虚拟仪器技术-2.ppt

虚拟仪器技术虚拟仪器技术 虚拟仪器概述 虚拟仪器的出现得益于计算机技术的发展与测试技术 的革新 20世纪70年代初，美国德州大学奥斯汀分校的三位年 轻教师 詹姆斯楚查德博士（Dr. James Truchard）、杰 夫科多斯基（Jeff Kodosky）和比尔诺林（Bill Nowlin） 在应用研究实验室工作，从事对美国海军声纳探测项目的 研究他们使用了早期的计算机技术来采集和分析数据 由于当时测试及分析方法的低效使他们十分沮丧，于是他 们决定创造一种新产品，来使测试任务变得更加简单、轻 松和高效 一、虚拟仪器的出现和发展 1976年，在詹姆斯楚查德家的车库里，三个小伙子 开始了第一个产品的研发，并为此成立了一家公司 最初公司命名时曾有过“长角牛仪器”、“德克萨斯数 据”等创意，但提交申请时均遭到拒绝，最终采用了如今 的名称：国家仪器（National Instruments） NI公司成立后，从Interfirst银行贷款一万美元，并购 置了一台PDP-11小型计算机 NI公司接手的第一个项目是为圣安东尼奥的凯利空军 基地研发一种用于连接科学仪器与微型计算机的GPIB接 口产品。

1979年，詹姆斯楚查德博士辞去了德州大学的工作， 全身心投入公司的发展1980年，杰夫科多斯基和比尔 诺林也从学校辞去工作，全职加入了NI公司 1981年，该公司的销售额已突破100万美元大关 1983年，Apple公司推出了世界上第一款图形界面的微 型计算机Macintosh（俗称苹果机），使得在计算机屏幕 上模拟真实仪器的面板成为可能 为使编程更加简捷高效、易学易用，让测试工程师能 够更专注于测试系统本身，从繁琐的编程中解脱出来， 1986年，以杰夫科多斯基为主创，NI公司推出了基于苹 果机环境下的著名的图形化编程工具LabVIEW，杰夫科 多斯基也因此被后人称为“LabVIEW之父” 在当时，编程已不再是程序员的专职，所有的工程技 术人员都可能要自己来编写程序对于测试工程师而言， 不仅要成为一个测试技术的专家，还要努力掌握 C 或 C++，成为一个编程高手这不仅提高了执行测试任务的 门槛，增加了难度，也降低了工作效率 为此，在简化测试软件编程、提高测试工作效率的道 路上，NI公司一直在不懈地努力 LabVIEW使科学家和工程师们可以采用生动的、直 观的“画线”方式进行编程，而非像之前一样要基于代码来 编写程序，将“写程序”变成了“画程序”。

这种直观易懂的编程方式和简洁流畅的框架结构，将 人们的注意力从以前的硬件设计和代码语法方面转移到了 软件流程和整体功能上，并大大简化了编程工作，生产效 率得以显著提高，这使得LabVIEW一经发布便大受欢迎 ，为软件编程领域开辟了一个崭新的篇章 伴随着LabVIEW的面市，NI提出了“软件就是仪器” 的口号，开辟了“虚拟仪器”这一全新的概念 虚拟仪器的中心思想就是： 软件取代硬件成为测试系统的核心 NI公司早期的虚拟仪器产品 1988年，NI公司推出了第一款基于IBM PC机的内插 式的数据采集卡 1990年，NI公司搬到了奥斯汀湖畔的一栋建筑里，并 于1991年将其购置，开设了NI园区 NI公司在奥斯汀的园区 1991年，NI公司通过LabVIEW获得了第一份专利 其后，他们相继发明了SCXI，LabWindows/CVI等 20世纪90年代，随着微软的基于图形界面的操作系统 Windows的出现，LabVIEW开始向Windows平台移植， 其优异的性能很快得到了业界的认可NI公司成为虚拟仪 器技术的主导者和代言人。

随着虚拟仪器技术的先进性、优越性和广阔的发展前 景被人们逐渐认识，不少国际知名的仪器厂商，如美国 HP公司、Tektronix公司等，迅速加入了虚拟仪器研发的 行列，虚拟仪器技术进入了飞速发展时期 到了1994年虚拟仪器产品的制造厂商达90余家，生产 1000多种各式产品在硬件产品上包罗了各种总线结构的 数据采集和仪器控制模块，在软件产品上有NI的 LabVIEW和LabWindows/CVI以及HP的VEE等等 1997年，NI公司首次推出了基于计算机的开放式的模 块化测试系统PXI，并以其优异的性价比与当时HP公司主 导的VXI模块化测试系统形成了强劲的竞争，大有取而代 之的势头 2004年，NI公司推出了Compact RIO，这是一种高可 靠性、高实时性、低功耗的嵌入式可编程采集控制器模块 目前，NI公司已连续11年入选美国财富杂志的“100 Best Companies to Work For（百家最优工作环境公司）” 和测试仪器巨头HP公司相比，NI公司是一家规模不 大的年轻企业，但它非常善于思索和创新，并逐渐走在了 测试领域的前列。

二、虚拟仪器简介 虚拟仪器也称为计算机仪器 其产生和发展的背景是：计算机技术与测试技术的结合 越来越紧密，对测试系统的小型化、智能化、网络化、软件 化水平的要求越来越高软件在测试系统中起着越来越重要 的作用，许多过去由硬件完成的功能，可以由软件来实现， 降低了成本测试系统已经成为以通用硬件为基础、以测试 软件为核心的集成系统 “软件就是仪器” 思想的提出改变了传统测量仪器的观念 AD/DA + CPU + 软件的组合已经成为现代测试系统的发 展趋势 仪器硬件系统测控对象计算机 虚拟仪器软件 操作系统 计算机+仪器硬件+虚拟仪器软件 虚拟仪器的基本构成 仪器硬件系统 测 控 对 象 RS232C串口仪器 VXI仪器模块 PXI仪器模块 计算机 GPIB接口仪器 现场总线设备 PC数据采集卡 USB数据采集模块 其他测试仪器 虚拟仪器系统可以包含所有的可程控的测试仪器，其 中最优秀的仪器硬件平台是VXI和PXI 虚拟仪器软件系统 测试仪器 仪器驱动程序及 I/O接口软件 虚拟仪器开发软件 （LabVIEW、 LabWindows/CVI、C、 BASIC、C++等等） 虚拟仪器测试程序 虚拟仪器的特点 • 传统仪器 体积大，笨重，成本高，功能单一，且由生产厂家 定义。

• 虚拟仪器 软件是核心具有智能化，多样化，模块化，网络 化等优点，且开放性好，可扩展性强，购置、维护、升 级成本低 虚拟仪器的两大创新理念 • 仪器软件化 • 编程图形化 图形化编程语言 （G 语言） —— LabVIEW 简介 LabVIEW的特点 1、图形化编程 丰富的各类控件，无需用户自己设计 框图式的源程序，直观易懂 2、 编程快捷 内建大量的函数库，可直接调用 3、 调试方便 没有严格的语法规则，错误提示准确、详细 4、界面美观 三维立体、真彩色 优点： 框图式的源程序，没有文本代码，没有严格的语法 规则将传统的 “写程序” 变为 “画程序” 用户无需编程经验，易学易用，程序直观易懂，编 程、调试轻松快捷 不足： 对于底层的编程和复杂的编程，相比文本编程语言 G语言的灵活性较差，且执行代码的质量有待提高 注：图形化编程 可视化编程 PCI数据采集卡 基于数据采集卡的虚拟仪器测试平台示例 虚拟数字电压表 虚拟数字示波器 虚拟电子计数器 。