拟仪器的应用前景虚拟仪器的应用前景 自自1986 年年NI 公司提出了虚拟仪器的概念后,虚拟仪器技术得公司提出了虚拟仪器的概念后,虚拟仪器技术得到了迅速发展,在科研、开发、测量、计量、测控等领域得到了广到了迅速发展,在科研、开发、测量、计量、测控等领域得到了广泛的应用。泛的应用。由于虚拟仪器的接口具有通用性、开放性,很容易将现有设备由于虚拟仪器的接口具有通用性、开放性,很容易将现有设备仪器联网,实现远程检测与控制,实现大规模自动化,而且仪器资仪器联网,实现远程检测与控制,实现大规模自动化,而且仪器资源的充分利用、检测成本的降低,测控系统的功能提高,其应用范源
9、的充分利用、检测成本的降低,测控系统的功能提高,其应用范围的大大拓展等特点,在将来的发展中定会使其在全球优胜劣汰中围的大大拓展等特点,在将来的发展中定会使其在全球优胜劣汰中脱颖而出。专家分析预测在中国市场将有脱颖而出。专家分析预测在中国市场将有50%的仪器为虚拟仪器。的仪器为虚拟仪器。12.212.2虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的功能组成虚拟仪器的功能组成虚拟仪器的功能组成虚拟仪器的功能组成 如图如图12-1所示,虚拟仪器应用程序将可选硬件(如所示,虚拟仪器应用程序将可选硬件(如GPIB、VXI、RS232、DAQ板)和软件结合在一起实现仪器模块之间的通信、定板)和软件结合在一
10、起实现仪器模块之间的通信、定时和触发。软件为检测人员构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的时和触发。软件为检测人员构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的软件模块。软件模块。12.212.2虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的实现基础虚拟仪器的实现基础虚拟仪器的实现基础虚拟仪器的实现基础v1 1虚拟仪器的硬件基础虚拟仪器的硬件基础虚拟仪器的硬件基础虚拟仪器的硬件基础 在虚拟仪器中,在虚拟仪器中,插入式数据采集卡(插入式数据采集卡(DAQ)是最常用的接口形式是最常用的接口形式之一,其功能是将现场数据采集到计算机中。目前插入式数据采集卡之一,其功能是将现场数据采集到计算机中。目前插入式数据采集卡已
11、具有兆赫级的采样速度,精度高达已具有兆赫级的采样速度,精度高达24位,具有可靠性高、功能灵活、位,具有可靠性高、功能灵活、性能性能/价格比高等特点。用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件,价格比高等特点。用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件,便可构成各种数据采集控制仪器便可构成各种数据采集控制仪器/系统,如信号发生器、电路和器件测系统,如信号发生器、电路和器件测试仪等。试仪等。v2 2虚拟仪器的软件基础虚拟仪器的软件基础虚拟仪器的软件基础虚拟仪器的软件基础 在虚拟仪器系统中强调在虚拟仪器系统中强调“软件构成仪器软件构成仪器”的概念,硬件仅仅是为的概念,硬件仅仅是为了解决信号的输入与输出,
12、软件才是整个仪器的关键。用户可以根据了解决信号的输入与输出,软件才是整个仪器的关键。用户可以根据自己需要定义仪器的功能,通过修改软件的方法很方便地改变、增减自己需要定义仪器的功能,通过修改软件的方法很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模,并可以方便地同外设、网络及其他应用连接。仪器系统的功能与规模,并可以方便地同外设、网络及其他应用连接。虚拟仪器的软件结构主要包括:虚拟仪器的软件结构主要包括:仪器仪器I/O接口软件接口软件、仪器驱动程序仪器驱动程序和和应应用软件用软件三部分。三部分。12.312.3图形化编程语言图形化编程语言LabVIEWLabVIEW简介简介12.3.1 LabVIEW12
