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虚拟仪器技术导论5仪器的发展仪器的发展仪器的发展仪器的发展5虚拟仪器的概念虚拟仪器的概念虚拟仪器的概念虚拟仪器的概念5虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点5虚拟仪器的体系虚拟仪器的体系虚拟仪器的体系虚拟仪器的体系5虚拟仪器的硬件虚拟仪器的硬件虚拟仪器的硬件虚拟仪器的硬件5虚拟仪器的软件虚拟仪器的软件虚拟仪器的软件虚拟仪器的软件5虚拟仪器的分类虚拟仪器的分类虚拟仪器的分类虚拟仪器的分类5虚拟仪器的应用虚拟仪器的应用虚拟仪器的应用虚拟仪器的应用虚拟仪器技术导论—仪器的发展5模拟式仪表（模拟量）5数字式仪表（A/D转换、数显）5智能仪器5自动测试系统5虚拟仪器仪仪仪仪器器器器的的的的发发发发展展展展历历历历史史史史VXIChassisDAQBoardswithRTSIFullyProgrammableSystemGUIIEEE488RackandStackSystemAnalogInstrumentationVirtualInstrumentation虚拟仪器技术导论—仪器的发展虚拟仪器技术导论—仪器的发展模拟式仪表（模拟量）如:测直流电压1011112Q1Q2RR5R6R7I0+–R01011112Q1Q2RR5R6R7I0+–R0虚拟仪器技术导论—仪器的发展AC–DCA–VΩ–V转换器LCD显示器A/D转换器输入RC滤波器模拟量输入直流数字电压表(DVM)AC–DCA–VΩ–V转换器LCD显示器A/D转换器输入RC滤波器模拟量输入直流数字电压表(DVM)数字式仪表（A/D转换、数显）虚拟仪器技术导论—仪器的发展5智能仪器5含有微处理器、单片计算机或体积很小的微型机，有时亦称为内含微处理器的仪器或基于微型机的仪器。功能丰富又很灵巧，国外书刊中常简称为智能仪器。5软件软件软件软件是智能仪器的灵魂。智能仪器的管理程序也称监控程序，分析、接受、执行来自键盘或接口的命令，完成测试和数据处理等任务。软件存于ROM或EPROM。通信接口通信接口通信接口通信接口人机接口人机接口人机接口人机接口模拟量输入输出模拟量输入输出模拟量输入输出模拟量输入输出微处理器微处理器微处理器微处理器MPUMPUMPUMPU程序存储器程序存储器程序存储器程序存储器（（（（ROMROMROMROM））））数据存储器数据存储器数据存储器数据存储器（（（（ROMROMROMROM））））I/OI/OI/OI/O接口接口接口接口键盘显示接口键盘显示接口键盘显示接口键盘显示接口标准仪用标准仪用标准仪用标准仪用通信接口通信接口通信接口通信接口A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器D/AD/AD/AD/A转换器转换器转换器转换器键盘键盘键盘键盘显示显示显示显示外部仪用外部仪用外部仪用外部仪用标准总线标准总线标准总线标准总线信号信号信号信号调理调理调理调理模拟模拟模拟模拟执行器执行器执行器执行器被测量被测量被测量被测量智智智智能能能能仪仪仪仪器器器器的的的的基基基基本本本本结结结结构构构构虚拟仪器技术导论—仪器的发展虚拟仪器技术导论—仪器的发展5自动测试系统5微机或微处理器微机或微处理器微机或微处理器微机或微处理器+可程控仪器可程控仪器可程控仪器可程控仪器+接口接口接口接口+软件软件软件软件5源于本世纪源于本世纪源于本世纪源于本世纪70年代年代年代年代5第一代自动测试系统第一代自动测试系统第一代自动测试系统第一代自动测试系统通常是针对某项具体任务而设计的，接口也是专用的，通用性比较差。设计和制造不具有重复性。5第二代自动测试系统第二代自动测试系统第二代自动测试系统第二代自动测试系统采用了标准化的通用可程控测量仪器接口总线(IEEE488)及可程序控制的仪器和测控计算机(控制器)，从而使得自动测试系统的设计、使用和组装都比较容易。虚拟仪器技术导论—仪器的发展虚拟仪器技术导论—仪器的发展5自动测试系统5第二代自动测试系统虽然比人工测试显示出前所未有的优越性，但是在这些系统中，电电电电子计算机并没有充分发挥作用子计算机并没有充分发挥作用子计算机并没有充分发挥作用子计算机并没有充分发挥作用，系统中仍是使用传统的测试设备(只不过是配备了新的标准接口)，整个系统的工作过程基本上还是对传统人工测试的模拟。5第三代自动测试系统——虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器技术导论—概念5虚拟仪器（VirtualInstrument简称VI）是计算机技术同仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪器，是对传统仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命。ComputerBasedInstruments虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（（（（NationalNationalNationalNationalInstrumentInstrumentInstrumentInstrument））））在在在在1986198619861986年提出的年提出的年提出的年提出的，，，，但其雏形可以追溯到但其雏形可以追溯到但其雏形可以追溯到但其雏形可以追溯到1981198119811981年由美国西北仪器系统公司推出的年由美国西北仪器系统公司推出的年由美国西北仪器系统公司推出的年由美国西北仪器系统公司推出的AppleIIAppleIIAppleIIAppleII为基础的数字为基础的数字为基础的数字为基础的数字存储示波器存储示波器存储示波器存储示波器。。。。这种仪器和个人计算机的概念相适应这种仪器和个人计算机的概念相适应这种仪器和个人计算机的概念相适应这种仪器和个人计算机的概念相适应，，，，当时被当时被当时被当时被称为个人仪器称为个人仪器称为个人仪器称为个人仪器。（。（。（。（PersonalInstrumentPersonalInstrumentPersonalInstrumentPersonalInstrument）。）。）。）。