虚拟仪器测试系统.pptx

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1、1.1 1.1 虚拟仪器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。的结合。第1页/共41页1 1、测量仪器的发展历程、测量仪器的发展历程2 2、虚拟仪器的基本概念、虚拟仪器的基本概念3 3、虚拟仪器与传统仪器的比较、虚拟仪器与传统仪器的比较4 4、虚拟仪器的基本功能、虚拟仪器的基本功能5 5、虚拟仪器的基本组成部分、虚拟仪器的基本组成部分第2页/共41页测量仪器的发展历程测量仪器的发展历程第3页/共41页虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念 什么是什么是虚拟仪器虚拟仪器?所谓虚拟仪器所谓虚

2、拟仪器,即是以计算机为基础即是以计算机为基础,配以相应测试功能的硬件作为信号配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口输入输出的接口,完成信号的采集、测量与调理完成信号的采集、测量与调理,从而完成各种测试功能从而完成各种测试功能的一种计算机化仪器系统。的一种计算机化仪器系统。虚拟仪器（虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以计算机和测试模块）：是一种以计算机和测试模块的的硬件为基础硬件为基础、以计算机、以计算机软件为核心软件为核心所构成的，并且在计算机显示屏幕上所构成的，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虚

3、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。义的计算机仪器。第4页/共41页如：虚拟示波器第5页/共41页虚拟数字电压表基于虚拟仪器的 温度检测与控制第6页/共41页虚拟仪器之虚拟仪器之“虚拟虚拟”含义：含义：虚拟仪器面板；虚拟仪器面板；软件实现仪器功能。如：基于高速数据采软件实现仪器功能。如：基于高速数据采集硬件，通过计算机软件编程可实现集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚虚拟示波器拟示波器”、“虚拟频谱仪虚拟频谱仪”、“虚拟交虚拟交流数字电压表流数字电压表”、“虚拟频率计虚拟频率计”、“虚虚拟相位计拟相位计”等不同仪器。等不同仪器。第7页/共41页虚拟仪器

4、与传统仪器的比较虚拟仪器与传统仪器的比较比较内容比较内容虚拟仪器虚拟仪器 传统仪器传统仪器系统构成系统构成软件和通用硬件。软件是关键软件和通用硬件。软件是关键 专用硬件系统专用硬件系统开发周期开发周期开发时间短、技术要求低、系统开发时间短、技术要求低、系统通用性强通用性强开发时间长、技术要开发时间长、技术要求高、系统功能较求高、系统功能较专一专一开发费用开发费用软件使得开发和维护费用降至最软件使得开发和维护费用降至最低低开发与维修开销高开发与维修开销高技术更新周期技术更新周期短（短（12年）年）长（长（510年）年）价格价格价格低、可复用与可重配置性强价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵价格昂

5、贵功能可塑性功能可塑性用户定义仪器功能，柔性用户定义仪器功能，柔性厂商定义仪器功能，厂商定义仪器功能，刚性刚性系统开放性系统开放性开放、灵活，与计算机技术同步开放、灵活，与计算机技术同步发展发展封闭、固定封闭、固定构成复杂系统构成复杂系统能力能力易与网络及其他周边设备互连易与网络及其他周边设备互连功能单一的独立设备功能单一的独立设备人机交互人机交互无限的显示选项、界面友好无限的显示选项、界面友好有限的显示选项有限的显示选项第8页/共41页虚拟仪器的基本功能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

6、理、结果表示与输出三大功能模块。示与输出三大功能模块。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。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。第9页/共41页虚拟仪器的基本功能组成第10页/共41页虚拟仪器的基本组成部分虚拟仪器的基本组成部分硬件和软件两大部分构成。硬件和软件两大部分构成。硬件是基础，软件是核心。硬件是基础，软件是核心。第11页/共41页硬件平台硬件平台计算机（核心）计算机（核心）I/O接口设备（信号采集、放

7、大和模数转接口设备（信号采集、放大和模数转换）换）第12页/共41页（1）基于）基于PC总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器内置内置PC总线（如总线（如ISA、PCI、PC/104）的通用数据采集卡）的通用数据采集卡（DAQ，Data AcQuisition）。）。（2）基于）基于GPIB通用接口总线的虚拟仪器通用接口总线的虚拟仪器国际标准（和），技术成熟；国际标准（和），技术成熟；但其数据传输速度一般低于但其数据传输速度一般低于500Kb/s，对测试速度要求很高的场合不太适用。，对测试速度要求很高的场合不太适用。（3）基于）基于VXl总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器具有模块化、系列化、通用化、具有模块化

8、、系列化、通用化、“即插即用即插即用”及及VXI仪器的互换性和互操作仪器的互换性和互操作性。性。但价格相对较高，适合于高端的测试领域。但价格相对较高，适合于高端的测试领域。（4）基于）基于PXI总线的虚拟仪器总线的虚拟仪器兼容兼容PCI总线产品。总线产品。集集CompactPCI的高性能和的高性能和VXI可靠性，性价比最好。可靠性，性价比最好。第13页/共41页软件（一套完整的虚拟仪器系统的软件结构一般分为四层）软件（一套完整的虚拟仪器系统的软件结构一般分为四层）1、测试管理层、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

