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为仪器硬件平台,包括符合RS-232/RS422标准的PLC和单片机系统。第三,基于通用接口总线GPIB接口的虚拟仪器,是以GPIB接口仪器、GPIB接口卡及PC机为仪器硬件平台,GPIB仪器具有独立的仪器操作界面,可以脱离计算机使用,也可以通过标准GPIB电缆连接计算机实施-2-:..程序控制。第四,基于VXI仪器的虚拟仪器,是以VXI(VMEbusextensionforinstrumentation)标准总线仪器模块及PC机为仪器硬件平台,由主机箱、控制器和仪器模块构成。VXI控制器包括嵌入式PC控制、嵌入式工作站控制器和外置工作站控制器,可根据测试功能的不同要求来选用。第五,基于PXI仪器的虚拟仪器,它是以PXI(PCIextensionforinstrumentation)标准总线仪器模块及PC机为仪器硬件平台,PXI总线方式是在PCI总线内核技术上增加多板同步触发总线和参考时钟技术规范和要求形成。标准的PXI模块化仪器系统有8个插槽,pactPCI交互操作,可与GPIB或VXI集成,组成大规模、多用途系统。第六,基于现场总线设备的虚拟仪器,是以Fieldbus标准总线仪器及PC机为仪器硬件平台。无论上述哪种形式的虚拟仪器,都是通过应用软件将仪器的模块化功能硬件与各类计算机相结合的,其中基于GPIB、VXI、PXI的方案主要适合构成大型高精度集成测试系统;PCI-DAQ/PCI、串行口方案主要适合构成普及型的廉价测试系统;现场总线方案主要适合构成大规模的网络测试系统。如测试任务需要,也可将上述几种方案结合构成混合测试系统。。虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的,所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点,包括功能卓越的处理器和文件I/O,使用户在数据高速导入磁盘的同时,就能实时进行复杂的分析。此外,不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。。得益于NI软件的灵活性,只需更新计算机或测量硬件,就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进用户的整个系统。在利用最新科技的时候,用户还可以把它们集成到现有的测量设备,最终以较少的成本加快产品上市时间。。在驱动和应用两个层面上,高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通信方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件架构的初衷就是为了方便用户的操作,同时还提供了灵活性和强大的功能,使用户轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。。虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断趋于复杂,工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求,而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口,帮助用户轻松地将多-3-:..个测量设备集成到单个系统,减少了任务的复杂性。,以美国国家仪器公司(NI公司)为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言,已作为各大学理工科学生的一门必修课程。美国的斯福坦大学的机械工程系要求三、、GPIB通用接口总线、VXI总线,以及已经被PC机广泛采用的USB串行总线和IEEE1394总线(即Firewire,也叫做火线)。世界各国的公司,特别是美国NI公司,为使虚拟仪器能够适应上述各种总线的配置,开发了大量的软件以及适应要求的硬件(插件),可以灵活的组建不同复杂程度的虚拟仪器自动检测系统。传统仪器有复杂的工艺问题和知识产权问题,发达国家的传统仪器市场已具有相当规模。而虚拟仪器是一个全新的领域,大力发展虚拟仪器技术可以略过传统仪器的发展阶段,迅速进入虚拟仪器发展阶段,与国外大公司处于同一起跑线,形成跨越式发展。目前,虚拟仪器技术在中国越来越受到人们重视,研究高潮方兴未艾,应用范围越来越广,虚拟仪器技术必然会有突飞猛进的发展。“软件即仪器”,引发了仪器概念的革命性改变,而随着计算机通讯技术的发展,虚拟仪器逐渐向网络化方向发展,研究人员又提出了“网络即仪器”的概念。降低仪器支持和维护成本的技术,将成为虚拟仪器市场的主流技术之一。随着个人电脑的小型化,虚拟仪器也将朝小型化、大众化方向发展,将会出现个人能随身携带的分析仪器,打造出个人“拎着走的实验室”。复用是成熟工程领域的一个基本特征,使用经过时间检验的标准零部件,可使常规的设计问题直接利用现成的解决方案来解决,避免了项目开发时的重复设计,从而大幅度地降低开发成本,提高生产效率和产品质量。虚拟仪器系统的设计也正在朝着这个方向发展。随着自动化系统的设计复杂化、大型化和智能化,虚拟仪器软件的设计可复用性、较好的稳定性、对应用对象的宽适应性和用户的可维护性,已是工业控制领域的重要研究方向,虚拟仪器构件库的建立、构件自动组装工具的开发,能够使普通用户组装出符合要求的虚拟仪器系统。-4-:..,LabVIEW是一种程序开发环境,由美国国家仪器(NI)公司研制开发的,类似于C和BASIC开发环境,但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式。,主要包括数据采集、控制、数据分析、数据表示等功能。它提供一种新颖的编程方法,即以图形方式组装软件模块生成专用仪器。LabVIEW由面板、流程方框图、图标/连接器组成。其中,面板是用户界面,流程方框图是虚拟仪器源代码,图标/连接器是调用接口。流程方框图包括输入/输出部件、计算部件和子虚拟仪器部件,它们用图标和数据流的连线表示;I/O部件直接与数据采集板、GPIB板或其它外部物理仪器通信;计算部件完成数学或其它运算与操作;子虚拟仪器部件调用其它虚拟仪器。