1、 1 1 虚拟仪器及 LabVIEW 介绍 1.1 虚拟仪器概述 测量仪器发展至今，大体经历了四代历程，即模拟仪器、分立元件式仪器、 数字化仪器和智能仪器。 由于微电子技术、计算机技术、通信技术、网络技术的高度发展及其在电子 测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新 的仪器结构不断出现，在许多方面已经突破了传统仪器的概念，电子测量仪器的 功能和作用已经发生了质的变化，其中计算机处于核心地位，计算机软件技术和 测试系统更紧密地结合成一个有机整体，导致仪器的结构、概念和设计观点等也 发生了突破性的变化。在这种背景下，美国国家仪器公司（National Instrume
2、nts） 在 20 世纪 80 年代最早提出虚拟仪器（Virtual Instrument）的概念，同时推出了 用于虚拟仪器开发的工程软件包 LabVIEW。NI 公司宣称“The Software is the Instrument” ，即“软件就是仪器” 。在这里，计算机是虚拟仪器的核心设备，该 仪器的功能是通过软件仿真实现的。 它将传统仪器由硬件电路实现的数据分析处 理与显示功能，改由功能强大的计算机来执行，所以计算机是其核心；当计算机 与适当的 I/O 接口设备配置完毕，虚拟仪器的硬件平台就被确定，此后软件就成 为仪器的关键部分，这也是“软件就是仪器”之说的来由。这意味着只要按照测 量
3、原理，采用适当的信号分析技术与处理技术，编制某种测量功能的软件就可构 成该种功能的测量仪器。 虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命， 代表着仪器发展的最新方向和 潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响，同时对改善 高校实验教学仪器设备，提高教学质量也是一个福音。 1.2labview 简介 LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的 编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数 据采集和仪器控制软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界 面使得编程及使用过程都生动
4、有趣。 图形化的程序语言，又称为“”语言。使用这种语言编程时，基本上不写 2 程序代码，取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、 工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。 它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力， 提供了实现仪器编程和数据采 集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以 大大提高工作效率。 像许多重要的软件一样，LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的多种版本。 1.3 虚拟仪器技术 1.3.1 虚拟仪器的定义 虚拟仪器（Virtual Inst
5、rument）是基于计算机的仪器。在计算机和仪器的密 切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是 将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日 益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器的功能也越来越强大， 目前已经出现含 嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操 作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器是基 于通用计算机的测试、测量和控制系统，由于能充分利用计算机的软硬件资源， 因此虚拟仪器具有功能强大、结构灵活和性价比高等特点，可在很大范围内替代 传统仪器。虚拟仪器通常具有一个或多个友好
6、的虚拟面板（人机界面） ，用户可 通过虚拟面板很方便地进行操作。用户可对虚拟仪器的功能和用途进行定义、组 合和扩展，从而更快、更省和更方便的解决测试、测量和自动化的应用问题。 下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。 虚拟仪器由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和应用软件两大部分组成。 信 号 调 理 数 据 采 集 卡 数 据 处 理 虚 拟 仪 器 面 板 被 测 对 象 图 1-1 常见虚拟仪器应用方案 3 1.3.2 虚拟仪器硬件平台 (1) 计算机 它一般为一台 PC 机或者工作站，它是硬件平台的核心。虚拟仪器使用的个 人计算机中，微处理器和总线成为最重要的因素。 其中，微处理器的发展是最迅速的，它使虚拟仪器的能力得到极大地提高。 80 年代末制造的虚拟仪器频率分析仪完成一个 1024 点的快速傅立叶变换需要 1 秒钟的时间；今天的系统可以在 1 毫秒内完成同样的运算，速度提高了一千倍。 这意味着，如果以前人们是用虚拟仪器来做快速傅立叶变换观察信号，那么今天 可以利用它进行高速的实时运算，并将之应用于过程控制和其它控制系统中。 总线技术的发展也为提高虚拟仪器的处理能力提供了必