13、.3.1 LabVIEW12.3.1 LabVIEW12.3.1 LabVIEW的主要特点的主要特点的主要特点的主要特点 LabVIEW最大的特点就是图形化编程。最大的特点就是图形化编程。除了图形化特点以外,除了图形化特点以外,LabVIEW还具有以下特点:还具有以下特点:1功能强大的函数库,提供了用于输入功能强大的函数库,提供了用于输入/输出、控制、分析和数据显输出、控制、分析和数据显示的几百个内置函数,用户可以直接调用,提高了工作效率。示的几百个内置函数,用户可以直接调用,提高了工作效率。2LabVIEW具有内置具有内置32位程序编译器。位程序编译器。3灵活的程序调试手段。可设置断点、单步
14、运行、高亮执行及设置探灵活的程序调试手段。可设置断点、单步运行、高亮执行及设置探针等程序调试手段来检查程序设计中的错误。针等程序调试手段来检查程序设计中的错误。4开放式的开发平台,开放式的开发平台,LabVIEW可通过可通过ActiveX技术应用、动态数据技术应用、动态数据交换、调用库函数、代码接口节点等实现与其他应用程序的链接,使检测交换、调用库函数、代码接口节点等实现与其他应用程序的链接,使检测人员在人员在LabVIEW中能方便地使用其他软件开发编译的模块。中能方便地使用其他软件开发编译的模块。5支持多种操作系统。支持多种操作系统。LabVIEW提供了提供了Windows、UNIX、Lin
15、ux、Macintosh等多种版本。等多种版本。6强大的强大的Internet功能,支持常用网络协议,易于构建基于计算机网络功能,支持常用网络协议,易于构建基于计算机网络的测试系统。的测试系统。7集成了满足集成了满足GPIB、VXI、RS-232和和RS-485协议的硬件及数据采集卡协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。通信的全部功能。12.312.3图形化编程语言图形化编程语言LabVIEWLabVIEW简介简介12.3.2 LabVIEW12.3.2 LabVIEW12.3.2 LabVIEW12.3.2 LabVIEW的硬件接口的硬件接口的硬件接口的硬件接口 LabVIEW本身提供了超过
16、本身提供了超过400个仪器驱动器,如果检测人员使用个仪器驱动器,如果检测人员使用的是相应硬件,只需用其提供的的是相应硬件,只需用其提供的DAQ Wizard功能,组合几个数据分功能,组合几个数据分析、数据陈述和用户界面子析、数据陈述和用户界面子VI即可快速、容易地创建自己的虚拟仪即可快速、容易地创建自己的虚拟仪器。如果不是,器。如果不是,LabVIEW还提供了通用的硬件接口(包括还提供了通用的硬件接口(包括IEEE488(GPIB),),RS232/422和和VXI,以及插入式的,以及插入式的A/D,D/A和和数字式数字式I/O板),任何提供了板),任何提供了Windows驱动程序(驱动程序(
17、DLL,VXD)的硬)的硬件都可以在件都可以在LabVIEW下正常工作。下正常工作。LabVIEW自身包含超过自身包含超过170种的分析功能,包括信号发生种的分析功能,包括信号发生/仿真、仿真、数字信号处理、数字滤波器、时间、频率合并分析以及脉冲数字信号处理、数字滤波器、时间、频率合并分析以及脉冲/入口探入口探测等。此外,允许检测人员自己编写测等。此外,允许检测人员自己编写C和和Matlab代码实现特定功能,代码实现特定功能,直接嵌入直接嵌入VI中,当作子中,当作子VI来运行。来运行。12.312.3图形化编程语言图形化编程语言LabVIEWLabVIEW简介简介12.3.3 LabVIEW1
18、2.3.3 LabVIEW12.3.3 LabVIEW12.3.3 LabVIEW应用程序的构成应用程序的构成应用程序的构成应用程序的构成 前面板(也前面板(也称之为人机界面)称之为人机界面)是程序与用户交是程序与用户交流的窗口,可以流的窗口,可以设置各种输入控设置各种输入控制参数和观察输制参数和观察输出量。出量。v1 1前面板(前面板(前面板(前面板(Front Front PanelPanel)12.312.3图形化编程语言图形化编程语言LabVIEWLabVIEW简介简介12.3.3 LabVIEW12.3.3 LabVIEW12.3.3 LabVIEW12.3.3 LabVIEW应用程
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