1章虚拟仪器概述概述

班级:工艺3092班姓名:黄威学号:1307093104虚拟仪器课程设计一:虚拟仪器概述及其特点虚拟仪器（Virtual Instrument——VI）——计算机化的测量仪器；是计算机与相关面向仪器的软、硬件产品的有机结合。

使用者通过友好的图形界面即虚拟仪器的前面板操作计算机，就像在操控自己定义、设计的测量仪器一样，并可以方便地组合、更新和扩展它，从而更快捷、更经济、更灵活地解决各个领域的测量和自动控制等应用问题。

由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成，共同完成传统仪器的功能1-1 虚拟仪器的主要特点：1.尽可能采用通用的硬件，各种虚拟仪器之间的差异主要是软件。

2.充分发挥计算机的能力，具有强大的数据分析和处理功能，可以创造出功能更多、更强的测量或测控仪器及系统。

3.用户可根据自己的实际需求，很便利地自主构建新的虚拟仪器。

虚拟仪器的特点总概括为:▪丰富和增强了传统仪器的功能▪突出“软件即仪器”的概念▪仪器由用户自己定义▪开放的工业表准▪便于构成复杂的测试系统，经济性好▪1-2虚拟仪器在各领域中的应用由于虚拟仪器技术的强有力支持，科学家和工程师们可以方便地建立适合自己需要的测控系统，再也不必将自己封闭在固定传统仪器的狭窄天地中。

在电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等诸多领域中都有极为广泛的应用。

在电子和通信工程中，虚拟仪器可用于电子测量和信号分析；在自动化检测领域内，虚拟仪器可用于数据采集和控制；在航天航空学科里，虚拟仪器可用于监测和分析火箭或卫星传递来的复杂数据，已被美国航天航空局（NASA）用于火星探险；在基础学科的研究中，虚拟仪器可用于设计实验系统，例如用于生化领域中监测薄膜分子的相互作用，以及医学领域中研究嗅觉和视觉。

虚拟仪器诞生以来的爆炸性发展令人惊叹，许多最新的大规模高精尖工程中都有它的用武之地。

太空光谱有限公司（Spectrum Astro, Inc.）的Roger Jellum 和Tom Arnold开发的AstroRT，是一种基于LabVIEW的数据采集和控制系统，用于航天器的制造测试和轨道姿态控制，可收集、处理和分配从航天器传来的遥感探测信息。

第1章虚拟仪器概述1．测试测量仪器发展至今经过了那些阶段？答：经历了4个阶段，即：第一代模拟式仪器（或指针式仪器）、第二代数字式仪器、第三代智能仪器、第四代虚拟仪器。

2．什么是虚拟仪器，它有哪些特点?答：虚拟仪器是指在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟仪器面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。

特点：虚拟含义主要有两点：1、仪器面板是虚拟的，通过调用控件选板中的控件实现3．简述虚拟仪器的系统组成？答：虚拟仪器系统由硬件平台和软件平台两大部分完成：硬件平台：计算机、I/O接口设备；软件平台：4．简述虚拟仪器的软件层次结构？答：测试管理层：用户及仪器设备等管理。

应用程序开发层：用户根据仪器功能需求开发设计的虚拟仪器程序。

仪器驱动层：完成对特定仪器的控制和通信的程序集合。

I/O总线驱动层：完成对仪器寄存器进行直接存储数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。

第2章一个简单VI的设计1．输入两个数，求两个数的和差运算，并显示结果。

2．程序运行中，用旋钮控件改变图形曲线的颜色。

建立波形图表的属性节点，改为可写，并指定为曲线Plot的颜色Color属性。

第3章几种常用的程序结构1.创建一个VI产生100个随机数，求其最小值和平均值。

2.创建一个VI，每秒显示一个0到1之间的随机数。

同时，计算并显示产生的最后四个随机数的平均值。

只有产生4个数以后才显示平均值，否则显示0。

每次随机数大于0.5时，使用Beep.vi产生蜂鸣声。

3.求X的立方和（使用For和While循环）。

4.编程求1000内的“完数”。

“完数”指一个数恰好等于它本身的因子之和。

例如28＝14+7+4+2+1。

5.创建一个VI ，实现加、减、乘、除四种运算方式。

6.编写一个程序测试输入以下字符所用的时间：LabVIEW is a graphical programming language.7.使用公式节点创建VI ，完成下面公式计算，并将结果显示在同一个屏幕上。

