labview2010中文版虚拟仪器课件第一章绪论

在学习LabVIEW之前，首先应该对虚拟仪器系统有一个基本的认识。本章首先介绍了虚拟仪器系统的基本概念、组成与特点，然后介绍虚拟仪器技术的发展现状与展望，最后对虚拟仪器系统的软件环境进行了介绍。学习要点虚拟仪器的概念虚拟仪器的特点虚拟仪器的发展现状和方向虚拟仪器软件的开发环境1.1虚拟仪器系统概述虚拟仪器把计算机技术、电子技术、传感器技术、信号处理技术、软件技术结合起来，除继承传统仪器的已有功能外，还增加了许多传统仪器所不能及的先进功能。虚拟仪器的最大特点是其灵活性，用户在使用过程中可以根据需要添加或删除仪器功能，以满足各种需求和各种环境，并且能充分利用计算机丰富的软硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、表达、传送以及存储方面的限制。1.1.1虚拟仪器的概念虚拟仪器(VirtualInstrument)是指通过应用程序将计算机与功能化模块结合起来，用户可以通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义、自己设计的仪器一样，从而完成对被测量的采集、分析、处理、显示、存储和打印。1.1.2虚拟仪器的特点虚拟仪器的突出优点是不仅可以利用PC机组建成为灵活的虚拟仪器，更重要的是它可以通过各种不同的接口总线，组建不同规模的自动测试系统。它可以通过与不同的接口总线的通讯，将虚拟仪器、带总线接口的各种电子仪器或各种插件单元调配并组建成为中小型甚至大型的自动测试系统。表1-1虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器传统仪器软件使得开发维护费用降低开发维护开销高技术更新周期短技术更新周期长关键是软件关键是硬件价格低、可复用、可重配置性强价格昂贵用户定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展封闭、固定与网络及其他周边设备方便互联的面向应用的仪器系统功能单一、互联有限的独立设备1.1.3虚拟仪器的分类１．PC-DAQ插卡式虚拟仪器２．并行口式虚拟仪器３．GPIB总线方式虚拟仪器４．VXI总线方式虚拟仪器５．PXI总线方式虚拟仪器1.1.4虚拟仪器的组成从功能上来说，虚拟仪器通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，完成对被测量的采集、分析、处理、显示、存储、打印等功能，因此，与传统仪器一样，虚拟仪器同样划分为数据采集、数据分析处理、结果表达三大功能模块。图1-1为其内部功能框图。插卡式DAQ卡GPIB仪器VXI仪器RS-232分析统计数字滤波信号处理网络传输硬件复制文件I/O图形用户界面采集处理数据分析结果表达图1-1虚拟仪器构成方式虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简称硬件平台)和应用软件两大部分构成。其结构框图如图1-2所示。测控对象信号调理电路GPIB接口电路数据采集卡IEEE488接口卡串口仪器串口并口仪器并口VXI仪器VXI控制接口卡其他计算机硬件接口板卡现场总线设备计算机虚拟仪器软件图1-2虚拟仪器结构框图１．硬件平台虚拟仪器的硬件平台由计算机和I/O接口设备组成。（1）计算机是硬件平台的核心，一般为一台PC机或者工作站。（2）I/O接口设备主要完成被测输入信号的放大、调理、模数转换、数据采集。可根据实际情况采用不同的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、串口仪器等。虚拟仪器构成方式有五种类型，如图1-3所示。无论哪种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。被测信号PC-DAQGPIB仪器串口仪器VXI模块PXI模块计算机图1-3虚拟仪器构成方式２．软件平台虚拟仪器软件将可选硬件(如DAQ,GPIB,RS232,VXI,PXI)和可以重复使用源码库函数的软件结合起来，实现模块间的通信、定时与触发，源码库函数为用户构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的软件模块。当用户的测试要求变化时，可以方便的由用户自己来增减软件模块，或重新配置现有系统以满足其测试要求。虚拟仪器软件包括应用程序和I/O接口设备驱动程序。1.1.5虚拟仪器的发展现状虚拟仪器（VI）的概念，是美国国家仪器公司（NI）于1986年提出的。20世纪80年代以来NI公司研制和推出了许多总线系统的虚拟仪器，成为这类新型仪器世界第一生产大户。此后，美国的惠普（HP）公司，Tektronix公司，Racal公司等也相继推出了许多此类仪器，并在短短的10余年便占有了世界仪器市场的10%左右，目前，虚拟仪器在发达国家己经十分普及。在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言，己作为各大学理工科学生的一门必修课程。虚拟仪器已成为本世纪仪器发展的方向，并且有逐步取代传统硬件化电子仪器的趋势。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些仪器公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。