（電工理論與新技術(shù)專業(yè)論文）基于labview的實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng).pdf

摘要和目錄 a b s t r a c t a l o n g w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o fc o m p u t e r s c i e n c e ，l a r g e s c a l ei n t e g r a t e d c i r c u i t t e c h n i q u e a n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u e ，t h er e g i o n o fi n s t r u m e n t t e c h n i q u e t a k e s p l a c e e n o r m o u s l y , a n dv i r t u a lm e a s u r e m e n tt e c h n i q u eh a sd e v e l o p e di nt h er e g i o n t h ea p p e a r a n c eo f r e l a t e ds o f t w a r em a k e sv i r t u a li n s t r u m e n t st o r e p l a c et r a d i t i o n a li n s t r u m e n t sg r a d u a l l ya n dt o b e c o m eak i n do f m a i nt r e n di ni n s t r u m e n t a lr e g i o n t h et e c h n i q u eo fw e bb r e a k st h r o u g hr e s t r i c t so ft h et r a d i t i o n a lc o m m u n i c a t i o nm e t h o da n d m a k e sp e o p l em o r ec o n v e n i e n t b yt h e m o d i f i c a t i o no nt h es o f t w a r e ，s o m ed i f f e r e n tv i r t u a l i n s t r u m e n t sc a nb ed e v e l o p e d ，w h i c hi n c r e a s e st h es y s t e mf l e x i b i l i t yg r e a t l y w i t ht h eg r a d u a l o p e n i n go fe l e c t r o n i c sl a b o r a t o r y , t r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tm o d eh a sb e e ni n c o m p e t e n tw i t hl a r g e n u m b e r so fd a t a ，s u c ha su s e ri n f o r m a t i o n ，e x p e r i m e n td a t a w h e nw e b t e c h n i q u ee x p a n d st ot h e r e g i o no fi n s t r u m e n t ，i n f o r m a t i o ns y s t e ma n dm e a s u r e m e n ts y s t e mc a nb el i n k e dw i t hn os e a m ，s o c u r r e n te l e c t r o n i cl a b o r a t o r yc a nb ed e v e l o p e dt ob eak i n do f v i r t a a lw e b l a b o r a t o r y , w h i c hm a k e s t h el i m i t e dr e s o u r c e sc a nb es h a r e df u r t b e s t as e r i e so fv i r t u a li n s t r u m e n th a sb e e nd e s i g n e ds u c c e s s f u l l yb a s e do np c i - 6 0 2 4 ed a q b o a r da n dl a b v i e w7e x p r e s ss o f t w a r et h em a i nw o r ko f m yp r o j e c ti st og e ts o m es o l u t i o no f e x p e r i m e n t a lm a n a g e m e n ts y s t e m ，b a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n t sw i t ht h ec o m b i n a t i o no fd a t a b a s e t e c h n i q u ea n dw e bt e c h n i q u e t h es y s t e mc a nm a n a g eu s e ri n f o r m a t i o na n de x p e r i m e n t a ld a t a e f f e c t i v e l y ，r e c o r dt h ee x p e r i m e n t a lp r o c e s s ，a n dm a k et e a c h e r sr e a dt h er e p o r t sm o r ec o n v e n i e n t t h ea r t i c l e g i v e s t h ed e t a i l e di n t r o d u c t i o n so ft h eh a r d w a r e s y s t e m ，s o f t w a r es y s t e m a n d d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fv i r t u a li n s t r u m e n t w i t has e r i e so fv i r t u a li n s t r u m e n t sb a s e do n l a b v i e w7e x p r e s s ，t h ep r o c e s so fd e s i g n i n gav i r t u a li n s t r u m e n th a sb e e ni n t r o d u c e db r i e f l y t w od i f f e r e n ts c h e m ea n dt h e i r a d v a n t a g e so rd i s a d v a n t a g e sh a v e b e e np r o p o s e dt o r e a l i z e e x p e r i m e n t a lm a n a g e m e n ts y s t e mw i t haa p p l i c a t i o ns e r v e ro f t o m c a ta n dad a t a b a s eo f m y s q l t a k i n ga d v a n t a g eo f n e t w o r kt e c h n i q u ea n dv i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n i q u e ，n e t w o r ke x t e n s i o no f v i r t u a li n s t r u m e n t sc a nm a k em o r er e s o u r c e st ob es h a r e do nt h ew e b a tl a s t ，a u t h o rg i v e st h e d e t a i ls o l u t i o n so f v i r t u a lw e b l a b o r a t o r ya n dp r o p o s e ss o m en o t i c e n e e d e dq u e s t i o n s 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 1 1 虛擬儀器 1 1 1 虛擬儀器技術(shù)的由來(lái) 電子技術(shù)的飛速發(fā)展及其在各方面的廣泛應(yīng)用，對(duì)儀器的“智能”要求越來(lái)越高，儀器 中微機(jī)的任務(wù)不斷加重，儀器在很多方面逐漸向微計(jì)算機(jī)靠攏。