总目录序第1部分：LabVIEW编程思想第1章虚拟仪器导论1.1 虚拟仪器概述1.1.1 虚拟仪器理念的诞生1.1.2 初期虚拟仪器的理念1.1.3 现代虚拟仪器的理念1.2 虚拟仪器构成1.2.1 传感器1.2.2 数据采集模块1.2.3 商业化计算机平台1.3 虚拟仪器的测量原理1.3.1 传统仪器的基本测量原理1.3.2 虚拟仪器的基本测量原理1.3.3 虚拟仪器改变了传统仪器的测量方式和理念1.4 虚拟仪器的特点1.4.1 虚拟仪器充分利用了商业化计算机的软件资源1.4.2 虚拟仪器充分利用了商业化计算机的硬件资源1.4.3 软件仍然是虚拟仪器的重要组成部分1.4.4 可重复使用的硬件将降低虚拟仪器成本1.4.5 虚拟仪器的测量功能取决于用户需求1.5 虚拟仪器与传统仪器间的关系1.5.1 虚拟仪器会取代传统仪器吗？1.5.2 模拟电子技术仍主导着虚拟仪器的未来1.5.3 数字电子技术使得虚拟仪器设计更加灵活1.5.4 高端测量仪器领域传统仪器仍是主宰者1.6 虚拟仪器技术1.6.1 虚拟仪器技术——概述1.6.2 虚拟仪器技术之一——虚拟仪器软件开发环境1.6.3 虚拟仪器技术之二——虚拟仪器硬件体系架构1.6.4 虚拟仪器技术之三——虚拟仪器管理体系架构1.7 本章小结第2章NI LabVIEW2.1 计算机编程语言2.1.1 机器语言2.1.2 汇编语言2.1.3 高级语言2.1.4 图形化编程语言2.2 NI LabVIEW概述2.2.1 关于NI LabVIEW2.2.2 LabVIEW图形化编程语言2.2.3 NI LabVIEW图形化开发环境2.2.4 创建第一个图形化程序2.2.5 图形化语言运行机制——数据流2.3 VI——图形化程序的基本框架2.3.1 前面板窗口2.3.2 程序框图窗口2.3.3 图标和连线板2.4 VI属性2.4.1 VI属性——常规2.4.2 VI属性——内存使用2.4.3 VI属性——说明信息2.4.4 VI属性——修订历史和编辑器选项2.4.5 VI属性——保护2.5 子VI与VI的层次结构2.5.1 创建子VI2.5.2 创建子VI的图标和连线板2.5.3 VI的属性——窗口外观2.5.4 VI的属性——窗口大小和运行时的位置2.5.5 VI的层次结构2.6 VI的类型和跨平台特性2.6.1 通用类型VI2.6.2 严格类型VI2.6.3 VI的使用2.6.4 VI的跨平台2.7 本章小结第3章控件——前面板对象3.1 控件的基本特征3.1.1 控件的外观和样式3.1.2 控件的指向性3.1.3 控件的映射3.1.4 控件的静态属性3.2 控件的基本作用3.2.1 装饰前面板3.2.2 实现人机对话3.2.3 放置数据、承载数据类型3.2.4 控件的数据类型3.3 控件与LabVIEW中变量间的关系3.3.1 局部变量3.3.2 全局变量3.3.3 共享变量3.4 控件类型的定义3.4.1 控件3.4.2 自定义类型3.4.3 严格自定义类型3.5 控件的深入探索3.5.1 控件与VI服务器类之间的关系3.5.2 控件的创建和销毁3.5.3 利用更加丰富多彩的控件第4章接线端、节点——程序框图对象4.1 接线端——控件的映射4.1.1 接线端的作用和表示方式4.1.2 接线端——数据类型的标识4.1.3 接线端间的数据通道——连线4.2 节点——图形化代码4.2.1 函数——原子级的图形化代码4.2.2 内置VI——面对任务的函数集合4.2.3 Express VI——基于配置的模块化程序4.3 程序框图对象的深入探索4.3.1 图形化语言的抽象机制4.3.2 图形化代码的重用机制4.3.3 图形化语言异常和错误处理4.3.4 图形化语言与硬件的无缝连接第5章控制程序流程5.1 数据流——图形化语言运行机制5.1.1 何谓数据流5.1.2 数据流编程5.1.3 数据流编程的基本特点5.1.4 数据流编程的深入理解5.2 控制程序流程——运算符和算术表达式5.2.1 数值运算符5.2.2 关系运算符5.2.3 算术表达式5.2.4 逻辑运算符5.3 控制程序流程——定序控制5.3.1 平铺式顺序结构5.3.2 层叠式顺序结构5.3.3 利用公共线程5.4 控制程序流程——条件结构5.4.1 基本条件结构的图形化表示方法5.4.2 基本条件结构的数据流运行机制5.4.3 复杂条件结构5.4.4 最简单的条件选择5.5 控制程序流程——循环结构5.5.1 For循环及它的图形化表示法5.5.2 For循环的数据流运行机制5.5.3 While循环及它的图形化表示方法5.5.4 While循环的数据流运行机制5.5.5 循环中添加移位寄存器5.5.6 反馈节点5.6 控制程序流程——事件结构5.6.1 事件结构及它的图形化表示法5.6.2 事件结构的数据流运行机制第6章应用程序控制VI和函数6.1 属性节点和调用（方法）节点6.1.1 创建属性节点和调用节点6.1.2 应用程序（App）的属性和方法6.1.3 