虚拟仪器第一讲

? 1．性能高 ? 2．扩展性强、灵活性好 ? 3．智能化程度高 ? 4．界面友好 ? 5．开发时间少 ? 6．兼容性
1.1.3 虚拟仪器发展过程
? 世界是最早开发和应用虚拟仪器公司是National Instruments Corporation公司。
? 由于虚拟仪器具有先进的性能和广泛的应用前景，在NI公司之后 还有一些国际知名厂商也加入到虚拟仪器的研发当中。例如，HP 公司、PC仪器公司、Racal公司等先后研发了一些仪器，但NI公 司仍然处于领先地位。
1.2 虚拟仪器软件开发环境
? 虚拟仪器可以在相同的硬件平台下，通过不同的软件开发。常见 的虚拟仪器开发软件是National Instruments（NI）公司提供的 LabVIEW和LabWindows/CVI两种。这两种编程有质的区别，下面 分别对比讲解两种软件的不同。
1.2.1 LabWindows/CVI的使用
和仪器的数模变换器、模数变换器、数字输入输出等结
合到一起，用于数据的分析处理、传输、显示等，如图 1.1所示。它充分利用了计算机的优势，对数据进行了大
显示器
（显示）
量计算和存储。
处理器
(数据分析、处理、计算、存 储)
数据 传输
D/A 、 A/D、数据输入
（数据采集）
1.1.2 虚拟仪器的特征
? 虚拟仪器从出现到现在的广泛应用，经历的短短的几十年，可以 说它的发展速度是相当快的。尤其是近年来在各行各业中大量应 用此技术，它的迅速发展，主要是有以下几点特征。
1.3 LabVIEW简介
? LabVIEW自问世以来，经历了一个快速发展的过程，如今已被大 家所认可。它是当前测控领域的技术热点，也代表着未来虚拟仪 器的发展方向。它是图形化的编程语言，类似于传统的文本编程 语言中的函数或子程序。用它开发的软件称为虚拟仪器，在操作 界面上的现实上的仪器完全一样，功能比现实中的传统仪器还要 强大。

其中，LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室 虚拟仪器工程平台非 常适于仪器、测量与控制领域的虚拟仪器软 第19页 件开发。
虚拟仪器的系统构成 硬件和软件两大部分构成。
第16页
3.各部分基本功能
虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采集与控制、数据分析与 处理、参数输入与结果输出三大功能模块。 信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用硬件平台，并配合仪器 驱动程序共同完成，而数据分析与处理、参数输入与结果输出 则主要由用户应用软件完成。
传统仪器 硬件（电子线路） 数据采集
价格 功能可塑性
系统开放性
价格低、可复用与可重配置性强 用户定义仪器功能，柔性
开放、灵活，与计算机技术同步 发展 易与网络及其他周边设备互连
第14页 无限的显示选项、界面友好
价格昂贵
厂商定义仪器功能， 刚性 封闭、固定 功能单一的独立设备
构成复杂系统 能力 人机交互
有限的显示选项
1.3 虚拟仪器的系统结构
第5页
第四代仪器：虚拟仪器
虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相 结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大 变革，是将来仪器发展的一个重要方向。
第6页
1.2 虚拟仪器的基本概念
1. 虚拟仪器的定义
传统仪器：特定功能和仪器外观。
第7页
基于虚拟仪器的温度检测与控制系 统
第8页

如：虚拟示波器
第11页
（4）虚拟仪器之“虚拟”含义： 虚拟仪器面板；
软件实现仪器功能。 （5）因此，软件是虚拟仪器的核心。
NI公司提出“软件即仪器”（The software is the instrument）。

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范例查找器
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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->Find Examples 选项可以打开范例查找器。
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编辑前面板
Control Panel
STOP
Conditioning
DISPL AND
CONTR
A/D
TI/O Timing
D ROM
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仪器技术的发展过程
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。
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仪器技术的发展过程
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实时上下文帮助窗口
显示VI 路径
锁定上下 文相关帮 助
更多帮助 信息
单击此处访问 更详细的联机 帮助
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实时上下文帮助窗口
选择菜单栏中Help->Show Context Help选项或按下Ctrl+H，就会弹出 Context Help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。
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1.2 什么是LabVIEW?
LabVIEW程序被称为VI（Virtual Instrument），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。