1986年，NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabVIEW，标志着虚拟仪器软件设计平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。虚拟仪器技术导论—概念5虚拟仪器(VIVIVIVI----VirtualInstrumentationVirtualInstrumentationVirtualInstrumentationVirtualInstrumentation)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。与传统仪器一样，如果忽略它的跨网络的位置透明性，它同样划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能模块。虚拟仪器技术导论—概念插入式插入式插入式插入式DAQDAQDAQDAQ卡卡卡卡VXIVXIVXIVXI仪器仪器仪器仪器GPIBGPIBGPIBGPIB仪器仪器仪器仪器RS232RS232RS232RS232信号处理信号处理信号处理信号处理统计统计统计统计数字滤波数字滤波数字滤波数字滤波分析分析分析分析网络传输网络传输网络传输网络传输文件文件文件文件I/OI/OI/OI/O硬复制硬复制硬复制硬复制图形用户接口图形用户接口图形用户接口图形用户接口虚拟仪器功能模块划分虚拟仪器功能模块划分虚拟仪器功能模块划分虚拟仪器功能模块划分ISA/PCIISA/PCIISA/PCIISA/PCI插卡式仪器插卡式仪器插卡式仪器插卡式仪器RS232/485RS232/485RS232/485RS232/485串行通信串行通信串行通信串行通信仪器仪器仪器仪器打印口打印口打印口打印口并行通信并行通信并行通信并行通信仪器仪器仪器仪器GPIB/GPIB/GPIB/GPIB/VXI/PXIVXI/PXIVXI/PXIVXI/PXI总线仪器总线仪器总线仪器总线仪器计算机计算机计算机计算机USBUSBUSBUSB串行通信串行通信串行通信串行通信仪器仪器仪器仪器测控对象测控对象测控对象测控对象INTERNETINTERNETINTERNETINTERNET虚拟仪器技术导论—概念虚拟仪器技术导论—概念5信号采集与控制功能信号采集与控制功能信号采集与控制功能信号采集与控制功能虚拟仪器是由计算机和仪器硬件组成的硬件平台，实现对信号的采集、测量/转换与控制的。硬件平台由两部分组成：5计算机可以是笔记本计算机、PC机或工作站；5仪器硬件：可以是插入式数据采集板（含信号调理电路、A／D转换器、数字I／O、定时器、D／A转换器等），或者是带标准总线接口的仪器，如GPIB仪器、VXI仪器、RS－232仪器等)。虚拟仪器技术导论—概念5数据分析处理功能数据分析处理功能数据分析处理功能数据分析处理功能虚拟仪器充分利用了计算机的存储、运算功能，并通过软件实现对输入信号数据的分析处理。处理内容包括进行数字信号处理＼数字滤波统计处理、数值计算与分析等。虚拟仪器比传统仪器以及以微处理器为核虚拟仪器比传统仪器以及以微处理器为核虚拟仪器比传统仪器以及以微处理器为核虚拟仪器比传统仪器以及以微处理器为核心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能。5测量结果的表达测量结果的表达测量结果的表达测量结果的表达虚拟仪器充分利用计算机资源如内存、显示器等，对测量结果数据的表达与输出有多种方式，这也是传统仪器远不能及的。例如，虚拟仪器可以实现：5通过总线网络进行数据传输；5通过磁盘、光盘硬拷贝输出；5通过文件存于硬盘内存中；5计算机屏幕显示。虚拟仪器技术导论—特点仪器=A/D+CPU+软件TheSoftwareIsInstruments容易与其他设备连接容易与其他设备连接容易与其他设备连接容易与其他设备连接不易与其他设备连接不易与其他设备连接不易与其他设备连接不易与其他设备连接系统开放灵活系统开放灵活系统开放灵活系统开放灵活，，，，与计算机的进步同步与计算机的进步同步与计算机的进步同步与计算机的进步同步，，，，可可可可重复用和重配置性重复用和重配置性重复用和重配置性重复用和重配置性。。。。系统封闭系统封闭系统封闭系统封闭、、、、固定固定固定固定用户定义仪器功能用户定义仪器功能用户定义仪器功能用户定义仪器功能厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能价格低价格低价格低价格低，，，，价格高价格高价格高价格高技术更新周期短技术更新周期短技术更新周期短技术更新周期短（（（（0.5~1年年年年））））技术更新周期长技术更新周期长技术更新周期长技术更新周期长（（（（5~10年年年年））））开发与维护费用低开发与维护费用低开发与维护费用低开发与维护费用低开发与维护费用高开发与维护费用高开发与维护费用高开发与维护费用高关键是软件关键是软件关键是软件关键是软件关键是硬件关键是硬件关键是硬件关键是硬件虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器传统仪器传统仪器传统仪器传统仪器虚拟仪器的优势虚拟仪器的优势虚拟仪器的优势虚拟仪器的优势丰富和增强了传统仪器的功能。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理。仪器由用户自己定义。开放的工业标准。虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，使资源的可重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开发费用降低。便于构成复杂的测试系统。可通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、监控、和诊断。可节约仪器购买和维护费用。虚拟仪器技术导论—特点虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器典典典典型型型型的的的的体体体体系系系系结结结结构构构构测控对象现场总线设备VXI仪器串行口仪器PLCGPIB接口仪器GPIB接口卡信号调理数据采集卡DAQ图象采集卡DSP工业自动化软件.BridgeVIEW.Lockout.Conmponentwork测量与分析软件.LabVIEW(VEE).LabWindows/CVI.