VI的属性和方法6.1.4 对象的属性和方法6.1.5 对象的属性的一些深入探索6.2 引用——操控对象的钥匙6.2.1 引用的基本概念6.2.2 获得引用的方法之一：创建引用6.2.3 获得引用的方法之二：打开与关闭引用6.2.4 引用句柄6.3 应用程序引用6.3.1 打开应用程序的引用6.3.2 获得相关计算机的网络地址6.3.3 获得相关计算机VI服务器的设置6.3.4 应用程序引用——实例6.4 VI引用6.4.1 打开VI的引用6.4.2 VI的动态调用6.4.3 动态调用VI方法之一——通过引用节点调用6.4.4 动态调用VI方法之二——通过调用节点调用6.5 控件的引用6.5.1 控件引用的创建方法6.5.2 控件引用的实际应用6.6 VI 脚本（VI Scripting）6.6.1 启动VI脚本6.6.2 使用VI脚本新建VI6.6.3 使用VI脚本新建VI对象6.6.4 VI脚本的用途6.6.5 VI脚本的第三方应用第7章文件处理7.1 文件间路径的关系7.1.1 文件常量与所引导的路径间关系7.1.2 非确定性文件路径的引导7.1.3 路径的简单拆分7.1.4 图形化应用程序与开发环境间的路径关系7.2 文件的读写7.2.1 文件的类型7.2.2 文本文件读写的操作过程7.2.3 二进制文件读写的操作过程7.2.4 波形文件读写的操作过程7.2.5 电子表格文件读写的操作过程7.3 配置文件（.ini文件）7.3.1 INI文件及INI文件格式7.3.2 LabVIEW中的INI文件函数7.3.3 LabVIEW中的INI文件实例第8章图形化语言的编程范式8.1 编程范式8.1.1 编程8.1.2 编程范式8.1.3 编程范式与编程思想8.2 几种常见的编程范式8.2.1 过程化（命令式）编程8.2.2 事件驱动编程8.2.3 面向对象编程8.3 LabVIEW图形化语言编程范式之一——过程化编程8.3.1 数据流编程思想导致过程化编程8.3.2 图形化语言中过程化编程的主要特点8.4 LabVIEW图形化语言编程范式之二——事件编程8.4.1 轮询与事件8.4.2 图形化语言中事件驱动编程的主要特点8.5 LabVIEW图形化语言编程范式之三——面向对象编程8.5.1 LabVIEW为什么要引入面向对象的编程范式8.5.2 LabVIEW中的类和对象8.5.3 LVOOP中的类和对象8.5.4 创建LabVIEW类8.5.5 LabVIEW 面向对象编程实例演示第9章图形化语言的设计模式9.1 设计模式概述9.1.1 设计模式9.1.2 LabVIEW图形化编程语言中的设计模式9.1.3 LabVIEW图形化编程语言的程序框架9.1.4 图形化语言设计模式的深入探讨9.2 图形化语言设计模式之一——标准状态机9.2.1 状态和状态机9.2.2 标准状态机9.3 图形化语言设计模式之二——队列消息处理器9.3.1 队列消息9.3.2 队列消息处理器图形化代码9.4 图形化语言设计模式之三——生产者队／消费者（事件）9.4.1 生产者／消费者结构9.4.2 导出生产者／消费者（事件）设计模式9.4.3 生产者／消费者设计模式（事件）的图形化代码9.5 图形化语言设计模式之四——生产者队／消费者（数据）9.5.1 导入生产者／消费者（数据）模板9.5.2 生产者／消费者（数据）设计模式的图形化代码9.6 图形化语言设计模式之五——用户界面事件处理器9.6.1 用户界面事件处理器9.6.2 用户界面事件处理器应用之一——鼠标双击事件9.6.3 用户界面事件处理器应用之二——用户按键操作9.6.4 用户界面事件处理器应用之三——用户菜单操作9.7 图形化语言设计模式之六——主／从设计模式9.7.1 主／从设计模式模板9.7.2 主／从设计模式图形化代码9.7.3 主／从设计模式用于数据传递的验证第10章在LabVIEW中管理项目10.1 项目浏览器（Project Explorer）10.1.1 创建一个新项目10.1.2 保存这个新项目10.2 在项目中添加相关的文件夹10.2.1 创建文档文件夹10.2.2 实现文档文件夹内容自动升级10.2.3 为文档文件夹添加其它的子文件夹10.2.4 创建LabVIEW代码文件夹10.3 在项目中添加VI10.3.1 创建Top Level VI10.3.2 添加子VI及自定义控件10.3.3 添加读取文件的路径VI10.3.4 添加动态调用的VI10.4 生成应用程序和应用程序安装包10.4.1 生成应用程序10.4.2 生成应用程序安装包第2部分：LabVIEW高级编程第11章LabVIEW图形化语言的基本设计准则11.1 应用开发中所必要的工作11.1.1 创建完善的需求文档11.1.2 依据需求文档进行硬件设计11.1.3 软件开发环境的规范化参考文献及附录附录A：LabVIEW 版本25年来的变迁第1部分：LabVIEW编程思想LabVIEW是一个划时代的图形化编程系统。