• 智能仪器的组成结构 • 智能仪器的主要特点 • 智能仪器的发展趋势
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1.1 仪器仪表概述
1. 仪器仪表定义、作用、行业分类
仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是一 个系统或装置；
最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、 触觉等器官的功能。
仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医 疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪 表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民 经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。
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1.4 智能仪器发展趋势
（1）微型化 （2）多功能化 （3）人工智能化 （4）网络化
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本章结束
南京理工大学电光学院
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随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改 善测量的精确度
数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相 位谱、功率谱等信号分析→提供更多高质量的信息量
◆多功能化 ：一机多用
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1.3 推动智能仪器发展的主要技术
1）传感器技术； 2）A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能
与测量范围； 3）单片机与DSP的广泛应用； 4）嵌入式系统与片上系统SOC的应用； 5）ASIC、FPGA／CPLD技术； 6）LabVlEW等图形化软件技术； 7）网络与通信技术。
将单片或多片的 微机芯片与仪器 有机地结合在一 起形成的单机。
以个人计算机(PC)为核 心的应用扩展型测量仪 器。个人计算机仪器或 称微机卡式仪器。
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传感器
非 电 量
输出通道 单片机或
D/A A/D
DSP RAM、
EPROM I/O接口

２
用于选择、移动或改变对象的大小。当用于改变对象的大小时，鼠标指针会变成各种方向的箭头形状。
３
用于输入标签或标题说明的文本或者创建自由标签。
４
用于在框图上连线及在前面板上建立连结器。把该工具放在任一条连线上，会在“即时帮助”中显示连线的数据类型。
５
使用该工具在对象上单击鼠标左键，可以弹出对象的快捷菜单。
第二章 第一讲LabVIEW 操作入门
※本课程使用软件为LabVIEW 8.5
本讲授课内容：LabVIEW 概述LabVIEW 的程序结构及一般设计过程LabVIEW 的工作环境LabVIEW的操作选板 LabVIEW的基本数据类型LabVIEW的数据运算LabVIEW帮助（涵盖了书本第四章的全部内容）
②节点端口：函数图标的连线端口连线：端口间传递数据的路径。（3）程序的调试：正常运行、高亮方式、探针、单步等。
LabVIEW程序的一般设计过程：
例：由一个按钮开关和一个指示灯组成，该VI的功能是：当按下按钮时，指示灯点亮；当弹起按钮时，指示灯熄灭。
见录像：2-1 开关和指示灯.wmv（5’55”）
LabVIEW具有三种用来创建和运行程序的选板：工具选板（Tools Palette ）：包括了程序的创建、修改和调试时使用的工具；控件选板（Controls Palette ）：主要用于在前面板中添加指示器和控制器；函数选板（Functions Palette ）：用于创建流程框图，它包括了很多函数子选板。
数据结构是程序设计的基础，不同的数据类型和数据结构在LabVIEW中存储的方式是不一样的。选择合适的数据类型不但能提高程序的性能，而且还能节省内存的使用。数值数据类型：可以分为浮点数、整数和复数3种基本形式。书本第76页，表4-4。数据类型之间可以相互转换（见下页）。布尔数据类型：只有“真”、“假”两种取值。布尔类型常量有： 通过单击，可以取反。 布尔型输入控件的一个重要属性叫作“机械动作”，使用该属性可以模拟真实开关的动作特性。书本第81页，表4-5

