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1、虚拟仪器课程论文学院：信息工程学院专业：电子信息工程班级：学号：姓名：虚拟仪器技术及其应用摘要:较为全面系统地介绍了虚拟仪器技术的发展,包括虚拟仪器的定义、虚拟仪器系统的构成、虚拟仪器的软件开发平台等,并就虚拟仪器应用在pH值的测量中的情况作了较为详细的介绍。关键词:虚拟仪器;开发平台;LabVIEW;LabWindows/CVI;pH值测量 现代技术的进步以计算机技术的进步为代表。不断革新的计算机技术,从各个层面上影响着、引导着各行各业的技术更新。基于计算机技术的虚拟仪器系统技术正以其不可逆转的力量推动着测控技术的革命。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测控
2、系统的改造,同时也影响着以数据采集为主的测控系统传统构造方法的进化。虚拟仪器的出现,彻底改变了传统的仪器观,开辟了测试计量技术的新纪元.1虚拟仪器的概念与特点虚拟仪器(VirtualInstrument,VI)是指具有虚拟面板的个人计算机仪器。它利用特定的软件在计算机屏幕上构成虚拟仪器的面板,并配置相应一些硬件,使计算机能完成许多仪器的功能,从而使个人计算机变成了一种综合了许多仪器的装置。使用者操作这台计算机,就像在操作一台自己专门设计的传统电子仪器。虚拟仪器是测控技术和计算机技术相结合的产物,它充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。用计算机屏幕可以形象
3、、方便地模拟各种仪器控制面板,以各种形式表达输出检测结果;用计算机软件可以实现各种各样的信号分析、处理,完成多种多样的测试功能。总之,充分利用计算机丰富的软硬件资源,可以大大突破传统仪器在数据的处理、表达、传送、存储等方面的限制,达到传统仪器无法比拟的效果。在计算机上插数据采集卡,然后用软件在屏幕上生成仪器面板,用软件来进行信号的分析处理,实现传统仪器功能,就是典型的例子之一。2虚拟仪器系统的组成和传统的仪器一样,虚拟仪器一般由3部分组成:输入:主要是进行信号调理,并将输入的模拟信号转换成数字信号。输出:主要是将数字信号转换成模拟信号并进行必要的信号调理。数据处理:是
4、指按测试要求对输入信号进行各种分析和处理。虚拟仪器的硬件构成有多种方案,通常采用以下几种[1,2]。2.1 基于通用接口总线GPIB接口的仪器系统GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)仪器系统的构成是迈向虚拟仪器的第一步,即利用GPIB接口卡将若干GPIB仪器连接起来,用计算机增强传统仪器的功能,组织大型柔性自动测试系统。利用GPIB技术,可以用计算机实现对仪器的操作和控制,替代传统的人工操作方式,排除人为因素造成的测试测量误差。同时,由于可以预先编制好程序,实现自动测试,从而提高了测试效率。2.2 基于数据采集的虚拟仪器系统采集的模拟、数字
5、信号通过A/D转换等设备输入计算机进行分析、处理、显示等,并可通过D/A转换实现反馈控制。根据需要还可加入信号调理和实时DSP等硬件模块。2.3 利用VXI总线仪器实现虚拟仪器系统VXI(VMEbuseXtensionforInstrumentation)总线为虚拟仪器系统提供了一个更为广阔的发展空间。它是一种高速计算机总线———VME总线在仪器领域的扩展。由于其标准开放、传输速率高、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块化设计、使用方便灵活,已越来越受到人们的重视。它便于组织大规模集成化系统,是仪器发展的一个方向。2.4 在基于串行口或其它工业标准总线的系统将某些串行
6、口仪器和工业控制模块连接起来,可组成实时监控系统。基本硬件确定以后,就可通过不同的软件实现不同的功能,构成一个虚拟仪器系统。以VXI虚拟仪器系统为例,它至少需要仪器、通信和驱动程序3种接口软件,其中仪器接口为仪器与计算机之间的通信协议和方法。通信接口按标准方式将仪器连接起来,它是仪器与仪器驱动程序之间的通信接口,实际上就是VXI系统的I/O接口软件。仪器驱动程序接口将通信接口与应用开发环境连接起来。仪器驱动器是完成对某一特定仪器控制与通信的一段程序,它作为用户应用程序的一部分在计算机上运行。仪器驱动器是虚拟仪器系统的核心,是完成对硬件控制的纽带和桥梁。应用软件开发环境
7、将计算机的数据分析、显示能力与仪器驱动器融合在一起,为用户开发虚拟仪器提供了必要的软件工具和环境。目前有两种较为流行的虚拟仪器开发环境:一种是用编程语言设计虚拟仪器,如LabWindows/CVI等;二是用图形编程语言设计虚拟仪器,如LabVIEW等。3虚拟仪器开发的软件平台LabVIEW是美国国家仪器公司(NationalInstruments)推出的图形化软件编程平台,如图2,它是一种基于图形的程序设计语言G语言构成的,它可用来进行数据采集和控制、数据分析和数据表达。它是一种结构化解释型开发平台。LabVIEW的朱正伟等.虚拟仪器技术及其应用·5