此外，隨著微計(jì)算機(jī)和智能 儀器的普及，測(cè)試系統(tǒng)中包含的重復(fù)部件越來(lái)越多，而冗余的部件往往不能容錯(cuò)。因此，需 要統(tǒng)籌地考慮儀器與計(jì)算機(jī)之間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在這種背景下1 9 8 2 年出現(xiàn)了一種新型的、 與p c 機(jī)配合使用的模塊式儀器，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也從傳統(tǒng)的機(jī)架層迭式結(jié)構(gòu)發(fā)展成為模 塊式結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)儀器不同的是，模塊式儀器本身不帶儀器面板，因此必須借助于p c 機(jī)強(qiáng) 人的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立圖形化的“虛擬的”儀器面板，完成對(duì)儀器的控制、數(shù) 據(jù)分析與顯示。這種與p c 機(jī)結(jié)合構(gòu)成的，包含! # 際儀器使用與操作信息軟件的儀器，稱為 “虛擬儀器”。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)介入儀器領(lǐng)域所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類。 1 9 8 6 年，美國(guó)n i 公司( n a t i o n a l i n s t r u m e n t ) 提出了虛擬儀器的概念，提出了“軟什即 儀器”的口號(hào)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由生產(chǎn)廠家定義，用戶無(wú)法改變的局面，從而引起 儀器和自動(dòng)化工業(yè)的一場(chǎng)革命，代表著從傳統(tǒng)硬件為主的測(cè)量系統(tǒng)到以軟什為中心的測(cè)餐系 統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)變。簡(jiǎn)單的說(shuō)，一套虛擬儀器系統(tǒng)就是一臺(tái)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)或。l 作站，配上功 能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件、低成本的硬件( 例如插入式板卡) 及驅(qū)動(dòng)軟件，它們?cè)谝黄鸸餐瓿蓚?統(tǒng)儀器的功能。 從虛擬儀器概念提出至今，有關(guān)虛擬儀器技術(shù)的研究方興未艾。研究人員在虛擬儀器硬 件接口、虛擬儀器軟件及其設(shè)計(jì)方法等方面做了許多有意義的研究工作，并己開發(fā)了許多實(shí) 用的虛擬儀器系統(tǒng)，如 式儀器、總線式儀器、計(jì)算機(jī)化儀器等，其共同點(diǎn)是大多強(qiáng)調(diào)其軟 件面板、虛擬界面、控制環(huán)境以及數(shù)學(xué)模型和軟件方法。典型的虛擬儀器模式可以理解為， 除了信號(hào)的輸入和輸出以外，儀器的其他操作，如測(cè)量、控制、變換、分析、顯示等功能均 由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們依據(jù)某種通用或?qū)Ｓ每偩€標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)約，或以某種接口形式，與計(jì)算機(jī)進(jìn) 行通信，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度和管理的一種數(shù)字化儀器。 最初n i 公司提出的虛擬儀器概念實(shí)際上是一種編程思想，這種思想可簡(jiǎn)單地表述為： 一個(gè)v i 可以由前面板、數(shù)據(jù)流框圖和圖標(biāo)連接端口組成，前面板相當(dāng)丁真實(shí)物理儀器的操 作面板，而數(shù)據(jù)流框圖就相當(dāng)于儀器的電路結(jié)構(gòu)。，隨著現(xiàn)代測(cè)試水平與儀器技術(shù)的發(fā)展，目 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 前虛擬儀器概念已經(jīng)發(fā)展成為- - f e e g , j 新的儀器設(shè)計(jì)思想，成為設(shè)計(jì)復(fù)雜測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試儀器 的主要方法和手段。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)總線技術(shù)有力地促進(jìn)了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，包括高速總 線技術(shù)v x i ( v m e b u se x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n s ) 、p x i ( p c ie x t e n s i o n sf o r i n s t r u m e n t a t i o n s ) 、u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) 、i e e e1 9 3 4 ( f i r e w i r e ) 、基于網(wǎng)絡(luò)的 遠(yuǎn)程測(cè)量技術(shù)、智能虛擬儀器驅(qū)動(dòng)技術(shù)i v i ( i n t e r c h a n g a b l ev i r t u a li n s t r u m e n t s ) 等。 采用這些新技術(shù)的測(cè)試儀器，預(yù)計(jì)其技術(shù)性能可比傳統(tǒng)獨(dú)立的臺(tái)式儀器提高1 0 倍以上，而 且系統(tǒng)互換性和互操作性顯著提高。未來(lái)的電子測(cè)試儀器除了擁有更強(qiáng)大和更完善的功能之 外，體積將會(huì)更小，甚至可以移植到被測(cè)試的設(shè)備或電路中去，并且具有自我診斷、自我校 準(zhǔn)和自我感知的能力。 1 9 8 6 年l o 月，美國(guó)n i 公司推出了圖形化虛擬儀器專用開發(fā)平臺(tái)l a b v i e w ，它采用獨(dú)特 的圖形化編程方式，編程過(guò)程簡(jiǎn)單方便，是目前晟受歡迎的虛擬儀器主流開發(fā)平臺(tái)。在軟件 上，為了兼顧其他高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)者的習(xí)慣，n i 還推山了l a b w i n d o w s c v i 、c o m p o n e n t w o r k s 笛交互式開發(fā)平臺(tái)。經(jīng)過(guò)1 8 年的發(fā)展，n i 公司從止式發(fā)布l a b v i e wi 0 到目前的l a b v i e w 7 1 ，幾乎不到兩年就推出一個(gè)新版本，可見虛擬儀器技術(shù)進(jìn)步的迅速。美國(guó)h p 公司的h p v e e 、t e k t r o n is 公司的e zt e s t 和t e kt n s 以及美國(guó)h e md a t a 公司的s n a p m a r t e r 平臺(tái)軟 件，也是國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。目前，虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)在軍事、航空、航 天、通信、測(cè)試與測(cè)量、現(xiàn)代汽車、半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)等世界范圍的眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)f | = j ， 如圖1 所示。 圈i 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 1 1 2 虛擬儀器定義 所謂虛擬儀器，是指在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義t 具有虛擬 面板，其儀器的大部分測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。