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虚拟仪器课程设计作业一、教学目标本课程旨在通过虚拟仪器的相关知识，使学生掌握虚拟仪器的基本概念、设计与应用。
在知识目标上，要求学生了解虚拟仪器的定义、分类及基本原理，掌握虚拟仪器的软件设计方法，以及熟悉虚拟仪器在工程实践中的应用。
在技能目标上，要求学生能够运用虚拟仪器软件进行简单的设计与仿真，具备实际操作虚拟仪器的能力。
在情感态度价值观目标上，培养学生对科技创新的兴趣，提高学生解决实际问题的积极性，培养学生的团队合作意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括虚拟仪器的基本概念、硬件平台与软件设计，以及虚拟仪器在各个领域的应用。
具体包括：虚拟仪器的定义与分类、虚拟仪器的硬件平台、虚拟仪器的软件设计方法、虚拟仪器在信号处理、通信、自动化等领域的应用案例。
三、教学方法针对本课程的特点和学生实际情况，将采用讲授法、案例分析法、实验法等多种教学方法。
讲授法用于向学生传授虚拟仪器的基本概念、原理和设计方法；案例分析法用于分析虚拟仪器在实际工程中的应用案例，使学生更好地理解和掌握知识；实验法用于培养学生的实际操作能力，提高学生的实践技能。
四、教学资源为了保证本课程的教学质量，将选择和准备相应的教学资源。
教材方面，将选择国内外的优秀教材，如《虚拟仪器技术与应用》等；参考书方面，将提供相关的学术论文、技术文档等，以丰富学生的知识体系；多媒体资料方面，将制作课件、视频等，以直观地展示虚拟仪器的原理和应用；实验设备方面，将配置相应的虚拟仪器软件和硬件平台，以满足学生的实践需求。
五、教学评估本课程的评估方式将包括平时表现、作业、考试等多个方面，以全面、客观、公正地评估学生的学习成果。
平时表现主要评估学生在课堂上的参与度、提问和回答问题的积极性等；作业主要评估学生的实践能力，要求学生完成一定数量的实验报告和设计项目；考试则主要评估学生对虚拟仪器基本概念和原理的理解，以及运用所学知识解决实际问题的能力。
评估结果将以分数或等级形式给出，同时附以具体的评价和建议，以帮助学生了解自己的学习状况，进一步提高学习效果。
![虚拟仪器技术应用教程习题参考答案[13页]](https://img.taocdn.com/s1/m/c8a7aecfe109581b6bd97f19227916888586b957.png)
第1章1. 简述虚拟仪器概念。
参考答案：虚拟仪器是借助于强大的计算机软件和硬件环境的支持，建立虚拟的测试仪器面板，完成仪器的控制、数据分析和结果输出。
虚拟仪器是充分利用了常用台式计算机的计算、显示和互联网等，大大提高了效能。
以软件为中心的虚拟仪器系统为用户提供了创新技术，并大幅降低了生产成本。
通过虚拟仪器，用户可以精确地（用户定义）构建满足其需求的测量和自动化系统，而不是受传统固定功能仪器（供应商定义）的限制2. 虚拟仪器由哪些部分组成？参考答案：虚拟仪器是基于计算机的测试平台，由硬件系统和软件系统组成。
硬件包括计算机、各种I/O接口设备（采集卡和信号调理电路）和被测对象。
软件包括应用程序开发环境、仪器驱动层、虚拟仪器应用程序编程接口。
3. 虚拟仪器编程语言有哪些？参考答案：虚拟仪器开发工具一般可以分为两大类：通用软件开发环境和专用软件开发环境。
通用软件开发环境包括Borland公司的 C++ Builder、Delphi，Microsoft公司的VB、VC++、Visual Studio .NET等。
专用软件开发环境主要有Agilent公司的 VEE、 NI公司的 LabVIEW及Labwindows/CVI等。
4. LabVIEW语言和其他语言相比有什么特点？参考答案：LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
LabVIEW是数据流驱动，它是以数据流来决定程序框图元素的执行顺序，而不是以命令的先后顺序来决定，需要输入参数的程序框图节点总是在向它提供参数的程序框图节点执行完毕后才执行。
5. LabVIEW前面板在系统设计中的作用是什么？参考答案：前面板是图形用户界面，可创建控制器和显示器控件，设计的界面可以模拟真实仪表仪器的前面板，用于设置输入和观察输出。
bVIEW程序框图在系统设计中的作用是什么？参考答案：LabVIEW使用程序框图来添加源代码。
研究生考查课作业课程名称：虚拟仪器与智能化测试任课教师(签名)交作业日时间：2018年05月12日虚拟仪器大作业1 虚拟仪器技术发展综述1.1 虚拟仪器技术概述虚拟仪器是基于计算机的仪器及测量技术，它是多门技术与计算机技术结合的产物，是将现有的计算机主流技术与灵活易用的软件和高性能模块化硬件结合在一起，建立起功能强大又灵活易变的基于计算机的测试测量与控制系统来替代传统仪器（价格昂贵、功能单一）的功能。
虚拟仪器技术为测试测量和自动化领域带来了一场革新：虚拟仪器技术把现成即用的商业技术与创新的软硬件平台相集成，从而为嵌入式设计、工业控制以及测试和测量提供了一种崭新的解决方案虚拟仪器是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, 具有虚拟面板, 其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板, 以多种形式表达输出检测结果; 利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理; 利用I /O 接口设备完成信号的采集与调理, 从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。
