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Virtual Instrumentation-- Computer Based Instruments

虚拟仪器. Virtual Instrumentation-- Computer Based Instruments. 主要内容. 从智能仪器到虚拟仪器 虚拟仪器的特点 虚拟仪器的体系 虚拟仪器的硬件 虚拟仪器的软件 虚拟仪器的应用. 一、从智能仪器到虚拟仪器. Virtual Instrumentation. Fully Programmable System. VXI Chassis. GUI. IEEE 488 Rack and Stack System. DAQ Boards with RTSI.

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  1. 虚拟仪器 Virtual Instrumentation-- Computer Based Instruments

  2. 主要内容 • 从智能仪器到虚拟仪器 • 虚拟仪器的特点 • 虚拟仪器的体系 • 虚拟仪器的硬件 • 虚拟仪器的软件 • 虚拟仪器的应用

  3. 一、从智能仪器到虚拟仪器

  4. Virtual Instrumentation Fully Programmable System VXI Chassis GUI IEEE 488 Rack and Stack System DAQ Boards with RTSI Analog Instrumentation 仪器的发展历史

  5. RTSI是Real-Time System Integration的缩写。这种总线接口存在于许多National Instruments的设备上，利用一根RTSI总线电缆，就可以在多块板卡之间共享和交换时钟和控制信号。它通常被用来做同步。　　RTSI总线可以进行板卡之间的定时和同步 　　许多NI PCI 板卡都配有RTSI总线，该总线可以通过安装在板卡上方的扁平电缆连接器连接。 该种板卡可以共享触发信号和时钟，从而有效地将多块板卡整合成一台多功能仪器。 配有RTSI总线的PCI板卡的功能包括多功能数据采集(DAQ)、高速数字I/O、高速数字化仪、动态信号采集(DSA)、信号发生器、高速定时I/O、图像采集、运动控制和CAN总线接口连接。

  6. GPIB（General-Purpose Interface Bus）-通用接口总线， 是国际通用的仪器接口标准。

  7. 20世纪80年代后期，仪器制造商发现GPIB总线产品无法再满足军用测控系统的需求了。在这种情况下，HP、Tekronix等五家国际著名的仪器公司成立了VXIbus联合体，并于1987年发布了VXI规范的第一个版本。几经修改和完善，与1992年被IEEE接纳为IEEE-1155-1992标准。20世纪80年代后期，仪器制造商发现GPIB总线产品无法再满足军用测控系统的需求了。在这种情况下，HP、Tekronix等五家国际著名的仪器公司成立了VXIbus联合体，并于1987年发布了VXI规范的第一个版本。几经修改和完善，与1992年被IEEE接纳为IEEE-1155-1992标准。

  8. PXI (PCI eXtensions for Instrumentation面向仪器系统的PCI扩展) 是一种由NI公司发布的坚固的基于PC的测量和自动化平台。。制订PXI规范的目的是为了将台式PC的性能价格比优势与PCI总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来，形成一种主流的虚拟仪器测试平台。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。

  9. PXI在1997年完成开发，并在1998年正式推出，它是为了满足日益增加的对复杂仪器系统的需求而推出的一种开放式工业标准。如今，PXI标准由PXI系统联盟（PXISA）所管理。该联盟由60多家公司组成，共同推广PXI标准，确保PXI的互换性，并维护PXI规范。

  10. 微处理器 MPU 程序存储器 （ROM） 数据存储器 （ROM） I/O接口 键盘显示接口 标准仪用 通信接口 A/D 转换器 D/A 转换器 键盘 显示 外部仪用 标准总线 被测量 信号 调理 模拟 执行器 模拟量输入输出 人机接口 通信接口 智能仪器的基本结构

  11. 计算机 ISA/PCI 插卡式仪器 INTERNET RS232/485 串行通信 仪器 USB 串行通信 仪器 打印口 并行通信 仪器 GPIB/ VXI/PXI 总线仪器 测控对象 基于计算机的仪器系统