其中最早和最具影响力的是NI公司的LabVIEW和LabWindows/CVI开发软件。LabVIEW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。LabWindows/CVI是为熟悉C语言的开发人员准备的、使用Windows环境下的标准ANSIC开发环境。除了上述的开发软件之外，美国HP公司的HP-VEE和HPTIG平台软件，美国Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS软件，以及美国HEMData公司的Snap-Master平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。2010年8月——美国国家仪器有限公司（NationalInstruments，简称NI）今天发布了LabVIEW图形化编程环境的最新版软件LabVIEW2010，用于设计、测试、测量与控制。LabVIEW2010新增了即时编译技术，可将执行代码的效率提高20%，并针对更多应用市场推出各种附加工具包的收费与评估版，用户还可轻松将自定义功能集成到平台上，这些全新特性进一步提高了LabVIEW2010的效率。1.1.6虚拟仪器的发展方向网络技术应用到虚拟仪器领域中是虚拟仪器发展的大趋势。在国内网络化虚拟仪器的概念目前还没有一个比较明确的提法，也没有一个被测量界广泛接受的定义，其一般特征是将虚拟仪器、外部设备、被测点以及数据库等资源纳入网络，实现资源共享，共同完成测试任务，也适合异地或远程控制、数据采集、故障监测、报警等。使用网络化虚拟仪器，可在任何地点、任意时刻获取测量数据，就像今日的Internet，我们几乎可以去访问世界上任何一个对外开放的网站。和以PC为核心的虚拟仪器相比，网络化将对虚拟仪器的发展产生一次革命，网络化虚拟仪器将把单台虚拟仪器实现的三大功能(数据采集、数据分析及图形化显示)分开处理，分别使用独立的基本硬件模块实现传统仪器的三大功能，以网线相连接，实现信息资源的共享。“网络就是仪器”概念的确立，使人们明确了今后仪器仪表的研发战略，促进并加速了现代测量技术手段的发展与更新。1.2虚拟仪器软件开发环境应用软件开发环境是设计虚拟仪器所必需的软件工具。软件在虚拟仪器中处于重要的地位，它肩负着对数据进行分析处理的任务，如数字滤波、频谱变换等。在很大程度上，虚拟仪器能否成功的运行，就取决于软件。因此，美国NI公司提出了“软件就是仪器”的口号。通常在编制虚拟仪器软件时，有两种方法。一种是传统的编程方法，采用高级语言，如VC++、VB,Delphi等；另一种是采用流行的图形化编程方法，如采用N1公司的LabVIEW,LabWindows/CVI软件，HP公司的VEE等软件进行编程。使用图形化软件编程的优势是软件开发周期短，编程容易，特别适用于不具有专业编程水平的工程技术人员。虚拟仪器系统的软件主要包括仪器驱动程序，应用程序和软面板程序。1.2.1LabVIEW的使用LabVIEW作为目前国际上唯一的编译型图形化编程语言，把复杂、繁琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能(图形)，使用线条把各种功能连接起来的简单图形编程方式。LabVIEW中编写的框图程序，很接近程序流程图，因此，只要把程序流程图画好了，程序也就差不多编好了。LabVIEW中的程序查错不需要先编译，若存在语法错误，LabVIEW会马上告诉用户。LabVIEW中的程序调试方法同样令人称道。程序测试的数据探针工具最具典型性。同传统的编程语言相比，采用LabVIEW图形编程方式可以节省大约60%的程序开发时间，并且其运行速度几乎不受影响。除了具备其它语言所提供的常规函数功能外，LabVIEW中还集成了大量的生成图形界面的模板、丰富实用的数值分析、数字信号处理功能，以及多种硬件设备驱动功能(包括RS232,GPIB,VXI、数据采集板卡、网络等)。另外，免费提供的几十家仪器厂商的数百种源码仪器级驱动程序，可为用户开发仪器控制系统节省大量的编程时间。1.2.2LabWindows/CVI的使用１．以编程的方式交互地创建控件数组，配置多用户界面控件变得更加简单。；２．提高了源代码创建的灵活性；３．利用FPGA-InterfaceCAPI工具，创建主应用程序和FPGA通信；４．扩展了LabWindows/CVI开发环境，使其可以创建针对专用实时硬件发布确定可靠的应用程序；５．提供最新库支持；６．提供具有对FPGA-InterfaceCAPI的支持，帮助工程师在Linux平台上使用基于NIFPGA的硬件；７．通过为已安装的程序创建补丁，延长测试系统寿命。1.2.3其他对于喜欢用VisualBasic编程的用户，可以选用NI公司的一种软件工具ComponentWorks。它可以直接加载在VB环境中，配合VB成为强大的虚拟仪器开发平台。对于拥有Windows编程基础而且熟悉VB,VC+十的用户，也可以采用传统编程方式编写自己的虚拟仪器应用程序。现在越来越多的人采用VB,VC++混合编程：用VB快速开发出美观的界面(软面板)以及外围的处理程序，再用VC编写底层的各种操作，如数据采集及处理、仪器驱动程序、内存操作、I/0端口操作等。还可以在VC++中嵌入汇编语言以进行更底层的操作，以提高程序执行速度，满足高速、实时性的要求。