使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板, 就如同使用一台专用测量仪器一样。
1.2 虚拟仪器发展历程1.2.1国外发展历程随着个人电脑技术的出现人们开始考虑使用电脑来处理传统仪器所测数据。
但由于GPIB总线带宽1Mbytes/s限制了数据向计算机的实时传输。
所以大量的数据处理工作仍然依靠仪器自身所带有的功能。
20世纪80年代随着计算机技术的进一步发展个人电脑可以带有多个扩展槽。
就出现了插在计算机里的数据采集卡。
它可以进行一些简单的数据采集数据的后处理由计算机软件完成，这就是虚拟仪器技术的雏形。
1986年美国National Instruments公司提出了虚拟仪器概念，开启了虚拟仪器的先河。
近年来，世界各国的许多大型自动测控和仪器公司均相继研制了为数不少的虚拟仪器开发平台，但最早和最具影响力的还是NI 公司的图形化开发平台LabVIEW。
LABVIEW回声探测器实验作业安徽工业大学电气信息学院自动化093回声探测器LabVIEW是由美国国家仪器公司创立的功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具。
它是一种基于图形化的、用图标来代替文本行创建应用程序的计算机语言。
在以PC为基础的测量和工控软件中，LabVIEW的市场普及率仅此次于C++/C语言。
LabVIEW已经广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件，LabVIEW使用的编程语言是G语言。
G语言用图表表示函数，用连线表示数据流向。
这次编程所用的是较新版本的LabVIEW 8.5。
一.设计目的：该实验基于labview8.5虚拟平台，使用图形语言编程，由回声发生器子VI产生回声信号，通过回声探测器进行探测分析。
本实例利用两个波形图来分别显示回声信号和回声探测信号，并对这两个信号进行比对分析。
本实验设计主要内容包括三个部分：回声产生部分，回声探测部分，和结果显示部分。
回声探测器实例的前面板如图1：图11.程序框图主要功能模块介绍：如图2回声探测器实例的程序框图主要有四个功能模块组成，分别为回声产生子Vi功能模块，回声探测功能模块，结果显示功能模块，While循环功能模块，下面对每个功能块实现的具体处理功能和任务进行详细介绍。
图21>.回声产生子VI功能模块回声产生子VI功能模块用来产生回声信号，此子VI命名为回声产生器.vi，图3给出了回声产生子VI功能图回声信号图3该子Vi主要用来产生回声信号，可将该模块产生的信号输入相应的波形图和回声探测功能模块中。
另外，该子VI可以通过改变输入控件的参数来产生不同的信号。
2>.回声探测功能模块回声探测功能模块的功能是通过“快速希尔伯特变换”，“实部虚部至极坐标转换”和“自然对数”等一系列函数节点的运算，将回声产生子VI功能模块产生的回声信号信息特征探测出来，“快速希尔伯特变换”函数变换是在FFT函数进行傅立叶变换的基础上执行离散希尔伯特变换的。
1-3设计一个程序，利用一个布尔开关控制灯的亮和灭。
1-4在前面板输入两个数，分别对这两个数进行加、减运算，并在前面板上显示结果。
1-5设计一个计算两点斜率的VI程序作为子程序。
2-3将习题2-1中产生的一组随机数，利用移位寄存器找出最大值，并在前面板显示。
2-4设计一个求1+2+3+4+…+n的VI程序。
2-5创建一个VI程序，比较两个数，如果其中一个数大于或等于另一个数，则LED点亮。
2-6利用公式节点和选择结构完成下列运算：输入数值x1和x2，如果x1和x2之和大于等于零，则输出x1+sinx2；如果x1和x2之和小于零，则输出sinx1+x2。
2-7将一随机数发生器产生的数字与前面板输入的给定数字进行比较，计算当两个树皮配饰所需要的时间
3-1设计一个VI，产生如下的常数数组：
1.0
2.0
3.0
4.0
2.0
3.0
4.0
5.0
3.0
4.0
5.0
6.0
3-2利用For循环创建一维数组。
3-3利用For循环创建二维数组。
3-4设计一个VI，对50个随机数组成的数组倒序排列，例如把Array[0]变成Array[49]，以此类推。
虚拟仪器概述学号：090611127姓名：马逢莉目录一、引言二、虚拟仪器的概念1.虚拟仪器的基本概念2.虚拟仪器的构成3.虚拟仪器发展概况4.虚拟仪器与传统仪器相比所具有的优越性三、虚拟仪器的硬件四、虚拟仪器的软件1.概述bVIEW 简介2．1 LabVIEW软件介绍2．2 LabVIEW应用程序的构成2．3 LabVIEW的基本模块2．4 程序调试技术五、虚拟仪器的发展及应用六、小结引言仪器是人类认识世界的基本工具，也是信息社会人们获取信息的主要手段之一。
随着信息时代和网络时代的来临，传统仪器已不能满足科技以及社会生产的需要。
仪器已不再是简单的机械或电子设备，而是融合了机械、电子、光学、计算机、材料化学、物理学、化学、生物学、系统工程等学科和先进制造技术的一门综合性技术。
由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子工业测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断涌现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念。