儀器的面板由顯示 在計(jì)算機(jī)上的軟面板來(lái)代替，信號(hào)的獲取和信號(hào)的分析、處理、存儲(chǔ)及打印等功能完全由軟 2 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式 表達(dá)輸山檢測(cè)結(jié)果：利用計(jì)算機(jī)的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理：利用i o 接口通信設(shè)備完成信號(hào)的采集與傳輸，最終完成各種測(cè)試功能”1 。 1 1 3 虛擬儀器的發(fā)展前景 虛擬儀器作為現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的方向，己迅速成為一種新的產(chǎn)業(yè)，尤其在發(fā)達(dá)國(guó)家中 發(fā)展更快，其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用已經(jīng)十分普及。美國(guó)是虛擬儀器的誕生地，也是全球最大的 虛擬儀器制造國(guó)。到1 9 9 4 年底，虛擬儀器制造廠已達(dá)9 5 家，共生產(chǎn)l o o o 多種虛擬儀器產(chǎn) 品，銷售額達(dá)2 9 3 億美元，占整個(gè)儀器銷售額7 3 億美元的4 。到1 9 9 6 年，虛擬儀器己 在儀器儀表市場(chǎng)中占有l(wèi) o 的份額。生產(chǎn)虛擬儀器的主要廠家n i 、h p 等公司，這些公司生 產(chǎn)有數(shù)百個(gè)型號(hào)的虛擬儀器產(chǎn)品。同時(shí)，虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形化編程語(yǔ)言，在美國(guó)已作為 各人學(xué)理工類專業(yè)學(xué)生的一門必修課程。 國(guó)內(nèi)虛擬儀器研究的起步較晚，最早的研究也是從引進(jìn)消化n i 的產(chǎn)品開始。但從9 0 年代開始，國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)相繼開展了虛擬儀器系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作，如：哈爾濱一l 業(yè)人 學(xué)、重慶大學(xué)、國(guó)防人學(xué)、成都電子科技大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)等，止在積極開展虛擬儀器的 研究工作，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬儀器軟什平臺(tái)，并開發(fā)相應(yīng)的虛擬儀器設(shè)備。國(guó)家 自然科學(xué)基金委員會(huì)已將虛擬儀器研究作為現(xiàn)代機(jī)械t 程科學(xué)前沿學(xué)科之一，并被列為“十 五”期間優(yōu)先資助領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，未來(lái)的幾年內(nèi)，我國(guó)將有5 0 的儀器為虛擬儀器。 不久，我國(guó)將會(huì)有大批的企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。隨著 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各種有關(guān)虛擬儀器開發(fā)軟件不斷誕生，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè) 試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。 1 1 4 虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 虛擬儀器技術(shù)就是基于p c 技術(shù)的、用戶自定義的測(cè)試和測(cè)量解決方案，其4 大優(yōu)勢(shì)在 于：性能強(qiáng)性價(jià)比高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間短，以及出色的集成功能”1 。 性能強(qiáng)性價(jià)比高 以軟件為主的測(cè)量系統(tǒng)，充分利用了常用臺(tái)式計(jì)算機(jī)及工作平臺(tái)的計(jì)算、顯示和互聯(lián)網(wǎng) 等的強(qiáng)人功能。雖然p c 機(jī)和集成電路技術(shù)在過(guò)去的2 0 年里有著顯著的發(fā)展和提高，但是， 軟件才是在功能強(qiáng)大的硬件基礎(chǔ)上創(chuàng)建虛擬儀器系統(tǒng)的真止關(guān)鍵所在。虛擬儀器是在p c 技 術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本和維護(hù)成本，而且完全“繼承”了以現(xiàn) 3 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 成即用的p c 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能強(qiáng)大的處理器和文件i o ，在數(shù) 據(jù)導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。隨著數(shù)據(jù)傳輸?shù)接豺?qū)功能的不斷加強(qiáng)，以及 與p c 總線的結(jié)合，高速數(shù)據(jù)記錄已經(jīng)較少依賴人容量的本地內(nèi)存。以一臺(tái)6 0 g 的示波器為 例，在采用虛擬儀器技術(shù)的情況下，只要將一臺(tái)基于p c 的數(shù)字轉(zhuǎn)換器放置在p c 機(jī)中，就能 以高達(dá)每秒i o o m b 的速度將數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤。 另外，由于傳送的信號(hào)大多是數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)的處理兒乎是軟什實(shí)現(xiàn)的，從而大大降低 了環(huán)境干擾和系統(tǒng)誤差的影響。 擴(kuò)展性強(qiáng) 虛擬儀器的硬、軟件具有開放性、模塊化、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)。為提高測(cè)試系 統(tǒng)的性能，可以方便地加入一個(gè)通用儀器模塊或更換一個(gè)儀器模塊，而不必購(gòu)買一個(gè)全新的 系統(tǒng)，大大有利于測(cè)試系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。 虛擬儀器改變了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶：j 云法改變的模式。系統(tǒng)的功能、規(guī)模等可以 根據(jù)用戶的需要，通過(guò)軟件的修改、增減，方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其它應(yīng)用連接，為虛擬儀 器加入新的測(cè)量功能，故虛擬儀器可作為許多儀器設(shè)備來(lái)使用。 開發(fā)時(shí)間短 在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)已經(jīng)將其高效的軟件構(gòu)架與計(jì)算機(jī)、 儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起，給用戶提供最方便的、最靈活的操作以及強(qiáng)大 的功能，讓用戶輕松地配置、創(chuàng)建、部署和維護(hù)高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。 另外，由于充分利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，將信號(hào)的分析、顯示、存儲(chǔ)、打印和其它管理集中 交由計(jì)算機(jī)來(lái)處理，完善了數(shù)據(jù)的傳輸、交換等性能，使得組建系統(tǒng)變得更加靈活和簡(jiǎn)單， 增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理能力。 