虚拟仪器毕业设计论文

虚拟仪器毕业设计论文内容摘要：

迎 电子技术的飞速发展及助于 PC 机强大的图形环境和在线帮助功能，建立图形化的“虚拟的”仪器面板，完成对仪器的控制，数据分析与显示。 这种与 PC机结合构成的，包含实际仪器使用与操作信息软件的仪器， 称为“虚拟仪器”。 1986 年，美国 NI 公司功能强大的应用软件，低成本的硬件，它们在一起共同完成传统仪器的功能。 VXI 体积将会更小，甚至可以移植到被测试的设备或者电路中去，并且具有自我诊断，自我校准和自我感知的能力。 1986 年 10 月，美国 NI 公司推出了图形化虚拟仪器专用开发平台 LabVIEW,它采用了独特的图形化编程方式，编程过程简单方便，是目前最受欢迎的虚拟仪器主流开发平台。 在软件上，为了兼顾其它高级语言开发者的习惯， NI 还推出了 LabWindows\ 等交互式开发平 台。 所谓虚拟仪器测试功能。 虚拟仪器是基于计算机的及操作系统为依托，实现各种仪器功能。 虚拟仪器主要是指这种方式。 下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。 “虚拟”二字主要包含两方面的含义： 第一，虚拟仪器的面板是虚拟的： 虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。 如由各种开关，按键，显示器等实验仪器电源的通，断；被测信号“输入通道”，“放大倍数”等参数设置；测量结果的“数值显示”，“波形显示”琼州学院本科毕业论文（设计） 11 等。 第二，虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的： 在以 PC 机为核心组成的 硬件实现了测试技术与计算机技术深层次的结合。 虚拟仪器与传统仪器的不同 虚拟仪器由用户定义，而传统仪器则功能固定且由厂商定义。 每一个虚拟仪器系统都由两部分组成 —— 软件和硬件。 对于当前的测量任务，虚拟仪器系统的价格与具有相似功能的传统仪器相差无几，甚至比它少很多倍。 而且，由于虚拟仪器在测量任务需要改变时具有更大的灵活性，因而随着时间的流逝，节省的成本也不断累计。 不使用厂商定义的、预封装好的软件和硬件，工程师和科学家获得了最大的用户定义的灵活性。 传统仪器把所有软件和测量电路封装在一起利用仪器前 面板为用户提供一组有限的功能。 而虚拟仪器系统提供的则是完成测量或控制任务所需的所有软件和硬件设备，功能完全由用户自定义。 此外，利用虚拟仪器计数，工程师和科学家们还可以使用高效且功能强大的软件来自定义采集、分析、存储、共享和显示功能。 这里有一些体现虚拟仪器灵活性的例子： (1) 一个应用，不同的设备 在这个例子中， 一位工程师正在实验室的台式计算机 PCI 总线上使用 NI LabVIEW 和 M 系列 DAQ 设备开发一个应用程序，以创建一个直流（ DC）电压和温度测量应用。 在完成了系统构建之后，他需要在一个生 产层 PXI 系统上配置应用程序以完成新产品的测试。 或者，他可能需要应用程序具有便携性，所以他选择了 NI USB DAQ 产品来完成任务。 在这个例子中，无论是何种选择，在这三种情况下，他都可以仅在同一个程序中使用虚拟仪器而无需改变代码。 (2) 许多应用程序，一个设备 假设有另外一个工程师，刚刚完成了一个利用最新的 M 系列 DAQ 设备和积分编码器测量电机位置的项目。 他的下一个项目是监视和记录这个电机的功率。 即使任务完全不同他也可以重用同样的 M 系列 DAQ 设备。 他所需要做的就是使用虚拟仪器软件开发出新的应用 程序。 此外，如果需要的话，项目既可以与一个单琼州学院本科毕业论文（设计） 12 一的应用程序结合也可以运行在一个单一的 M 系列 DAQ 设备。 虚拟仪器的组成 虚拟仪器一般由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和应用软件两大部分组成。 虚拟仪器的硬件平台 构成虚拟仪器的硬件平台有两大部分： ：一般为一台 PC 机或者工作站，它是硬件平台的核心。 虚拟仪器使用的个人计算机中，微处理器和总线成为最重要的因素。 其中，微处理器和其它控制系统中，总线技术的发展和采集结合在一起。 ＼Ｏ接口设备：主要完成被测信号的采 集，放大，模＼数转换及数＼模转换和信号输出控制等。 可根据不同的总线情况采用不同的Ｉ＼Ｏ接口硬件设备，如数据采集卡（ DAQ）， GPIB 总线仪器， VXI 总线仪器模块，串口仪器等，虚拟仪器构成方式有五种类型 — DAQ 系统：以数据采集板，信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。 采用计算机本身的总线 PCI 或 ISA，故将数据采集卡版（ DAQ）插入计算机空槽中即可。 PC— DAQ\PCI 插片式虚拟屏蔽，散热条件差等。 但 PC— DAQ\PCI 插卡式虚拟仪器在五种虚拟仪器系统中，是虚拟仪器最廉价最基 本的构成形式。 系统：以 GPIB 标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。 