虚拟仪器概述作者：彭先进来源：《今日湖北·下旬刊》2015年第01期摘要本文从虚拟仪器的起源、发展入手，介绍了虚拟仪器的功能，比较了虚拟仪器与传统仪器的不同，简单的介绍了虚拟仪器设计技术。

本文还从市场出发对虚拟仪器的配置做了具体阐述。

关键词虚拟仪器设计配置仪器是人类认识世界的基本工具。

随着信息时代的来临，传统仪器已不能满足科技以及社会生产的需要。

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。

粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。

随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。

另一种方式是将仪器装入计算机。

以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能，这就是所谓的虚拟仪器（virtualinstruments）。

它通过充分利用计算机资源，配以独特设计的软硬件，来实现传统仪器的全部功能和一些在传统仪器上无法实现的功能。

一、仪器的发展随着电子技术的发展，仪器的发展经历了四个时期：1、第一代仪器：模拟仪器。

如指针式万用表、晶体管电压表，它们均采用模拟电子技术实现，用指针显示测量结果。

2、第二代仪器：数字化仪器。

如数字电压表、频率计等。

可将模拟信号转化为数字信号进行测量，结果以数字方式输出。

3、第三代仪器：智能仪器。

智能仪器内置微处理器，能自动测量，具有一定的数据处理能力。

4、第四代仪器：虚拟仪器。

是现代计算机技术和测量技术结合的产物。

二、虚拟仪器与传统仪器的比较独立的传统仪器，如示波器和波形发生器等，虽性能强大，但价格昂贵，且功能被厂家限定，只能完成特定的工作，用户通常都不能够对其加以扩展或自定义其他功能。

开发这些仪器还要用专门的技术和高成本的元部件，使它们身价高也不容易更新。

我们把虚拟仪器与传统仪器进行了比较，比较结果如表1所示。

表1 传统仪器与虚拟仪器的比较从表1中可见，传统仪器与虚拟仪器最重要的区别在于：虚拟仪器的功能由用户使用时自己定义，而传统仪器的功能是由厂商事先定义。

虚拟仪器相关课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解虚拟仪器的概念、原理及其在工程测试中的应用。