出色的集成 虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù) 雜， 程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，但是這些不同設(shè)備間的連 接和集成總需耗費(fèi)大量時(shí)間，并不是輕易可以完成的。虛擬儀器軟件平臺(tái)為夫部分i o 設(shè)備 提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，例如數(shù)據(jù)采集、視覺、分布式i 0 等等，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)昔設(shè) 備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。 1 1 5 虛擬儀器的硬件系統(tǒng) 虛擬儀器的硬件平臺(tái)一般由兩部分組成：計(jì)算機(jī)和i o 接口設(shè)備。計(jì)算機(jī)，一般為一臺(tái) 4 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 p c 機(jī)或工作站，它是硬件平臺(tái)的核心。i o 接口設(shè)備，它主要完成對(duì)被測(cè)輸入信號(hào)的預(yù)處理 ( 如采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換) 。根據(jù)不同的總線及其相應(yīng)的i o 接口設(shè)備，利用p c 機(jī)總線的 數(shù)據(jù)采集卡版( d a q ) 、g p i b 總線儀器、v x i 總線儀器模塊、p x i 總線儀器和串行總線儀器等， 虛擬儀器硬什系統(tǒng)構(gòu)成方式大致如圖2 所示“1 。 + 1 信號(hào)調(diào)理f + | 數(shù)據(jù)采集卡 h 十，1g ，z e 接口儀器卜 | o p i b 口卡卜 測(cè) | 串行口儀器j p l c | 控 i 一一 1 1p c 機(jī) i 對(duì) 1 。1 似1 儀器 1 1 ll 曲v i e w 軟件平臺(tái)i 象 ii蹦x 1 儀器l 。r -7 。 | 現(xiàn)場(chǎng)總線( f i e l d b m ) 設(shè)備| 呻 f醣采集、d s ，卜+ - 7 l計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)設(shè)備卜， 圖2 虛擬儀器的硬件系統(tǒng) 1 1 5 1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) p c 機(jī)或工作站是虛擬儀器系統(tǒng)的核心，它完成數(shù)據(jù)的處理和結(jié)果的顯示。利用計(jì)算機(jī) 圖形顯示技術(shù)和多媒體技術(shù)，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理推向后臺(tái)，把測(cè)控的結(jié)果用數(shù)字、 曲線、圖象、圖形、聲音等形式提供給用戶。 1 1 5 2 接口硬件設(shè)備 d a q 系統(tǒng) 它是以數(shù)據(jù)采集板、信號(hào)調(diào)理電路及計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的插 式儀器系統(tǒng)，這 種系統(tǒng)采用p c i 或i s a 計(jì)算機(jī)本身的總線，將數(shù)據(jù)卡板插入計(jì)算機(jī)的相應(yīng)插槽中即可，容 易普及使用。 g p i b 系統(tǒng) g p i b 技術(shù)是i e e e 4 8 8 標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段，它的出現(xiàn)使電子測(cè)量由獨(dú)立的 單臺(tái)手1 二操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，典型g p i b 系統(tǒng)有一臺(tái)p c 機(jī)，一塊g p i b 接口卡 和若干臺(tái)g p i b 式的儀器通過(guò)g p i b 電纜連接而成。g p i b 測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和操作命令簡(jiǎn)單， 第一幸虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 適合在要求高精度，但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸?shù)那闆r下應(yīng)用。 串口系統(tǒng) 它是以s e r i a l 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為硬什平臺(tái)的系統(tǒng)。包括符合r s 一2 3 2 標(biāo)準(zhǔn)的p l c 系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)。 v x i 系統(tǒng) 它是以v x i 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)的系統(tǒng)。v x i 總線是高速計(jì)算機(jī) 總線v m e 總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。由于它具有標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí) 和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持等優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。 p x i 系統(tǒng) p x i 總線在p c i 總線內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步 觸發(fā)總線的參考時(shí)鐘、用于精確定時(shí)的星形觸發(fā)總線以及用丁相鄰模塊的高速通訊的局部總 線。標(biāo)準(zhǔn)的p x i 模塊化儀器系統(tǒng)有8 個(gè)插槽，還可與c o m p a c t p c i 交互操作，可與g p i b 或 v x i 集成，組成大規(guī)模、多用途的系統(tǒng)。 1 1 6 虛擬儀器的軟件系統(tǒng) 虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)主要包含兩個(gè)層次：用戶應(yīng)用程序和接口程序其中接口程序是 聯(lián)系用戶應(yīng)用程序和底層硬件設(shè)備的基礎(chǔ)。每一種接口程序都是為了提高編程靈活性和數(shù)據(jù) 吞吐鼉而設(shè)計(jì)的。不管儀器使用的計(jì)算機(jī)或者操作系統(tǒng)是什么，最終編寫的用戶應(yīng)用程序都 是可移植的。 當(dāng)給定計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和必需的儀器硬件平臺(tái)后，構(gòu)造和使用虛擬儀器的關(guān)鍵是應(yīng)用 不同軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。虛擬儀器的應(yīng)用軟件包含以下四個(gè)方面：集成的開發(fā)環(huán)境、儀器 的硬件接口和虛擬儀器的用戶界面、儀器數(shù)據(jù)庫(kù)。虛擬儀器最核心的思想：是如何利用計(jì)算 機(jī)的軟件和硬件資源，使得硬件拄術(shù)軟件化和虛擬化，晟大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng) 的功能和靈活性”1 。虛擬儀器軟件系統(tǒng)框架從底層到頂層包括三個(gè)部分：v i s a 庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng) 程序、應(yīng)用軟件，如圖3 所示。 第一章虛捌儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 圖3 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu) l _ l - 6 1v i s a 庫(kù) v i s a ( v i r t u a li n s t r u m e n t a t i o ns o f t w a r ea r c h i t e e t u r e ) 庫(kù)實(shí)質(zhì)就是標(biāo)準(zhǔn)的i o 函 數(shù)庫(kù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱，一般稱這個(gè)i o 函數(shù)庫(kù)為v i s a 庫(kù)。它駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中， - 執(zhí)行儀器總線的特殊功能，是計(jì)算機(jī)與儀器之間的軟件層連接，用來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的控制。對(duì)丁 儀器驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)者來(lái)說(shuō)，v i s a 庫(kù)是一個(gè)可調(diào)劇的操作函數(shù)庫(kù)或集合。 1 1 6 2 儀器驅(qū)動(dòng)程序 儀器驅(qū)動(dòng)程序是完成對(duì)某一特定儀器的控制與通信的軟件程序集合，是連接上層應(yīng)用軟 件和底層輸入輸出( i o ) 軟件的紐帶和橋梁。每個(gè)儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動(dòng)程序，儀 器廠商將其以源碼的形式提供給用戶，用戶在應(yīng)用程序中調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)程序。 1 1 6 3 應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動(dòng)程序上，主要包括儀器面板控制軟件和數(shù)據(jù)分析處理軟件，完 成利h j 計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形功能實(shí)現(xiàn)虛擬儀器面板，給用戶提供操作儀器、顯示數(shù)據(jù)的人機(jī)接 口，及數(shù)據(jù)采集、分析處理、顯示、存儲(chǔ)等任務(wù)。 虛擬儀器的應(yīng)用軟件由f i = f j 戶編制，可采用各種編程軟件，如c 、b a s i c 、d e l p h i 等。在 當(dāng)今這個(gè)信息時(shí)代提高軟件編程效率的關(guān)鍵是采用面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，可視化編程語(yǔ)言 環(huán)境v i r t u a lc + + 、v i r t u a lb a s i c 的推出，在軟件開發(fā)上邁出了可喜的一步。目前?；?c 語(yǔ)言的l a b w i n d o w s c v i 、加載在v i r t u a lb a s i c 下的c o m p o n e n tw o r k s 以及e l e c t r o n i c s w o r k b e n c hv 4 0 和v is u a l l a b 等，都使v c 和v b 成為強(qiáng)大的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。此外，n i 公司還和m i c r o s o f t 合作開發(fā)了m e a s u r e m e n ts t u d i o ，專門為熟悉v b 或v c + + 語(yǔ)言的“| _ ：程技 術(shù)人員所設(shè)計(jì)的，用戶可以根據(jù)自己的需要選用v b 或v c + 十。m e a s u r e m e n ts t u d i o 集成了開 發(fā)虛擬儀器所需的控件對(duì)象、過(guò)程、方法或函數(shù)，這為具有v b 或v c 編程經(jīng)驗(yàn)的用戶開發(fā)慮 擬儀器提供了極人的方便”1 。同時(shí)。l a b v i e w 、h p v e e 等g 語(yǔ)言的推出也使得虛擬儀器開發(fā)更 加簡(jiǎn)單易行。 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀鼓發(fā)展 虛擬儀器軟件的一個(gè)關(guān)鍵要求是能開發(fā)可重用的代碼模塊，并允許用戶從其它代碼模塊 中分級(jí)調(diào)用。 1 2 應(yīng)用軟件解決方案 1 2 1v i s u a lc + + 環(huán)境下的虛擬儀器軟件設(shè)計(jì) v i s u a lc 十十提供了能使高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混臺(tái)編程的編譯系統(tǒng)，使得編程人員對(duì)接口 軟什的開發(fā)較為方便【7 】。而且，用c + + 編寫的接口軟件能夠不作任何修改地被其它任何語(yǔ)言 編弓的用戶應(yīng)用程序所調(diào)用，這非常有利于用戶應(yīng)用程序的開發(fā)，也便于接口軟件的維護(hù)與 升級(jí)。c + + 與其他高級(jí)語(yǔ)言有良好的接口，便于程序間的相互調(diào)用。 以數(shù)據(jù)采集 為例，簡(jiǎn)述v i s u a lc + + 環(huán)境下的虛擬儀器軟件設(shè)計(jì)原理，如圖4 所示： 接口程序 用戶應(yīng)用程序 圖4 虛擬儀器軟件總體計(jì)框圖 數(shù)據(jù)采集模塊的主要任務(wù)是獲取初始化采樣 、給定采樣昔基址、定義控制字節(jié)，然后 啟動(dòng)采集，對(duì)數(shù)據(jù)口進(jìn)行讀、寫操作，最后將采集的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)管理模塊。 數(shù)據(jù)管理模塊接受來(lái)自a d 采樣昔或采樣數(shù)據(jù)文件的采樣數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和 變換后送入虛擬儀器模塊，經(jīng)過(guò)處理后的采樣數(shù)據(jù)如何顯示的任務(wù)交給虛擬儀器模塊的來(lái)完 成。 虛擬儀器模塊對(duì)應(yīng)于具體的虛擬儀器。 1 2 2v i s u a lb a s i c 環(huán)境下的虛擬儀器軟件設(shè)計(jì) v i s u a lb a s i c 是一種具有很好圖形用戶接口( g u i ) 的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，同時(shí)又是一種完全 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，綜合運(yùn)用了b a s i c 語(yǔ)言結(jié)構(gòu)化特點(diǎn)及g u i 可視 化設(shè)計(jì)t ：具，各種控制器、f 拉式菜單、窗口、對(duì)話框等，非常適合虛擬儀器前面板的設(shè)計(jì) 開發(fā)。 v b 提供了豐富的a p i ( 應(yīng)用程序接口) 函數(shù)。數(shù)據(jù)的采集由硬件完成，通過(guò)接口程序 在v b 下形成數(shù)據(jù)文什，運(yùn)用各種不同的數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后利用v b 豐 r 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 富的繪圖功能在虛擬界面上顯示動(dòng)態(tài)波形。 1 2 3基于a c t i v e x 控件的虛擬儀器開發(fā) 簡(jiǎn)單地說(shuō)，a c t i v e x 是一種體系結(jié)構(gòu)，它允許使用不同編程語(yǔ)言開發(fā)的軟件組件在網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境中相互操作。a c t i v e x 體系結(jié)構(gòu)使用了m i c r o s o f t 的組件對(duì)象模型及分布式組件對(duì)象模 型標(biāo)準(zhǔn)c o m ，允許不同的組件對(duì)象實(shí)現(xiàn)本地相互交談，而d c o m 則提供在網(wǎng)絡(luò)上對(duì)象 之間的通信4 1 。 a c t i v e x 引入了“軟件組件”的概念。因此，軟件不必再編寫成一個(gè)大型完整且獨(dú)立運(yùn) 行的系統(tǒng)。為了能使軟件完成更大更復(fù)雜的任務(wù)，將其模塊化、獨(dú)立化，這種模塊就是“組 件”。并組件完成特定的任務(wù)，其發(fā)展方向是能跨應(yīng)用程序、跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。