虚拟仪器就是其中的一种，虚拟仪器是基于通用PC建立的可编程仪器及仪器系统，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
在虚拟仪器中，硬件仅仅是为了解决信号的输入与输出，软件才是整个仪器的关键。
用户可以通过软件构造几乎任意功能的仪器。
现在虚拟仪器已得到了广泛应用，并成为当前国内外测试技术领域十分关注的技术热点。
一.虚拟仪器的概念虚拟仪器（Virtual Instrument,简称VI）是现代计算机技术和仪器技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试（CAT）领域的一项重要技术。
1.虚拟仪器的基本概念虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能，使用者操作这台计算机，就像是在使用一台专门设计的电子仪器[7]。
它突破了传统仪器的特点，将传统仪器由硬件实现的数据分析功能与显示功能，改由功能强大的计算机及其显示器来完成，并配置以相应的I/O 接口设备进行数据采集，再编制不同测试功能的软件对获得的信号数据进行分析处理及显示，就可以构成一套完整的测试系统，并具备数据处理的功能和友好的人机界面。
同时，仪器的功能和面板可以由用户根据需要自行定义或扩展，而不是由厂家事先定义且固定不变[4]。
这样，用户不必购买多台不同功能的仪器，不必购买昂贵的集多功能于一身的传统仪器，也不必不断的购买新的仪器。
而且因为有网络的存在，可以应用网络实现仪器共享或远程控制。
2.虚拟仪器的构成虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的。
硬件是指获得测试数据的各种硬件I/O 接口设备，大致可分为4 类：DAQ、GPIB、VXI、PXI，因此组成了4 种虚拟仪器体系结构。
无论哪种结构，都是将硬件仪器嵌入到笔记本电脑、台式计算机或工作站等各种计算机平台上，再加上应用软件而构成的[3]。
因而，虚拟仪器的发展已经与计算机技术的发展步伐完全同步。
由于虚拟仪器更注重软件的应用和开发，所以虚拟仪器使用更方便，更新更快捷，修改更容易，并且功能比一般仪器系统更强大。
只要具备必备的硬件，在加上丰富而且日新月异的软件系统，虚拟仪器将不断完善和进步，会逐渐融入现代生活生产中。
3.虚拟仪器发展概况虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档、低价的新型仪器。
虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步产生了不可估量的影响。
虚拟仪器广泛应用于电子测量、化学工业、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。
目前，虚拟仪器在那些发达国家中设计、生产、使用已经十分普及。
在美国，虚拟仪器系统及其图形编程语言，已成为各大学理工科学生的一门必修课程，而在我国虚拟仪器的设计、生产、使用正在起步。
国内专家预测，未来的几年内，我国将有50％的仪器为虚拟仪器。
届时，国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。
随着微型计算机的发展，各种有关软件不断诞生，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。
4.虚拟仪器与传统仪器相比所具有的优越性传统台式仪器是由仪器厂家设计并定义好功能的一个封闭结构，它有固定的输入输出接口和仪器操作面板，每种仪器只能实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用户。
从一般的仪器设计模型看，一种仪器无非是由数据采集、分析处理、人机交互和显示等几部分功能模块组成的整体。
因此，我们可以设想在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件设计实现仪器的全部功能，这就是虚拟仪器设计的核心—软件就是仪器。
这样我们可以在数据采集卡的基础上添加少量的硬件设备或者直接在原有数据采集卡的基础上开发虚拟仪器。
与传统仪器相比，虚拟仪器除了在性能、易用性、用户可定制性等方面具有更多优点外，在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。
一方面，目前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求高，另外，在传统的计算机控制系统中，一块数据采集卡的作用通常是固定不变的。
例如AD转换器、DA转换器和UO 连接器等。
如果把计算机控制系统运用于虚拟仪器中，则可以实现一卡多用，甚至用户可以根据自身的特殊需要构建特定的虚拟仪器，且无需增加任何硬件设备，传统仪器就无法做到这一点。
二.虚拟仪器硬件从虚拟仪器的定义来说，它更多地强调软件在仪器中的应用，但虚拟仪器仍离不开硬件技术的支持，信息的获取仍需要通过硬件来实现。
目前，虚拟仪器的类型主要取决于仪器所采用的接口总线类型。
从仪器与计算机采用的总线连接方式的不同，可分为内插卡式和外接机箱式两大类。
内插卡式就是将各种数据采集卡插入计算机扩展槽，再加上必要的连接电缆或探头，就可形成一个仪器。
