虚拟仪器与LabVIEW基础

第1章虚拟仪器与LabVIEW基础

1、虚拟仪器概述虚拟仪器(Virtual Intrument,简称VI)是20世纪90年 代初期出现的一种新型仪器，它以计算机为核心，将计算机 与测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些 硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器面板的测量仪 器。这种硬件功能的软件化，是虚拟仪器的一大特征。操作 人员在计算机显示屏上用鼠标和键盘控制仪器的启动、运行、 结束，完成被测信号的数据采集、信号分析、谱图显示、数 据存储、数据回放及控制输出等功能。

与传统仪器相比，虚拟仪器最大的特点是其功能由软件定 义，可以由用户根据应用需要进行调整，用户选择不同的应用 软件就可以形成不同的虚拟仪器。而传统仪器的功能是由厂商 事先定义好的，其功能用户无法变更。当虚拟仪器用户需要改 变仪器功能或需要构造新的仪器时，可以由用户自己改变应用 软件来实现，而不必重新购买新的仪器。

虚拟仪器是计算机技术与仪器技术深层次结合产生的产 物，是对传统仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命。 虚拟仪器是继模拟化仪表、智能化仪器之后的新一代仪器，代 表了当前测试仪器发展的方向之一。

仪器的发展进程

催生虚拟仪器的土壤芯片 硬件

软件网络 总线

LANs AT

Internet

计算机技术的进步

传统分析仪器与虚拟仪器比较传统分析仪器 虚拟仪器

仪器定义功能设定

厂家功能特定，与其他设 备连接受到限制

用户面向应用的系统结构，可 方便地与网络设备、外设 和其他设备连接

关键环节 开放性 性能价格比

硬件 封闭式系统，功能固 定，不能改变 低

软件基于计算机技术的开放式 系统，灵活的软件功能模 块

高，可重复使用 快(周期1~2年) 软件结构，节省费用

技术更新速度 慢(周期5~10年) 开发维护 开发维护费用高

传统仪器

虚拟仪器

2、虚拟仪器的组成

2.1虚拟仪器的组成虚拟仪器是以计算机为载体的自动化测量与控制系统， 用来对现实世界的各种物理量进行测量或者对物理过程 进行控制。

典型的虚拟仪器结构

2.2常用虚拟仪器板卡目前针对不同的应用目的和环境，已设计了多种性能和用 途的数据采集卡，包括PCI结构、PXI总线结构、USB总线结 构、分布式系统结构、GPIB或串口设备结构、CRIO系统结构 等。

计算机虚拟仪器板卡

2.3 典型的虚拟仪器结构

PCI 卡

PXI总线结构

USB总线结构

FiledPoint模块

GPIB结构

CRIO结构

2.3 典型的虚拟仪器结构根据虚拟仪器所采用的信号测量硬件模块的不同，虚拟仪 器可以分为下面几类：(1) PC-DAQ数据采集卡 利用计算机扩

展槽和外部接口，将信号测量硬件设计为计算机 插卡或外部设备，直接插接在计算机上，再配上相应的应用软件， 组成计算机虚拟仪器测试系统。这是目前应用得最为广泛的一种 计算机虚拟仪器组成形式。

(2)PXI总线结构PCI总线的仪器扩展。这种虚拟仪器结构有一个带总线背板的 多槽机箱，计算机被做成一个模块插在0槽中做控制器，其他槽中 可以插各种数据采集模块。

PXI总线结构

(3)USB总线结构数据采集装置挂在计算机外面，通过USB口向计算机传输数 据，比较适合于用笔记本电脑组成便携式的测试系统。USB数据 采集装置有简单的模块，也有NI公司的CompactDAQ系统。 CompactDAQ把一组信号调理和数据采集模块装在一个机箱内， 机箱与计算机通过USB总线通信。

USB总线结构

(4))分布式系统结构 这种虚拟仪器结构可以在工业现场把数据采集设备安装在被 测试对象附近，通过计算机网络、串口或工业现场总线与计算机 通讯。NI公司这种产品以FiledPoint和CompactFiledPoint模块为 代表，后者尺寸更小，抗冲击和震动等性能更好。

FiledPoint模块