2. 掌握虚拟仪器软件LabVIEW的基本操作、编程方法及数据采集、处理与分析技巧。

3. 了解虚拟仪器在不同领域的实际应用案例，拓展知识视野。

技能目标：1. 培养学生运用LabVIEW软件设计简单的虚拟仪器系统，进行数据采集与处理的能力。

2. 能够独立完成虚拟仪器的搭建、调试与优化，提高实际操作技能。

3. 学会查阅相关资料，对虚拟仪器系统进行改进与创新，培养解决问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对虚拟仪器技术的学习兴趣，培养主动探索、勇于实践的精神。

2. 培养学生的团队合作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通能力。

3. 通过课程学习，使学生认识到虚拟仪器在现代工程技术中的重要性，树立正确的价值观。

课程性质：本课程为专业选修课，以实践为主，理论联系实际，注重培养学生的动手能力和创新能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术、计算机编程基础，对新技术具有较强的好奇心，喜欢实践操作。

教学要求：结合学生特点，采用任务驱动、案例教学等方法，引导学生主动参与实践，提高综合运用知识的能力。

在教学过程中，注重分层教学，满足不同层次学生的学习需求。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为未来从事相关领域工作打下基础。

二、教学内容1. 虚拟仪器概述：介绍虚拟仪器的定义、发展历程、分类及其在现代工程测试中的应用。

教材章节：第一章 虚拟仪器概述2. LabVIEW软件基础：学习LabVIEW软件的安装、界面、操作方法、编程基本概念和流程。

教材章节：第二章 LabVIEW编程基础3. 数据采集与处理：学习虚拟仪器的数据采集原理、硬件接口、数据采集卡的使用及数据处理方法。

教材章节：第三章 数据采集与处理4. 虚拟仪器设计实例：分析不同领域的虚拟仪器应用案例，学习虚拟仪器的搭建、调试与优化。

教材章节：第四章 虚拟仪器设计实例5. 创新设计与实践：结合所学知识，指导学生进行虚拟仪器创新设计，提高实际操作和创新能力。

南邮虚拟仪器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解虚拟仪器的概念、原理及其在工程测试中的应用。

2. 学生掌握虚拟仪器的设计流程，包括硬件选择、软件配置和数据采集分析。

3. 学生能够描述至少三种常用的虚拟仪器模块功能及其操作方法。

技能目标：1. 学生能够运用所学的虚拟仪器知识，设计简单的数据采集系统。

2. 学生能够操作相关软件，对采集的数据进行有效的处理和分析。

3. 学生通过小组合作，解决虚拟仪器在使用过程中遇到的技术问题。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对虚拟仪器技术的兴趣，激发其探索精神和创新意识。

2. 培养学生团队协作精神，提高沟通与协作能力。

3. 学生能够认识到虚拟仪器在现代工程技术中的重要性，增强其专业认同感。

本课程针对南邮学生特点，结合虚拟仪器课程性质，注重理论知识与实践操作的相结合。

通过本课程的学习，使学生具备虚拟仪器的基本知识和操作技能，为后续相关课程及工程实践打下坚实基础。

同时，注重培养学生的团队协作能力和创新精神，提高其综合素质。

教学要求明确，课程目标具体可衡量，以便于教学设计和评估的实施。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 虚拟仪器概述：介绍虚拟仪器的定义、发展历程、分类及特点，使学生全面了解虚拟仪器的基本概念。

2. 虚拟仪器原理：讲解虚拟仪器的硬件组成、软件架构及工作原理，重点阐述数据采集、处理和显示的过程。

3. 虚拟仪器设计流程：详细讲解虚拟仪器设计的方法和步骤，包括硬件选择、软件配置、数据采集与处理等。

4. 常用虚拟仪器模块：介绍至少三种常用的虚拟仪器模块（如DAQ模块、信号发生器模块、数字万用表模块等）的功能、操作及应用案例。

5. 虚拟仪器软件：讲解虚拟仪器软件（如LabVIEW、MATLAB等）的基本操作、编程方法和数据分析方法。

6. 实践操作：安排学生进行虚拟仪器的设计、搭建和调试，巩固所学知识，提高实际操作能力。

教学内容依据教材章节进行安排，具体如下：第1章 虚拟仪器概述第2章 虚拟仪器原理第3章 虚拟仪器设计流程第4章 常用虚拟仪器模块第5章 虚拟仪器软件第6章 实践操作课程进度安排合理，保证学生在掌握基本理论知识的基础上，有足够的时间进行实践操作，提高教学效果。