外接机箱式采用背板总线结构，所有仪器都连接在总线上或采用外总线方式，用外部主控计算机来实现控制。
这种类型的虚拟仪器以VXI仪器为典型代表。
无论哪种虚拟仪器，都离不开数据采集硬件的支持。
三.软件体系1.概述虚拟仪器技术最核心的思想，就是利用计算机的硬/软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化），以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性。
基于软件在VI系统中的重要作用，NI提出了"软件就是仪器（The software is the instrument）"的口号。
VPP系统联盟提出了系统框架、驱动程序、VISA、软面板、部件知识库等一系列VPP软件标准，推动了软件标准化的进程。
虚拟仪器的软件框架从低层到顶层，包括三部分：VISA库、仪器驱动程序、应用软件。
VISA（Virtual Instrumentation software Architecture）虚拟仪器软件体系结构，实质就是标准的I/O函数库及其相关规范的总称。
一般称这个I/O函数库为VISA 库。
它驻留于计算机系统之中执行仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器的程控。
它对于仪器驱动程序开发者来说是一个个可调用的操作函数集。
仪器驱动程序是完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集。
它是应用程序实现仪器控制的桥梁。
每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序，仪器厂商以源码的形式提供给用户。
应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供直观友好的测控操作界面、丰富的数据分析与处理功能，来完成自动测试任务。
虚拟仪器应用软件的编写，大致可分为两种方式：①用通用编程软件进行编写。
主要有Microsoft公司的Visual Basic与Visual C++、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder；②用专业图形化编程软件进行开发。
如HP公司的VEE、NI公司的LabVIEW 和Lab windows/CVI等。
bVIEW 简介2．1 LabVIEW软件介绍LabVIEW是一种图形化编程语言，它广泛地被工业界，学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
LabVIEW集成了与满足GPI B、VXI、RS-232和RS-458协议的硬件及数据采集卡式通讯的全部功能。
它还内置了便于应用TCP/IP，ActiveX等软件标准的库函数。
这是一个功能强大且灵活的软件，利用它可以方便地建立自己的标准的库函数。
这是一个功能强大且灵活的软件，利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
图形化的程序语言，又称为G语言，使用这种语言编程时，基本上不用写程序代码，取而代之的流程图。
它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师熟悉的术语、图标和概念。
因此LabVIEW是一个面向最终用户的工具。
它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。
使用它进行原理研究、设计、测试系统时，可以大大提高工作效率。
2．2 LabVIEW应用程序的构成所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器（VI），它包括前面板（front panel）、流程图（block diagram）、以及图标/连结器（icon/connetor）三部分。
前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现开关、旋钮、图形以及其他控制（control）和显示对象（indicator）。
流程图提供VI的图形化源程序。
在流程图中对VI编程。
控制和操纵宣言在前面板上的输入和输出功能。
流程图中包括前面板上的控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。
如果将VI与标准仪器相比罗，那么前面板上的东西就是仪器面板上的东西，而流程图上的东西相当于仪器箱内的东西。
在许多情况下，使用VI可以仿真标准仪器，不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其功能也与标准仪器相差无几。
图标/连接器VI具有层次化和结构化的特征。
一个VI可以作为子程序，这里称为子VI（subVI），被其它他VI调用。
图标与连接器在这里相当于图形化的参数。
2．3 LabVIEW的基本模块像许多Windows应用程序一样，当进入LabVIEW编程环境后，首先出现在屏幕上的是两个无标题（untitled）窗口，一个是前面板窗口，用于编辑和显示虚拟仪器的前面板对象，另一个是框图程序窗口，用于编辑和显示流程图。
同时在屏幕上方显示工具按钮，由于两个窗口除框图程序窗口增加了4个用于程序调试的工具按钮外，工具条是一样的，但应特别注意它提供的操作模板，包括工具模板、控制模板和函数模板。