組件對(duì) 象技術(shù)徹底改變了目前軟件生產(chǎn)開發(fā)的模式，這種技術(shù)節(jié)省了開發(fā)時(shí)間、資金，使程序的二 次開發(fā)變得更加簡(jiǎn)單高效。 基于軟件組件的概念，將虛擬儀器按功能劃分成若干模塊，如采集模塊、分析模塊、顯 示模塊。將儀器軟面板視作一系列開關(guān)、旋鈕、波形顯示面板等的集合。將各個(gè)實(shí)現(xiàn)不同功 能的模塊創(chuàng)建成a c t i v e x 控件，于是，構(gòu)造虛擬儀器的工作便是按測(cè)試要求將各種a c t i v e x 控件組合在一起的過(guò)程。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)要求改變時(shí)，只需將a c t i v e x 控件重組。這一技術(shù)充分 體現(xiàn)了虛擬儀器不同丁傳統(tǒng)儀器的一些優(yōu)點(diǎn)：用戶自己定義、可重復(fù)利用。 目前，開發(fā)a c t i v e x 控什工具有v b ，v c + + ，d e l p h i 等。利用a c t i v e x 控件可創(chuàng)建基于 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的虛擬儀器。 1 2 4l a b w i n d o w s c v i 下的虛擬儀器開發(fā) l a b w i n d o w s c v i 是n i 公司推出的一套面向測(cè)控領(lǐng)域的軟件開發(fā)平臺(tái)。它以a n s i c 為核 心，將功能強(qiáng)大、運(yùn)用靈活的c 語(yǔ)言平臺(tái)與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)等測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)的結(jié) 合起來(lái)。它的集成化開發(fā)平臺(tái)，交互式編程方法，豐富的控件和庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了c 語(yǔ)言的 功能，使熟悉c 語(yǔ)言的開發(fā)人員在組建檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控 系統(tǒng)時(shí)有一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境。l a b w i n d o w s ，c v i 也是開發(fā)l a b v i e w 驅(qū)動(dòng)程序的最好丁 具l 。 l a b w i n d o w s c v l 本身雖不能提供用于現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)分析和處理技術(shù)的功能函數(shù)和模 塊。但它是一種文本式編程語(yǔ)言，可利用向?qū)ч_發(fā)i v i ( i n t e l l e c t u a lv i r t u a li n s t r u m e n t s ，智能 虛擬儀器) 儀器驅(qū)動(dòng)程序和創(chuàng)建a c t i v e x 服務(wù)器如建立l a b w i n d o w s c v l 與m a t l a b 之間 9 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 的接口，調(diào)用m a t l a b 功能函數(shù)，運(yùn)行m a t l a b 環(huán)境f 的程序，以實(shí)現(xiàn)l a b w i n d o w s c v i 與m a t l a b 的混合編程，同時(shí)，它可以為其它工程開發(fā)c 目標(biāo)模塊、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)( d l l ) 、 c 語(yǔ)言庫(kù)。其次，可生成脫離l a b w i n d o w s c v i 開發(fā)環(huán)境的虛擬儀器，用戶最終看見的是和 實(shí)際的硬件儀器相似的操作面板；l a b w i n d o w s c v l 具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持常用的網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)儀器、遠(yuǎn)程測(cè)控儀器的開發(fā)；對(duì)t 二經(jīng)典數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，l a b w i n d o w s c v l 提供了用丁儀器控制、數(shù)據(jù)采集利分析的交互式a n s i c 編譯軟件包，用于快速樣機(jī)開發(fā)的 代碼生成工具和內(nèi)部編譯器以及包含d a q 、g p i b 、p x l 、v x i 、r s 2 3 2 4 8 5 等各種儀器通訊 總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)。 1 2 5基于g 語(yǔ)言的虛擬儀器軟件設(shè)計(jì) 以上虛擬儀器軟件設(shè)計(jì)方案雖然行之有效但是對(duì)于普通的計(jì)算機(jī)用戶或工程師米說(shuō)， 使用起來(lái)有一定的難度。然而，相應(yīng)的測(cè)試軟件開發(fā)環(huán)境妖期以來(lái)并不理想。用戶花在編制 測(cè)試軟件上的工時(shí)與費(fèi)用相當(dāng)高，即使利用v c 、v b 、d e l p h i 等工具軟件也會(huì)感到開發(fā)周期 偏氏。以圖形化軟件編程方法和集成開發(fā)環(huán)境為標(biāo)志的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境是虛擬儀器技術(shù)研 究?jī)?nèi)容之一。近年來(lái)，各大儀器公司開發(fā)出了許多高效的基于圖形編程的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)， 其中最優(yōu)秀的當(dāng)屬n i 公司的l a b v i e w 和h p 公司的h p v e e ，它們都是面向儀器、檢測(cè)、 t ：業(yè)監(jiān)控的圖形化通用編程語(yǔ)言。 h p v e e 是采用行業(yè)人員所熟悉的圖標(biāo)等圖形化符號(hào)來(lái)代替文本程序語(yǔ)言，把復(fù)雜繁鎖、 費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單、直觀、易學(xué)的圖形編程。與傳統(tǒng)的編程技術(shù)相比，它可節(jié)省 8 0 的編程時(shí)間，程序運(yùn)行速度卻兒乎不受影響。v e e 編程語(yǔ)言還允許調(diào)用v c 、v b 等語(yǔ) 言編寫的程序，具有一定的開放性。h p v e e 提供了四十多個(gè)廠家制造的4 5 0 種儀器驅(qū)動(dòng)程 序庫(kù)，還支持用戶根據(jù)需要用驅(qū)動(dòng)器寫入t 具( d w t ) 編寫新的儀器驅(qū)動(dòng)程序。這些儀器包括 g p l b 儀器、v x i 儀器，用戶可隨意調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)器圖象組成的方框圖，以選擇任一廠家的 任一儀器。h p v e e 還具有一組數(shù)學(xué)運(yùn)算及分析目標(biāo)模塊庫(kù)，如信號(hào)處理、信號(hào)發(fā)生、數(shù)字 濾波、曲線擬合等目標(biāo)模塊。編程時(shí)，只需調(diào)用所需要的驅(qū)動(dòng)器圖象、目標(biāo)模塊等，輸入相 關(guān)參數(shù)，并按人們所熟悉的測(cè)試流程用線條連接起來(lái)，就基本上完成了編程工作嘲。 l a b v i e w 采用數(shù)據(jù)流框圖編程，適合任何編程任務(wù)，也是一種通用編程語(yǔ)言。l a b v i e w 強(qiáng)人的硬什驅(qū)動(dòng)、圖形顯示能力和便捷的快速程序設(shè)計(jì)為過(guò)程控制和j _ = 業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了 優(yōu)秀的解決方案。