9、一套测试仪器，这是虚拟仪器的优点之一，它可以方己的一套测试仪器，这是虚拟仪器的优点之一，它可以方便地使用用户根据自己的需要，建立自己的测试仪器。便地使用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、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，以扩展以其原用户使用应用程序开发软件进行深层开发，以扩展以其原有的功能。有的功能。3、仪器驱动层、仪器驱动层 连接上层应用程序与底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。完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合。4、I/O接口软件接口软件 I/O

10、接口软件存在于仪器设备（即接口软件存在于仪器设备（即I/O接口设备）与仪器接口设备）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。层软件。第14页/共41页1.2 基于虚拟仪器的测试系统基于虚拟仪器的测试系统被测对象被测对象传感器传感器信号调理模块信号调理模块数据采集卡数据采集卡计算机计算机显示、输显示、输出、打印出、打印基于虚拟仪器的测试系统结构框图第15页/共41页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

11、与之传感器：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、流量传有对应关系电信号。如测速发电机、流量传感器等。感器等。信号调理模块：信号调理模块：信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等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，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。包括功率放大、电气隔离等。NI公司的仪器公司的仪器信号调理板卡信号调理板卡SCXI是是LabVIEW软件直接支软件直接支持的一个信号调理板卡，持的一个信号调理板卡，LabVIEW环境中调环境中调用非常方便用非常方便.第16页/共41页数据采集卡：它是外界信号进

12、入计算机的通道，在这个通道中要实现数据采集卡：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、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。）：它的作用是数据采集，分析，显示和记

13、录。计算机计算机第17页/共41页虚拟仪器测试系统的软件系统Labview第18页/共41页总结总结虚拟仪器的概念虚拟仪器的概念虚拟仪器的基本功能虚拟仪器的基本功能虚拟仪器的基本组成部分虚拟仪器的基本组成部分基于虚拟仪器的测试系统基于虚拟仪器的测试系统第19页/共41页作业：作业：1、测试测量仪器经历了哪几个阶段、测试测量仪器经历了哪几个阶段2、什么是虚拟仪器？特点？、什么是虚拟仪器？特点？3、虚拟仪器的系统组成？、虚拟仪器的系统组成？第20页/共41页1.3 LabVIEW开发环境开发环境什么是什么是LabVIEW前面板和程序框图前面板和程序框图菜单栏（自学）菜单栏（自学）数据流编程模式数据

14、流编程模式第21页/共41页什么是什么是LabVIEW?LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,实验室虚拟仪器工程平台实验室虚拟仪器工程平台)是美是美国国 NI 公司推出的一种基于公司推出的一种基于 G 语言语言(Graphics Language,图形化编程语言图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具的虚拟仪器软件开发工具。第22页/共41页例：虚拟电压表界面（例：虚拟电压表界面（LabVIEW前面板编程）前面板编程）第23页/共41页例：虚拟电压表程序（例：虚拟电压表程序（LabVIEW流程框图）流程框图）第24

15、页/共41页 什么是什么是 G?是一种带有各种函数库的编程语言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库与开发工具 使用使用 G 语言编制的程序称为虚拟仪器程序语言编制的程序称为虚拟仪器程序（Virtual Instruments，简称简称VI）。）。G 与其它基于文本的编程语言的重要区别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是图形化的编程语言第25页/共41页的启动界面的启动界面第26页/共41页第27页/共41页前面板和程序框图前面板和程序框图主菜单栏前面板组成：前面板组成：输入控件和输入控件

16、和显示控件显示控件输入控件：输入控件：按钮、旋钮、按钮、旋钮、转盘转盘显示控件：显示控件：图标、指示图标、指示灯灯第28页/共41页框图程序构成三要素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。统文本编程语言程序中的语句、操作符、函数或者子程序。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。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

17、过程中的数据连线：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。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。结构：传统编程语言中循环、条件结构等的图形化表示。第29页/共41页第30页/共41页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。图的接线按照一定的方式和顺序用连线连接起来。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。在程序框图的设计过程可以通过即时帮助窗口来查

18、看结构或函数的使用方法。第31页/共41页LabVIEW环境的三个选板环境的三个选板LabView环境的三个选板：环境的三个选板：工具选板工具选板控件选板控件选板函数选板函数选板第32页/共41页工具选板工具选板使用工具模板中的工具可创建、修改和调使用工具模板中的工具可创建、修改和调试试VI。当从工具模板中选择了某种工具。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，表示后，鼠标光标就变为该工具的形状，表示可以进行某类操作。可以进行某类操作。第33页/共41页第34页/共41页控制模板只用于前面板，控制模板只用于前面板，用来创建控制器和指示用来创建控制器和指示器。模板中显示的是一

19、器。模板中显示的是一些子模板的图标，点击些子模板的图标，点击图标即可弹出该图标下图标即可弹出该图标下的子模板。的子模板。控制选板控制选板第35页/共41页函数选板：用于创建流程图程序函数选板：用于创建流程图程序第36页/共41页第37页/共41页数据流编程模式数据流编程模式例例1-1例例1-2第38页/共41页本章小结本章小结1、虚拟仪器定义、虚拟仪器定义2、虚拟仪器构成、虚拟仪器构成3、LabView开发环境开发环境4、LabView是数据流编程模式是数据流编程模式第39页/共41页练习1-1p17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)A20，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。第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页