GPIB 总线虚拟仪器测一个 GPIB 总线虚拟仪器测试系统，也可以作为独立的单台仪器使用。 系统：以 VXI 标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。 VXI 总线系统具有标准化，通用化，系列化，模块化的的显著优点，它集测量，计算，通信功能于一体，是国际上 20 世纪的一项高新科技。 它不仅继承了GPIB 智能仪器和ＶＭＩ总线的特点，还具有高速，模块化，易于使用等优势。 VXI 总线系统可简化为 资源管理器和组态寄存器两种结构。 琼州学院本科毕业论文（设计） 13 系统：以 PXI 标准总线仪器模块与计算机为仪器仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。 PXI 的重要特性之一是维用的基本功能而不是完整的 PXI 特性。 ：以 Serial 标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。 RS— 232 总线是早期总线，尤其是 IEEE1394 总线，它是一种高速串行总线，由它构建的虚拟仪器系统，数据传输速度已经达到 100mb/s. 无论上述哪种 VI 系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合。 其中， PC— DAQ 测量系统是 构成 VI 的最基本的方式，也是最廉价的方式。 虚拟仪器的软件系统 虚拟仪器软件由两大部分组成，即应用程序和 I/O 接口仪器驱动程序。 （它包含两个方面的程序） ；。 ：这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展，驱动与通信。 输入 /输出（ I/O） 接口软件软件中心。 在 VPP 系统规范中，详细规定了虚拟仪器系统输入 /输出（ I/O）接口软件定义为 VISA 软件。 仪器驱动程序是连接上层应用软件与 底层输入 /输出（ I/O）软件的纽带和桥梁。 在过去，用户只能见到仪器源程序也容易理解。 这样，用户就可以修改仪器驱动程序，可以对仪器功能进行扩展，将仪器使用的主动权真正交给了用户。 开发虚拟仪器，必须有合适的软件开发平台，目前已经有多种虚拟仪器的软件开发平台，大体可分为两类： ： al Basic,Labwindows/CVI 等 ： LabVIEW ,HPVEE 等 这些软件开发工具为用户设计虚拟仪器应用软件提供了最大限度的方便条件与良好的开发环境。 琼州学院本科毕业论文（设计） 14 虚拟仪 器的分类 虚拟仪器可以按接口总线可分为 数据采集插卡式 (DAQ)虚拟仪器、 RS232／RS422 虚拟仪器、并行接口虚拟仪器、 VXI 虚拟仪器、 PXI 虚拟仪器、 USB 虚拟仪器、 GPm 虚拟仪器和最新的 IEEEl394 接口虚拟仪器。 虚拟仪器的功能及特点 虚拟仪器的功能 虚拟仪器的基本功能主要由以下三点： 这项功能主要是由虚拟仪器总线接口的仪器，如 GPIB， VXI， PXI， STD， PCI总线仪器和网络化仪器等。 虚拟仪器充分利用了计算， 统计处理，数值计算，信号分析，数据压缩，模式识别等数字信号处理。 虚拟仪器最常见的应用是取代传统的台式仪器。 随着插入式数据采集板速率的提高和触发技术的改进，插入式数据采集板技术使台式仪器获得了新生。 虚拟仪器的特点 虚拟仪器技术就是基于 PC 技术的，用户自定义的测试和测量解决方案，其四大优势在于：性能强性价比高，扩展性强，开发时间短，以及出色的集成功能。 以软件为主的测量系统自动转换器放置在 PC 机中，就能以高达每秒 100mb的速度将数据导入磁 盘。 另外，由于传送的信号大多是数字信号，数据的处理几乎是软件实现的，从而大大降低了环境干扰和系统误差的影响。 琼州学院本科毕业论文（设计） 15 虚拟仪器的硬软件具有开入一个通用仪器模块或更换一个仪器模块，而不必购买一个全新的系统，大大有利于测试系统的功能扩展。 虚拟仪器改变了传统仪器的功能，故虚拟仪器可作为许多仪器设备来使用。 在驱动和应用两个层面上地配置，创建，部署和维护高性能，低成本的测量和控制解决方案。 另外，由于充分利用，完善了数据的传输，交换等性能，使得组建系统变得更加灵活和简单，增强了数据处理能力。 虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。 随着产品在功能上不断的趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，但是这些不同设备间的连接和集成总需要耗费大量的时间，并不是轻易可以完成的。 虚拟仪器软件平台为大部分 I/O 设备提供了标准的接口，例如数据采集，视觉，分布式 I/O 等等，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。 虚拟仪器开发工具简介 虚拟仪器开发工具 软件在现代自动测试系统构成与开发费用中所占的比例越来越大， 测试软件编程对广大测试工程师和科学家编程能力的要求越来越高，带来的负担也越来越重。 