虚拟仪器的发展及Lab VIEW应用实例解析.doc

虚拟仪器的发展及Lab VIEW应用实例解析 ———虚拟仪器的发展及Lab VIEW应用实例解析 作者：岳临萍 出处： 阅读：5841 发布时间：2008-11-5 19:12:10 供稿： ? []本文介绍了虚拟仪器的发展及概念。从虚拟仪器的组成、数据采集构成以及软件开发应用平台、GPIB总线和VXI总线技术都进行了详细的说明。并给出了与传统仪器的区别，最后以一个温度校准的实例解释了虚拟仪器Lab VIEW软件的应用。 [关键词]虚拟仪器? 调理? 数据采集? Lab VIEW 前言 ?????? 随着控制理论及电子和计算机技术的高速发展，为适应科研和生产中的需求，在检测技术领域出现了许多新的理论、新的技术和新的概念，虚拟仪器由此而生。 ???? ? 虚拟仪器（VIRTUAL INSTRUMENT）是指通过应用程序将计算机与功能硬件（完成信号获取、转换和调理的专用硬件）结合起来从而把计算机的强大运算存储和通信能力与功能硬件的测量和转换能力融为一体，形成一种多功能，高精度，可灵活组合并带有通信功能的测试技术平台。 ???? ? 在电子测量中它可以代替传统的示波器，逻辑分析仪、信号发生器和频谱分析仪等，在工业控制系统中所有以计算机为核心的自动化装置也都可以归纳到虚拟仪器的范围内，哪它可以代替通常安装在控制室中的常规调节器、手操器、指示仪和报警器等。在使用虚拟仪器时，用户可通过显示屏上的友好界面来操作计算机，就像在操 作自己定义的一台台传统的仪器仪表一样，从而完成对被测量的采集、分析、判断、调节和存储等功能。 一、?????????? 虚拟仪器技术的开发和应用起源于1986年美国车家仪器公司（NI）设计的Lab VIEW软件，这是一种基于图形的开发、调试和运行的软件平台。它实现了NI公司提出的“软件即仪器”的理念。虚拟仪器的发展大致可分为三个阶段，第一阶段是利用计算机来增强传统仪器的功能，由于通用接口总线GPIB标准的确立，计算机与外部仪器通信成为可能，因此把传统的仪器通过串行口和计算机连接起来后就可以用计算机控制仪器了。第二阶段主要在功能硬件上实现了了大技术进步，其一是插入计算机总线槽上的数据采集（PLUG-IN PC-DAQ）的出现，其二是VXI仪器总线标准的确立，这些新技术的应用奠定了虚拟仪器硬件的基础。第三阶段形成了虚拟仪器体系结构的基本框架，这主要是由于采用面向对象的编程技术构筑起了几种虚拟仪器的平台，并逐渐成为标准的软件开发工具，由于虚拟仪器技术的飞速发展，这三个发展阶段几乎是同步进行的。 二、?????????? 虚拟仪器一般由计算机、功能硬件模块和应用软件三大功能部件组成，它们之间通过标准总线进行数据交换，虚拟仪器的构成如图1所示： （图1：虚拟仪器的组成） 较常用的虚拟仪器系统通常是经过信号调理的数据采集系统；带有通用仪器总线（GPIB）的测试系统；VXI仪器测试系统以及它们三者之间的任意组合。 ?一个典型的数据采集虚拟仪器系统由信号获取、信号调理、数据采集和数据处理四部分组成，如图2所示。 （图2：数据采集虚拟仪器系统方块图） 一 个好的数据采集系统不仅应具备高性能和高可靠性，还应提供完善的驱动程序以及通用的高级语言接口只有这样才能为用户快速建立自己的应用系统提供最大的便利。目前由于多层电路板技术，可编程放大器技术，系统定时控制器技术，高速数据采集的双缓冲技术以及为数据高速传输的中断、DMA等高新技术的应用，使得新型的数据采集卡在各项性能指标上都达到了很高的标准。 三、?????????? GPIBVXI总线技术 1、HP公司于20世纪70年代初创建的通用仪器总线（GPIB）技术是在虚拟仪器发展最初阶段使用的一种技术。这种系统的优点是当PC总线变化时只需GPIB接口卡加以改变，而其它部分可保持不变，这就使GPIB系统能适应PC总线快速变化的现实。一个典型的GPIB测试系统一般由一台PC机，一块GPIB接口板和若干台与GPIB仪器通过GPIB电费连接而成。利用GPIB技术可实现用计算机对仪器的操作控制，实现自动测试，这可以大大减少人为误差并提高测试效率，同时也大大扩展了原有仪器的功能。 2、VXI总线是1981年由MOTORLA、MOSTEK和SIGNETICS三大公司宣布共同支持的具有EUROCARD模件尺寸，基于VERSA总线接插件系列的一种新的标准总线。它是以VME计算机总线为基础的一种仪器扩展总线，它兼备了计算机和通用仪器总线的优点。 ?VXI总线具有使用灵活方便、开放性强、标准化程度高、扩展性好、数据传输速度快和体积小等优点，它便于发挥计算机的运算功能，便于采用并行处理的多总线、多CPU结构，因此特别适于构成虚拟仪器。 VXI总线共有8种形式即VME计算机总线、时钟和同步总线、模件识别总线、触发总