:、易学易用。与VisualC++、VisualBasic等计算机编程语言相比,图形化编程工具LABVIEW有一个重要的不同点:不采用基于文本的语言产生代码行,而使用图形化编程语言G编写程序;产生的程序是框图的形式,用框图代替了传统的程序代码。因而可在很短的时间内被掌握并应用到实践中去,特别适合硬件工程师、实验室扶术人员、生产线工艺技术人员的学****和使用。。LABVIEW的功能并没有因图形化编程而受到限制,依然具有通用编程系统的特点。LABVIEW有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。该函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。LABVIEW也有传统的程序调试工具,如设置断点、以动画方式显示数据及其通过程序的结果、单步执行等,便于程序的调试。LABVIEW的动态连续跟踪方式,可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况,比其他语言的开发环境更方便、更有效。。-5-:..LABVIEWLABVIEW中使用的基本节点和函数等就是一个个小的模块,可以直接使用;另外,由LABVIEW编写的程序——即虚拟仪器模块(VirtrualINSTRUMENT,VI),除了作为独立程序运行外,还可作为另一个虚拟仪器模块的子模块(即子VI)供其他模块程序使用。,在LabVIEW中调试是十分方便的。在LabVIEW的运行环境中,有一种特有的调试手段,它可以实时显示数据流,它可使用户更加清楚地观察程序运行的每一个细节,为查找错误,修改和优化程序提供了有效的手段和依据。下面简要介绍一下LabVIEW程序的调试技术。,则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头,表示程序不能被执行。点击箭头,LabVIEW将弹出错误清单窗口,点击其中任何一个错误,选用Find功能,则出错的对象就会变成高亮。,这个按钮叫“高亮执行”按钮。点击这个按钮使该按钮图标变成高亮形式,再点击运行按钮,VI程序就以较慢的速度运行,没有被执行的代码用灰色显示,执行后的代码用高亮显示。,我们可使框图程序逐个节点地执行。使用断点工具可以在程序的某一地点中止程序执行,用探针或单步方式查看数据。。从Tools工具模板选择探针工具,再用鼠标左击希望放置探针的连接线。-6-:..(示波管,其基础是电子枪)电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。,但所有的示波器所具有的基本结构都相同,大致可分为:示波管(又称阴极射线管)、X轴放大器和Y轴放大器(含各自的衰减器)、锯齿波发生器等,见图2-1所示。Y轴放大Y输入与衰减1K扫描信号2触发外触发X轴放大同步发生器与衰减器x-yX输入直流电源图2-,它主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分,这三部分全部被密封在高真空的玻璃外壳内(如图2-2所示)。电子枪有灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极共五部分组成。灯丝通电后加热表面涂有氧化物的金属圆筒(即阴极),使之发射电子。控制栅极是一个套在阴极外面的金属圆筒,其顶端有一小孔,它的电位比阴极低,对阴极发射出来的电子起减速作用,只有初速度较大的电子才可能穿过栅极顶端的小孔,进入加速区的阳极。因此控制栅极实际上起控制电-7-:..电位改变飞出栅极的电子数目,飞出的电子数目越多,荧光屏上亮斑就越亮。从栅极飞出来的电子再经过第一阳极和第二阳极的加速与聚焦后打到荧光屏上形成一个明亮清晰的小圆点。偏转系统是由两对相互垂直的电极板组成。电子束通过偏转系统时,同时受到两个相互垂直方向的电场的作用,荧光屏上小亮点的运动轨迹就是电子束在这两个方向运动的叠加。偏转系统阴极YX第一第二灯丝栅极阳极阳极图2-、Y轴电压放大器和衰减器由于示波管本身的X及Y偏转板的灵敏度不高(~1mm/V),当加在偏转板上的信号电压较小时,电子束不能发生足够的偏转,屏上的光点位移较小,不便观测。这就需要预先将该小电压通过电压放大器进行放大。衰减器的作用是使过大的电压信号衰减变小,以适应轴放大器的要求,否则放大器不能正常工作,甚至受损。(扫描信号)发生器锯齿波信号发生器的作用就是产生周期性锯齿波信号(图2-3)。将锯齿波信号加在X偏转板上,可以证明,此时电子束打在荧光屏上的亮点将向一个方向作匀速直线运动。经过一个周期后,荧光屏上的亮点又回到左侧,重复运动。如果锯齿波的频率较大,由于荧光材料具有一定的余辉时间,在荧光屏上能看到一条水平亮线。VxT2T3T4T图2-3锯齿波信号-8-:..,即Uy≠0,若X轴偏转板上为零电压信号,则荧光屏上的光点将随着正弦电压信号作正弦振荡。若Y轴上的电压信号频率较快,则屏上只出现一条亮线。要直观地看到正弦波信号随时间的变化波形,必须将屏上光点在X方向(即时间方向)上“拉开”,这就要借助与锯齿波信号的作用。将锯齿波信号加到X偏转板上,此时示波器内的电子束将既要在y方向按正弦电压信号的规律作正弦振荡,又要在x方向作匀速直线运动,y方向的正弦振荡被“展开”,屏上光点留下的轨迹是一正弦曲线。锯齿波信号完成一个周期变化后,屏上光点又回到屏幕的左侧,又准备重复以前的运动。这一过程称为扫描过程,图2-4是这一过程的图解原理。图中假设加在Y偏转板上的电压信号为待测正弦电压信号,其频率与加在X偏转板上的锯齿波信号的频率相同,并将一个周期分为相同的四个时间间隔,Uy和Ux的值分别对应光点在y轴和x轴偏离的位置。将Uy和Ux各自对应的投影交汇点连接起来,即得被测电压波形。完成一个波形后的瞬间,屏上光点立刻反跳回原点,并在荧光屏上留下一条“反跳线”,称为回归线。因这段时间很短,线条比较暗,有的示波器采用措施将其消除。上面所讨论的波形因Uy和Ux的周期相等,荧光屏上出现一个正弦波。当fy=nfx,n=1,2,3,…时,荧光屏上将出现1个、2个、3个、…稳定的波形。图2-,A/D转换,软件编程等一