5.1虚拟仪器
虚拟仪器技术:利用高性能的模块化硬件， 结合高效灵活的软件来完成各种测试、测 量和自动化的应用。组成部分:高效的软件、 模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台.优 点:性能高,扩展性强,开发时间少,无缝集成
功能组成图
2020/10/13
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5.3虚拟仪器的多种构成方式
DAQ卡与计算机及软件组成虚拟测 试仪器的一般方式
2020/10/13
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谢谢您的指导Βιβλιοθήκη THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
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汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
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虚拟仪器系统的发展历程
起源
20世纪80年代，随着计算机技 术的不断发展，人们开始尝试 将计算机应用于测试和测量领
域。
发展阶段
20世纪90年代，随着计算机性 能的提高和软件技术的不断发 展，虚拟仪器系统开始得到广 泛应用。
当前状况
目前，虚拟仪器系统已经成为 测试和测量领域的主流技术之 一，被广泛应用于各种领域。
远程控制技术
远程控制技术是虚拟仪器系统 的关键技术之一，它负责实现
远程控制和监测功能。
远程控制技术需要具备跨网络 、安全可靠和实时性等特点， 以便在不同的地理位置和网络 环境下进行远程控制和监测。
远程控制技术还需要支持多种 通信协议和数据格式，以便与 各种设备和系统进行无缝集成 。
远程控制技术还需要提供易于 使用的API和用户界面，以便开 发人员能够快速地构建远程控 制应用程序。
随着测试数据的不断增加，如何高 效地处理和分析数据成为虚拟仪器
系统面临的技术挑战之一。
B
C
D
可靠性和稳定性
在长时间运行和高负载测试环境下，虚拟 仪器系统需要具备高可靠性和稳定性。
标准化和互操作性
为了实现不同虚拟仪器系统之间的互操作 和数据共享，需要制定统一的标准化规范 。
虚拟仪器系统的应用前景
工业自动化
虚拟仪器驱动技术还需要支持多种通 信协议和数据格式，以便与各种硬件 设备进行无缝集成。
虚拟仪器驱动技术需要具备跨平台、 可移植性和可扩展性等特点，以便在 不同的操作系统和硬件平台上运行。
虚拟仪器驱动技术还需要提供易于使 用的API和用户界面，以便开发人员 能够快速地构建虚拟仪器应用程序。
信号处理技术
数据库管理技术
数据库管理技术是虚拟仪器系 统的关键技术之一，它负责对 各种数据进行分析、处理和管 理。

数据存储与回放
LabVIEW可以将采集的数据存储 到文件中，并支持数据的回放和 分析，便于后续的数据处理和挖
掘。
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虚拟仪器与现实世界
虚拟仪器与现实世界的接口
硬件接口
虚拟仪器通过硬件接口与现实世界的 物理设备连接，实现数据采集和控制 。常见的硬件接口包括串口、USB、 GPIB等。
软件接口
虚拟仪器软件提供各种软件接口，如 函数面板、脚本语言等，方便用户进 行数据分析和处理。
集成与调试
对虚拟仪器进行集成和调试，确保其 功能和性能符合设计要求。
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LabVIEW在虚拟仪器中 的应用
LabVIEW在信号处理中的应用
信号生成
LabVIEW提供了多种信号生成函数， 如正弦波、方波、噪声等，可用于模 拟各种实际信号。
信号分析
信号处理算法
LabVIEW支持多种信号处理算法，如 傅里叶变换、小波变换、滤波器设计 等，可用于信号的降噪、特征提取和 模式识别。
可靠性
虚拟仪器应具备高可靠性和稳定性， 能够保证实验结果的准确性和可靠性。
虚拟仪器的硬件选型
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数据采集卡
根据实验需求选择合适的数据 采集卡，确保能够采集到准确
、稳定的数据。
信号调理器
根据测试信号的类型和幅度选 择合适的信号调理器，确保信
号的质量和稳定性。
传感器
根据测试需求选择合适的传感 器，确保能够准确、稳定地测
实时控制系统
LabVIEW可以与硬件设备进行通信， 实现实时控制系统的构建和调试。
LabVIEW在数据采集中的应用
数据采集卡驱动
LabVIEW支持多种数据采集卡， 如示波器、数据采集卡等，可实

1.1 CVI简介
• CVI---C for virtual instrument; • CVI是NI(National instrument)公司推
出的交互式C语言开发环境； • CVI将C语言与用于数据采集分析和显示
的测控专业工具有机的结合；
• CVI是测控领域最受欢迎的软件开发平台 之一；
• 应用：建立检测系统、自动测试环境、 数据采集系统、过程监控系统、虚拟仪 器等。
• 系统的构成：硬件平台、计算机的 I/O接口、软件（VCVI）；
• 系统的演示。
实例三 净化项目
• 见各图片。
深一步的应用
• CVI与MATLAB的接口； • 基于一般信号分析技术的虚拟仪器设计； • 基于相关伪随机技术的虚拟仪器设计； • 基于神经网络的虚拟仪器设计； • 基于小波分析的虚拟仪器设计； • 基于混沌技术的虚拟仪器设计； • 基于模糊理论的虚拟仪器设计； • 网络化虚拟智能传感器系统设计。
• 目前，随着微电子技术和计算机技术的飞速发 展，测试技术与计算机的深层次结合引起了测 试仪器领域里一场新的革命一种全新的仪器结 构概念导致了新一代仪器---虚拟仪器的出现。
• 国际上从1988年开始陆续有虚拟仪器产品面 市，当时有5家制造商推出了30种产品。此后， 虚拟仪器产品成倍增加。
四. 虚拟仪器的发展方向
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