日前，已經(jīng)成為測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)g p i b 、v x l 、p l c 、 串行設(shè)備和插卡式數(shù)據(jù)采集板構(gòu)成實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它具有工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動(dòng)程序 1 0 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 庫(kù)，同時(shí)還支持通過(guò)i n t e m e t 、a c t i v e x 、d d e 和s q l 等交互式通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使 得復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)變得簡(jiǎn)單易行【”。 1 3 l a b v i e w 簡(jiǎn)介 1 3 1基于圖形的集成化程序開發(fā)環(huán)境 l a b v i e w 是一種基于圖形的集成化程序開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了虛擬儀器的概念，它是一套 專為數(shù)據(jù)采集與儀器控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)而設(shè)計(jì)的圖形化編程軟件，增強(qiáng)了用戶在標(biāo) 準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)上配以高效經(jīng)濟(jì)的硬件設(shè)備來(lái)構(gòu)建自己的儀器系統(tǒng)的能力。l a b v i e w 是一種結(jié) 構(gòu)化解釋型開發(fā)平臺(tái)。結(jié)構(gòu)化是指l a b v i e w 的程序完全支持順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和條件結(jié) 構(gòu)3 種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。同時(shí)又是由模塊化的形式組成的，它的每一個(gè)子程序都稱為一個(gè)v 1 ， 子程序問(wèn)可以互相調(diào)用。所謂解釋型是指用l a b v i e w 開發(fā)的軟件、無(wú)法在w i n d o w s 操作系 統(tǒng)門割安運(yùn)行，所以軟件必須在l a b v i e w 的平1 芻支持r 運(yùn)行，也就是說(shuō)l a b v i e w 不能生 成真正的可執(zhí)行( e x e ) 文件。 1 3 2面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言 l a b v l e w 又是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言一一g 語(yǔ)言，程序代碼是框圖的形式。它像j a v a 或c 等其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言一樣，是一種通用編程系統(tǒng)，具有各種各樣、功能強(qiáng)大的函數(shù) 庫(kù)，包括數(shù)據(jù)采集、g p i b 、串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，甚至還有目前 十分熱門的網(wǎng)絡(luò)功能。 l a b v i e w 具有完善的仿真、調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步等其動(dòng)態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可 以連續(xù)、動(dòng)態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其它語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境調(diào)試更方便、更有 效。與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，l a b v l e w 有一個(gè)特別重要的不同點(diǎn)：其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是字符 代碼行，而l a b v i e w 采用的是圖形化編程語(yǔ)言。對(duì)于熟悉儀器結(jié)構(gòu)和硬件電路的硬件上程師、 現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員及測(cè)試技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，編程就像設(shè)計(jì)電路圖一樣。 另外l a b v l e w 支持多種系統(tǒng)平臺(tái)。在任何一個(gè)平臺(tái)上開發(fā)的l a b v i e w 應(yīng)用程序可直 接移植到其它平臺(tái)上。 1 4v i 程序簡(jiǎn)介 使用l a b v i e w 開發(fā)平臺(tái)編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡(jiǎn)稱為v l 。一個(gè)v i 由交互式用 1 1 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 戶接口、數(shù)據(jù)流框圖和圖標(biāo)連接端口組成，各部分功能如f p j ： 1 v i 的交互式用戶接口與真實(shí)物理儀器面板相似，稱為前面板，如圖5 所示。前面扳 由控制、指示和修飾( d e c o r a t i o n ) 構(gòu)成，可以包含旋鈕、刻度盤、開關(guān)、吲表和其他界面 【：其，允許用戶通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)獲取數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果?？刂剖怯脩粼O(shè)置和修改v i 程序中輸 入量的接口，在某種意義上相當(dāng)于c 語(yǔ)言中的輸入語(yǔ)句s c a r l f ；指示則用于顯示由v i 程序 產(chǎn)生或輸出的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于c 語(yǔ)言中的輸出語(yǔ)句p r i n t f i 修飾的作用僅是將前面板點(diǎn)綴得更 加美觀，并不能作為v i 的輸入或輸出來(lái)使用。 2v i 從數(shù)據(jù)流框圖接收指令。框圖是一種解決編稃問(wèn)題的圖形化方法，如圖6 所示， 事實(shí)上，它就是v i 的程序代碼。每一個(gè)前面板都有一個(gè)框圖程序與之對(duì)應(yīng)。框圖程序由節(jié) 點(diǎn)( n o d e ) 和數(shù)據(jù)連線( w i r e ) 組成。節(jié)點(diǎn)是v i 程序中的執(zhí)行元素，類似于文本編程語(yǔ)言 程序中的語(yǔ)句、函數(shù)或者子程序。節(jié)點(diǎn)之間由數(shù)據(jù)連線按照一定的邏輯關(guān)系相互連接，可定 義框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流運(yùn)動(dòng)方向。 圖5 前面板 圖6 數(shù)攆 流框圖 3 v 1 模塊化特性。一個(gè)v i 既可以作為上層獨(dú)立程序，也可以作為其他程序( 或子程序) 。 當(dāng)一個(gè)v i 作為子程序時(shí)，稱作s u b v l 。v i 圖標(biāo)( 如圖7 所示) 和連接端口( 如圖8 所示) 的功能就像一個(gè)圖形化參數(shù)列表，可以在v i 與s u b v i 之間傳遞數(shù)據(jù)。 第一章虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 圖7v i 圖表 p o l a r i t y 駕r i “s 。i n l g ；：i i ：| ；l l i i l i ：i ：o p “r e 。s h “o 。o “t ( 登) ( ) = 燃f 二卜 ( ) r e f e 州r e n 。c 。