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文檔簡介
虛擬儀器9.1虛擬儀器簡介
“軟件即儀器”(Thesoftwareistheinstrument)
“軟件化儀器”被稱為虛擬儀器(VirtualInstrument,VI)虛擬儀器是一種以計算機作為儀器統(tǒng)一硬件平臺,充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調(diào)用、顯示以及文件管理等基本智能化功能,同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化,使之與計算機融為一體,這樣便構(gòu)成了一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器一致,同時又充分享用計算機智能資源的全新的儀器系統(tǒng)。
虛擬儀器結(jié)構(gòu)圖9.2虛擬儀器硬件系統(tǒng)
虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)9.2.1基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器結(jié)構(gòu)9.2.2基于GPIB總線方式的虛擬儀器9.2.3基于VXI總線方式的虛擬儀器VXI總線(即IEEE1155總線)是一種高速計算機總線—VME總線在儀器領(lǐng)域的擴展。VXI總線具有標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強,最高可達40MBps,定時和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的特點,因此得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過10多年的發(fā)展,VXI系統(tǒng)的組建和使用越來越方便,尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。然而,組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器,造價比較高,其推廣應(yīng)用受到一定限制,主要應(yīng)用集中在航空、航天等國防軍工領(lǐng)域。目前這種類型也有逐漸退出市場的趨勢。9.2.4基于PXI總線方式的虛擬儀器PXI軟件機械電氣PXI規(guī)范體系結(jié)構(gòu)9.3虛擬儀器軟件系統(tǒng)
美國國家儀器(NI)公司提出了”軟件即儀器”的口號。虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)(VirtualInstrumentationSoftwareArchitecture,VISA)是VPP(VXIPlug&Play)系統(tǒng)聯(lián)盟制定的I/O函數(shù)庫及其相應(yīng)規(guī)范的總稱,一般稱這個I/O函數(shù)庫為VISA庫。9.3.1輸入/輸出(I/O)接口軟件虛擬儀器的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)VISA的結(jié)構(gòu)模型1.儀器驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)模型(1)虛擬儀器驅(qū)動程序的外部接口模型(2)虛擬儀器驅(qū)動程序的內(nèi)部接口模型2.儀器驅(qū)動程序的函數(shù)體規(guī)范(1)儀器驅(qū)動器函數(shù)命名規(guī)則(2)儀器驅(qū)動器的必備函數(shù)(初始化函數(shù)、復(fù)位函數(shù)、自檢函數(shù)、錯誤查詢函數(shù)、錯誤消息函數(shù)、版本查詢函數(shù)、關(guān)閉函數(shù))(3)可選的儀器驅(qū)動器函數(shù)9.3.2虛擬儀器驅(qū)動程序9.3.3應(yīng)用軟件及開發(fā)環(huán)境
虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境是設(shè)計虛擬儀器所必需的軟件工具。目前的虛擬儀器軟件開發(fā)工具主要有如下三類:一是文本式編程語言如Visualc++、VisualBasic、LabWindows/CVI等;二是圖形化編程語言如LabVIEW、HPVEE等;三是零編程開發(fā)系統(tǒng),代表性的是VMIDS框架協(xié)議系統(tǒng)。1.LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentationEngineeringWorkbench,實驗室虛擬儀器集成環(huán)境)是一種圖形化編程語言(G語言),是美國國家儀器公司的軟件產(chǎn)品,是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。2.LabWindows/CVI是一個完全的標(biāo)準(zhǔn)C開發(fā)環(huán)境,用于開發(fā)虛擬儀器應(yīng)用系統(tǒng)。LabWindows/CVI提供內(nèi)置式函數(shù)庫用于完成數(shù)據(jù)采集、分析、和顯示任務(wù);它還提供簡單的拖放式用戶界面編輯器以及自動代碼生成工具。利用這些功能,您可以在將代碼加入到某項目之前,先對其進行互動式的測試。3.文本式編程VB
和VC作為可視化開發(fā)工具有著友好的界面、豐富的API
應(yīng)用程序接口函數(shù),簡單、易用、實用性強,并且與MicrosoftAccess、Word
及Excel
等軟件無縫連接,因而是一個良好的構(gòu)筑虛擬儀器的平臺。但是由于它們對開發(fā)人員的編程能力和對儀器硬件的掌握要求很高,開發(fā)周期長,且軟件移植和維護也不容易。因此這種編程方式將會逐步為可視化編程工具所代替。9.4虛擬儀器應(yīng)用舉例9.4.1回轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速、振動、軸心軌跡的測量多功能轉(zhuǎn)子實驗臺傳感器安裝示意圖1.轉(zhuǎn)子實驗臺底座振動測量實驗
加速度和速度傳感器振動測量2.實驗臺轉(zhuǎn)速測量9.4.2
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