  12. 虚拟仪器概念的提出 虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（National Instrument）在1986年提出的，但其雏形可以追溯到1981年由美国西北仪器系统公司推出的Apple II为基础的数字存储示波器。这种仪器和个人计算机的概念相适应，当时被称为个人仪器。（Personal Instrument）。 1986年，NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabVIEW，标志着虚拟仪器软件设计平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。

  13. 插入式DAQ卡 信号处理 网络传输 GPIB仪器 数字滤波 硬复制 VXI仪器 统计 文件I/O RS232 分析 图形用户接口 虚拟仪器功能模块划分 VI定义 • 虚拟仪器( VI - Virtual Instrumentation ) 是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可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、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。与传统仪器一样，如果忽略它的跨网络的位置透明性，它同样划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能模块。

  14. 二、虚拟仪器的特点

  15. VI与传统仪器的比较 仪器 = A/D + CPU+ 软件 The Software Is Instruments

  16. 虚拟仪器的优势： • 丰富和增强了传统仪器的功能。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理。 • 仪器由用户自己定义。 • 开放的工业标准。虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，使资源的可重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开发费用降低。 • 便于构成复杂的测试系统。可通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、监控、和诊断。可节约仪器购买和维护费用。

  17. 三、虚拟仪器的体系

  18. 虚拟仪器典型的体系结构

  19. 虚拟仪器的分类 按接口总线类型不同划分 • 数据采集卡式 DAQ • RS232/RS485虚拟仪器 • 并行接口虚拟仪器 • USB虚拟仪器 • GPIB虚拟仪器 • VXI虚拟仪器 • PXI虚拟仪器 • IEEE1394接口虚拟仪器

  20. 四、虚拟仪器的硬件

  21. 自行研制的基于USB总线的数据采集卡 自行研制的Seed-2000PCI总线数据采集卡

  22. 自行研制的基于USB的信号发生卡及LCR测试仪 自行研制的嵌入式TCP/IP模块

  23. 操作系统：DOS, Windows2000/9x/NT 最大I/0速度： 1.5 Mbytes/s （IEEE488.1)7.7 Mbytes/s (HS488) 尺寸：133x107 mm NI的PCI-GPIB卡

  24. GPIB产品示例 屏蔽的24芯GPIBcable及定义

  25. NI的DAQ及VXI产品示例

  26. PXI产品

  27. PXI Modules Link to Other Standards MXI-3 Stand-alone Instrument PXI System VXI or VME MXI GPIB CompactPCI Modules Modules

  28. 五、虚拟仪器的软件

  29. 用LabVIEW开发的虚拟仪器的软面板示例

  30. 虚拟数字示波器的软面板

  31. 虚拟仪器软件分层结构

  32. 软件平台 • LabVIEW 美国的NI（National Instrument）公司开发。 • LabScene 吉林大学智能仪器与测控技术研究所研制开发。 • 其他：LabWindows，VEE 等

  33. 基于图形的程序 每一个前面板都有一个框图程序与之相对应，它用G语言编写，由节点(Node)、 端口和数据连线(Wire)组成。 节点：类似硬件中的芯片，执行某些功能的单元，它有四类：功能函数、结构、 代码及文本接口节点(CIN)、子VI(SubVI)。 端口：类似硬件中的管脚，是数据在前后面板、节点之间传递的通道。有两类端 口：控制和指示端口、节点端口。 数据连线：它是数据端口之间的数据通道，在线中数据是单向树状流动。

  34. LabVIEW和LabWindows/CVI详细教程可以到www.pansino.com.cnLabVIEW和LabWindows/CVI详细教程可以到www.pansino.com.cn 或 ni.com/china下载

  35. 六、虚拟仪器的应用

  36. 虚拟仪器技术应用领域 • 航空 • 航天 • 教学 • 核工业 • 军工 • 通信测试 • 铁道 • …….

  37. 虚拟仪器的实际应用 ni.com/china

  38. 教学实验（LabVIEW）——虚拟调制解调器

  39. 教学实验（LabScene）——波形分析

  40. 数据采集（LabScene）——基于USB的硬件卡

  41. 工业监测

  42. 实验室应用

  43. 远程地质灾害监测研究 ： 网络化仪器的应用示例

  44. Thank you for your attention !

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