虚拟仪器概述

第1章虚拟仪器概述2019/8/12引子所有的测量仪器主要功能可由①数据采集②数据测试和分析③结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成，因此只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构成由计算机组成的测量仪器。2019/8/131.1虚拟仪器的概念虚拟仪器指的是具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器。它由通用个人计算机、模块化功能硬件和控制软件所组成。操作人员通过友好的图形用户界面以及图形化编程语言来控制仪器的运行，以完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储以及数据生成。2019/8/141.1虚拟仪器的概念在虚拟仪器当中，PC机并不仅仅是起了显示器的作用。虚拟仪器是把仪器的部分功能软件化，封装形成模块，以供调用(即实现软件功能的即插就用，Plug&Play)；而系统必要的一些硬件，如数据采集电路等也设计成各种功能模块，即各种硬件插卡，以供选用。2019/8/151.1虚拟仪器的概念PROCESSORBUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAYANDCONTROL488PORT礟MathMEMORY礟ROMPROCESSORBUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAYANDCONTROL488PORT礟MathMEMORY礟ROMControlPanelFlowPressureAlarmConditionsSTOPTemperature传统仪器厂商定义功能虚拟仪器用户定义功能2019/8/16虚拟仪器是在计算机上显示传统仪器面板，它将硬件电路完成的信号调理和处理功能由计算机程序完成。仪器技术的发展过程2019/8/17第一代：模拟式仪器仪表如指针式电流、电压、万用表、模拟式信号产生器等，它们对测量结果进行指示的基本结构是电磁机械式结构。第二代：数字化仪器如数字电压表、数字频率计、数显表、记忆示波器等。它是将模拟信号的测量转为数字信号的测量，并以数字方式输出和显示结果。仪器技术的发展过程2019/8/18第三代：智能仪器内置有微处理器，能进行自动测试并具有一定的数据处理功能。其功能模块是硬件和固化的软件，灵活性差。第四代：虚拟仪器是计算机技术、数据通信技术和测量技术相结合的产物，它几乎克服了传统硬件化仪器的所有缺点，是测试仪器的发展方向。仪器技术的发展过程2019/8/19(2)虚拟仪器的发展现状国内：20世纪90年代中期开始引进、研究和开发工作，目前已取得了很大进展。如重庆大学已成功开发了15类30余种直接的虚拟仪器并在全国推广。国外：20世纪80年代以来，NI公司研制和推出了多种总线系统的虚拟仪器，其代表产品LabVIEW图形编程系统已广泛使用。随后HP公司也推出了HPVEE编程系统。后来世界上又陆续百家公司如Tektronix公司、Racal公司也相继推出了各自的产品。1988年，全球只有5家制造商推出的30余种产品；1994年，已有90余家近1000多种产品问世。据“国际自动化仪表”杂志1999年预测：到21世纪前十年，全世界将有50%的仪器仪表为虚拟仪器，其生产厂家将超过千家，产品将达到数千种。市场占有率将达到电测仪器仪表的50%以上。2019/8/110VI传统仪器软件使得开发与维护费用降至最低开发与维护开销高技术更新周期短(1～2年)技术更新周期长(5～10年)关键是软件关键是硬件价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵用户定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，计算机技术同步发展封闭、固定与网络及其它周边设备互联功能单一的独立设备传统仪器:厂商定义虚拟仪器:用户定义PROCESSORBUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAYANDCONTROL488PORT礟MathMEMORY礟ROMPROCESSORBUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAYANDCONTROL488PORT礟MathMEMORY礟ROMControlPanelFlowPressureAlarmConditionsSTOPTemperature2019/8/111PXIVXIGPIBDAQIMAQMotion硬件板卡软件程序解决方案软件驱动模块2019/8/112GPIB接口卡测控对象信号调理GPIB接口仪器现场总线（Fieldbus）设备串行口仪器/PLC数据采集卡PC机或工作站虚拟仪器软件开发平台VXI仪器虚拟仪器构成框图2019/8/1132019/8/114一些常用的虚拟仪器板卡DAQCardIMAQCardFieldPointMotionControlCard2019/8/1151.1虚拟仪器的概念虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成的。计算机与仪器硬件又称为VI的通用仪器硬件平台。2019/8/1161.1虚拟仪器的概念软件技术是虚拟仪器的核心技术。常用的仪器用开发软件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW应用最为广泛。2019/8/1171.2什么是LabVIEW?LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。2019/8/1182019/8/1191.2什么是LabVIEW?LabVIEW程序被称为VI（VirtualInstrument），即虚拟仪器。LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等。2019/8/1201.3LabVIEW可以做什么?LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。2019/8/1211.3LabVIEW可以做什么?LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统。在美国LawrenceLivermore国家实验室，一个花费2000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统就是基于LabVIEW开发的。在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制系统中，大约有30种物理量共7000多点的现场数据点需要实时采集控制和分析记录等。2019/8/1222019/8/1231.4LabVIEW的发展历程2019/8/1241.5初步认识LabVIEW2019/8/125LabVIEW8.2启动界面VI程序和工程创建栏新近打开的工程和VI程序列表栏帮助资源列表栏2019/8/126前面板和程序框图LabVIEW程序被称为VI，扩展名默认为.vi框图窗口前面板窗口图标2019/8/127控件选板2019/8/128控件选板控件选板在前面板显示，它包含创建前面板时可用的全部对象。控件选板中的基本常用控件可以以现代（modern）、经典（classic）和系统（system）三种风格显示。选择主菜单View-ControlsPalette选项或右击前面板空白处就可以显示控件选板。2019/8/129函数选板2019/8/130函数选板函数选板只能在编辑程序框图时使用，与控件选板的工作方式大体相同。创建框图程序常用的VI和函数对象都包含在该选板中。选择View-FunctionsPalette或右击框图面板空白处就可以显示函数选板。2019/8/131工具选板2019/8/132工具选板在前面板和程序框图中都可以使用工具选板，使用其中不同的工具可以操作、编辑或修饰前面板和程序框图中选定的对象，也可以用来调试程序等。可以选择View-ToolsPalette选项来显示工具选板2019/8/133善用LabVIEW联机帮助LabVIEW为用户提供了非常全面的帮助信息，有效地利用帮助信息是快速掌握LabVIEW的一条捷径。LabVIEW提供了各种获取帮助信息的方法，包括实时上下文帮助（ShowContextHelp）、联机帮助、LabVIEW范例查找器（FindExamples）、网络资源（WebResources）等。2019/8/134实时上下文帮助窗口单击此处访问更详细的联机帮助更多帮助信息锁定上下文相关帮助显示VI路径2019/8/135实时上下文帮助窗口选择菜单栏中Help-ShowContextHelp选项或按下Ctrl+H，就会弹出ContextHelp窗口。当鼠标移到某个对象或函数上时，上下文帮助窗口就会显示相应的帮助信息。2019/8/136联机帮助文档2019/8/137联机帮助文档当单击ContextHelp窗口中Detailedhelp会弹出相应的完整的帮助信息。这是一个Windows标准风格的帮助窗口，包含了LabVIEW全部的帮助信息。你也可以选择主菜单Help-SearchtheLabVIEWHelp选项打开它。2019/8/138范例查找器2019/8/139范例查找器LabVIEW提供了大量的范例，这些范例几乎包含了LabVIEW所有功能的应用实例，并提供了大量的综合应用实例。在菜单栏中选择Help-FindExamples选项可以打开范例查找器。2019/8/140编辑前面板LabVIEW中的前面板是图形化的人机界面，利用控件选项板提供的各种控件可以所见即所得地编辑丰富多彩的人机界面。2019/8/141(1)输入控件（Controls）和显示控件（Indicator）利用输入控件可以输入相应的数据，例如数字、布尔量、字符串和文件路径等。2019/8/142(1)输入控件（Controls）和显示控件（Indicator）显示控件用来显示数据。显示控件有数字、温度计、LED指示灯、文本、波形图等。2019/8/143(1)输入控件（Controls）和显示控件（Indicator）前面板中的一些控件既可以作为输入控件也可以做作为显示控件。右击控件，选择ChangetoIndicator或ChangetoControl可以进行输入控件与显示控件之间的切换。2019/8/144控件属性前面板中的每个控件都有自己的属性，如控件的颜色、最大最小值、显示精度和方式等。许多属性都可以根据不同的需要进行编辑。右击前面板任何一个控件选择Properties选项就可以弹出该控件的属性配置窗口。2019/8/145编辑程序框图程序框图是图形化源代码的集合，这种图形化的编程语言也称为G语言。2019/8/146程序框图中的控件对象程序框图中的控件对象实际上是前面板相应控件的接线端前面板控件程序框图中对应的接线端2019/8/147程序框图节点LabVIEW中的程序框图节点是指带有输入和输出接线端的对象，类似文本编程语言中的语句、运算符、函数和子程序。LabVIEW中的节点主要包括函数、结构、ExpressVI、子VI等。2019/8/148对象连线2019/8/149运行VI1．运行VI单击前面板或程序框图工具栏中的运行按钮就可以运行VI一次，当VI正在运行时，运行按钮变为状态。2．停止VI运行当程序运行时，停止按钮由编辑时的状态，变为可用状态，单击此按钮可强行停止程序的运行。如果调试程序时，使程序无意中进入死循环或无法退出时，这个按钮可以强行结束程序运行。2019/8/150调试VI在程序执行前或正在执行时，单击工具栏上的高亮执行按钮，程序就可以在高亮方式下运行，这时