使用一套效率高，功能强的测试编程软件开发工具，不断可以节省工程师在程序编码和调试中的时间和精力，还可以提高软件的生成和维护效益。 虚拟仪器的开发工具比较广泛，目前比较流行的软件开发技术是面向对象的编程技术和图形编程技术，两者在虚拟仪器开发中都有应用。 可视化编程语言VisualC++,Visual Basic 均可以作为开发虚拟仪器的配套软件，但相比较于图形编程语言来说，编程难度较大，开发周期较长且不易进行修改，升级和维护等。 而图 形编程语言在这方面具有无可比拟的优势，它简单易学开发周期短，开发出的应用程序界面美观，功能强大。 目前，最具有代表性的是美国 NI 公司的琼州学院本科毕业论文（设计） 16 LabWindows/CVI， LabView 和惠普公司的 HP VEE。 LabWindows/CVI 是一个完全的标准 C 的开发环境，用于开发虚拟仪器应用系统，它以 C 语言为基础，提供内置式函数库用于数据采集，分析和显示任务，它还提供简单的托放式用户界面编辑器以及自动代码生成工具。 利用这些功能，可以在将代码加入到某项目之前，先对其进行互动式的测试，还可以利用LabWindows/CVI 定义和建立用户界面，生成和运行 ActiveX 组件，及开发多线程应用。 作为交互式的集成开发环境， LabWindows/CVI 是熟悉 C 语言的开发人员编写检测，数据采集，监控程序的理想工具。 HP— VEE是惠普公司开发的用于仪器控制和信号分析的图形化编程环境。 HP— VEE提供了丰富的函数模块以及大量的仪器驱动程序。 HP— VEE简单易用，编程时只需根据测试流程用鼠标将各模块连接起来即可，而无需接触更底层的编程。 在仪器控制方面 ， HPVEE提供了直观的仪器软面板 (Instrument Panel)和灵活的直接输入 输出 (Direct I／ O)方式，从而用户在编程时可以将更多注意力放在测量的定义、程序的结构、仪器的使用等方面。 作为一种面向实际测试人员的、灵活方便、功能强大的编程环境， HPVEE己被广泛用于各种测试领域，具有广泛的应用前景。 LabView是美国 NI公司的创新产品，也是目前应用最广，发展最快，功能最强的图形化软件开发集成环境。 LabVIEW的产生来源于 NI公司的创始人杰姆特鲁查德博士的一个创新设想能否像为财务人员设计的电子表格软件一样，为广大测试工程师和科学家开发一个基于数据流图来设计程序的软件工具。 20世纪 80年代中期，特鲁查德博士领导的一个小组经过几年研究，首先提出测试软件有多层虚拟仪器 (Virtual Instrument，Ⅵ )构成的新概念。 二个Ⅵ可以由更底层的多个Ⅵ组成，就像真实仪器由印制电路板组成，而印制电路板又由集成电路 Ic组成一样。 底层Ⅵ代表了最基本的计算、 I／ O操作与界面设计功能，各层Ⅵ都有相同的结构形式。 虚拟仪器模型的另一个主要特征是每个Ⅵ都有用户接口组件。 虚拟仪器模型：图形界面和结构化数据流程图编程是 LabVIEW的三大核心技术 1181，1990年结构化数据流程图和虚拟仪器面板还获 得了两项美国专利。 LabVIEW本身是一个功能比较完善的软件开发环境，它是作为替代常规的 BASIC或 C语言来设计的，并不仅仅是一个软件开发环境。 作为编写应用程序的语言，除了编程方式不同外， LabVIEW具备编程语言的所有特性，因此被称为图形化编程语言，亦称 G琼州学院本科毕业论文（设计） 17 语言 t19。 LabView采用图形化语言编程，以方框图的形式编制程序，应用的设备图标与科学家，工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程极为相似。 LabView提供了大量函数和子程序支持的任务，也提供了一些专用程序如 GPIB设备控制， VXI总线控制，串行口设备控制，以及数据分析，显示和存储。 LabView还提供了专门用于程序开发的工具箱，使得用户能够设置断点，动态执行程序来观察数据传输过程，以便进行方便的调试。 同时，Ｌ abView可调用 Windows动态链接库和用户自定义的动态连接库中的函数，以解决 LabView对某些非 NI公司支持的硬件在使用过程中的驱动问题。 LabVIEW的 CIN节点使用户可以使用由其它语言编译的程序模块，使 LabVIEW成为一个完全开放式的开发平台。 此外， LabVIEW还直接支持动态数据交换 (DDE)、结构化查询语言 (SQL)、 TCP和 UDP网络协议等。 labview 的主要功能 Ｌ abView 是虚拟仪器必不可缺的一部分，因为它为用户提供了一个简单易用的程序开发环境，并且特别考虑了工程师和科学家的需要而专门设计。 ＬabView 为工程师和科学家们提供的最有力的特性就是图形化的编程环境，你可以在电脑屏幕上创建一个图形化的用户界面，即可设计出完全符合自己的要求的虚拟仪器，可以轻松完成以下任务：数据采集；数据分析；数据显示。 1. Ｌ abView 用于数据采集 凭借 NI LabView,可以从数千种仪器， 数据采集和测量设备上快速采集数据。 NI LabView 是一个开放式的开发环境，专为简化与各种测量硬件连接而设计。 借助 NI LabView 的一些交互式。