e b ”| 5 1 r 葡卸l j v e r s h o o e r r o r e r r o r )i l - , ：, , e r r o ro u t “n ( n o _ 曩l l p e r c e n tl e v e is e t t i n g s - _ 胡t l = = = = = = = = = m e a s u r e m e n t 第二章幕于l a b v i e w 的實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章基于l a b v i e w 的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 2 1 課題研究的內(nèi)容和意義 隨著測(cè)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越復(fù)雜的測(cè)試條件、高度自動(dòng)化的工業(yè)化 大生產(chǎn)迫切需要功能更強(qiáng)大、成本更低廉、系統(tǒng)更靈活的新一代測(cè)試儀器。從模擬技術(shù)向數(shù) 字技術(shù)過(guò)渡、從單臺(tái)儀器向多種功能儀器組臺(tái)過(guò)渡、從完全由硬件實(shí)現(xiàn)儀器功能向軟硬件結(jié) 合方向過(guò)渡、從簡(jiǎn)單的功能組合向以個(gè)人計(jì)算機(jī)為核心的通用虛擬測(cè)試平臺(tái)過(guò)渡、從硬件形 式向軟什包形式過(guò)渡，代表了今后電子測(cè)試儀器的發(fā)展方向。 實(shí)驗(yàn)是大學(xué)理工科教育的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是提高學(xué)生動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)造能力和綜合素 質(zhì)的一個(gè)雖為有效的手段，很多學(xué)科都是以實(shí)驗(yàn)課程為基礎(chǔ)的。缺少了實(shí)驗(yàn)的支持，1 ：科學(xué) 科的科研活動(dòng)就無(wú)法進(jìn)行。然而，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)資源高度密集的系統(tǒng)，這包含三個(gè)方面： 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備需要大量資金的投入。 2 實(shí)驗(yàn)體系的建立和維護(hù)，需要大量的人力成本投入。 3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要大量的教師資源。 在個(gè)人計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前，高校實(shí)驗(yàn)室一般采用功能單一、價(jià)格昂貴的傳統(tǒng)儀器來(lái)供學(xué)生 實(shí)驗(yàn)中使用，投資費(fèi)用較大，儀器的維護(hù)和保養(yǎng)也比較麻煩。隨著高等教育的不斷普及和發(fā) 展，對(duì)丁科專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求進(jìn)一步的提高，加劇了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不足的現(xiàn)狀。目前，在 我國(guó)的不少高等院校中所使用的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，仍然是傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)儀器為主。自2 0 世 紀(jì)9 0 年代以來(lái)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動(dòng)下，以虛擬儀器為標(biāo)志的通用化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化測(cè) 量?jī)x器及測(cè)試系統(tǒng)得到了迅猛發(fā)展，使得測(cè)量?jī)x器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)產(chǎn) 生了深刻的變化。為了改善實(shí)驗(yàn)條件、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)手段、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、 提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的開設(shè)水平，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把虛擬儀器引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng) 成為一種必然趨勢(shì)。 學(xué)校的規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，學(xué)生的數(shù)量相應(yīng)地增加，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的管理是一項(xiàng)比較復(fù)雜的上 作。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)管理模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化管理的需要，手工的數(shù)據(jù)收集和處理顯得非常 凼難。隨著電子實(shí)驗(yàn)室的逐步開放，虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，實(shí)驗(yàn)者不僅僅只局限于在校的 第二章篳于l a b v i e w 的實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本專業(yè)學(xué)生，或只限于在實(shí)驗(yàn)室本地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣，用戶信息的收集和管理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的 管理已經(jīng)不是傳統(tǒng)管理模式所能勝任的工作。因此，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立一套實(shí) 驗(yàn)管理系統(tǒng)是非常必要的。實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化信息系統(tǒng)，對(duì)用戶信息、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，實(shí)時(shí)地記錄用戶的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，方便實(shí)驗(yàn)教師管理實(shí)驗(yàn)、上交實(shí)驗(yàn) 報(bào)告，批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生也可以隨時(shí)隨地( 有計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的地方) 的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn) 室實(shí)現(xiàn)真止意義上的開放。 2 1 1 研究?jī)?nèi)容 1 以l a b v i e w7e x p r e s s 為平臺(tái)開發(fā)山一系列虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，如虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、 虛擬烈通道示波器、虛擬毫伏表、數(shù)字i o 等等。 2 結(jié)合虛擬儀器，用t o m c a t 作為w e b 服務(wù)器，后臺(tái)使用m y s q l 數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)管理 系統(tǒng)的開發(fā)。 2 1 2 方案制定 應(yīng)用程序之間的通信模式主要有三種：客戶機(jī)服務(wù)器( c s ) 模式、瀏覽器服務(wù)器( b s ) 模式利c s b 模式。c s 模式主要由客戶應(yīng)用程序( c 1 i e n