虛擬儀器(虛擬儀器的介紹)

1.虛擬儀器的介紹

虛擬儀器技術(shù)（Virtual instrument）就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。自1986年問世以來，世界各國的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計周期的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實世界的信號相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾椖啃枰?/p>

2.零基礎(chǔ)學(xué)labview

如果你學(xué)過C語言開發(fā)，那學(xué)習(xí)LabVIEW是相當容易。

簡單的說 無非是把C語言語句用可視化顯示，再加上數(shù)據(jù)流處理模式首先你要下一個LabVIEW在電腦上，建議下2009，至于注冊方法，網(wǎng)上有，注冊機CSDN上也有下至于參考書，其實都一樣，中國的書無非你抄我我抄你，找一本看看前幾張，就是數(shù)組啦 簇啦等基本概念和控件使用，以及子函數(shù)的使用方法等基礎(chǔ)知識，做幾個小例子，有一個禮拜就能完成。之后就用去編實際的程序，一邊練習(xí)一邊學(xué)。

比如你自己可以用LabVIEW編連連看的小外掛啦（就是分割圖像，求像素平均值比較），串口控制單片機啦，按鍵精靈啦 之類的 在應(yīng)用中去學(xué)習(xí) 估計有個1個月，你就可以游刃有余了至于參考書，CSDN上有，你找一找，前面的基礎(chǔ)知識都是一樣的。

3.簡述虛擬儀器技術(shù)及LabVIEW編程課程的認識和理解

虛擬儀器--軟件就是儀器 虛擬儀器， 虛擬示波器， 虛擬儀器技術(shù)， 虛擬儀器軟件， 虛擬儀器開發(fā)， 虛擬儀器組成一、引言當前多媒體計算機、信息高速公路和計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機信息科學(xué)的三個重要發(fā)展方向。

它們相互聯(lián)系、相互促進、共同發(fā)展，已經(jīng)滲透到人們?nèi)粘９ぷ?、生活、學(xué)習(xí)、娛樂的各個方面，逐步地由辦公室、實驗室走向家庭。虛擬現(xiàn)實是多媒體計算機的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，多媒體技術(shù)是虛擬現(xiàn)實的技術(shù)基礎(chǔ)。

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是利用多媒體計算機技術(shù)生成的一個具有逼真的視覺、聽覺、觸覺及嗅覺的模擬現(xiàn)實環(huán)境。用戶可以用人的自然技能對這一虛擬的現(xiàn)實進行交互體驗，而用戶體驗到的結(jié)果--該虛擬現(xiàn)實的反應(yīng)與用戶在相應(yīng)的真實現(xiàn)實中的體驗結(jié)果相似或完全相同。

虛擬現(xiàn)實的概念包括如下三個層次的含義：1、虛擬現(xiàn)實是利用計算機技術(shù)而生成的逼真的實體，人們對該實體具有真實的三維視覺、立體聽覺、質(zhì)感的觸覺和嗅覺。2、人們可以通過自然技能與虛擬現(xiàn)實進行對話，即人的頭、眼、四肢等的各種動作在虛擬現(xiàn)實中的反應(yīng)具有真實感。

3、虛擬現(xiàn)實技術(shù)往往要借助一些三維傳感設(shè)備來完成交互動作，如頭盔式立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維操縱器等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)雖然現(xiàn)在還處于初級階段，但已在科學(xué)可視化、CAD、飛行器/汽車/外科手術(shù)、虛擬儀器等的操作模擬等方面得到了應(yīng)用。

已經(jīng)在航空航天、國防軍事、生物醫(yī)學(xué)、教育培訓(xùn)、娛樂游戲、旅游等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。虛擬儀器（Virtual Instrument--VI）是虛擬現(xiàn)實在儀器儀表領(lǐng)域中的一個重要應(yīng)用，目前已在國際上悄然興起。

虛擬儀器是以多媒體計算機作為基礎(chǔ)，使用圖形界面編程技術(shù)，模擬實際儀器的面板、功能和操作，從而生成完成各種任務(wù)的專用儀器。由于科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，導(dǎo)致了各種功能強大、越來越復(fù)雜的儀器不斷涌現(xiàn)，其中很多儀器都以計算機作為基礎(chǔ)，出現(xiàn)了儀器計算機化的趨勢，其主要表現(xiàn)為：1、硬件與計算機的接口標準化2、硬件軟件化3、軟件模塊化4、模塊控件化5、系統(tǒng)集成化6、程序設(shè)計圖形化7、科學(xué)計算可視化8、硬件接口軟件驅(qū)動化由于計算機軟、硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，加之實際應(yīng)用的需要，使人們對虛擬儀器的興趣越來越濃厚，研制虛擬儀器也成為了現(xiàn)實的可能。

研制虛擬儀器主要源于以下目的：1、節(jié)省儀器開發(fā)的時間和經(jīng)費2、充分利用計算機數(shù)據(jù)處理和分析的功能3、統(tǒng)一儀器的用戶界面4、增強儀器的功能和適用范圍5、集成儀器的需要6、使儀器容易擴展虛擬儀器主要由以下幾部分組成：1、界面控件庫2、數(shù)據(jù)輸入、輸出3、數(shù)據(jù)處理方法庫4、數(shù)據(jù)表示庫5、數(shù)據(jù)存儲與管理6、任意信號發(fā)生7、圖形界面編程環(huán)境界面控件庫中包括一些常用儀器的面板部件，如指示器、計量表、發(fā)光二極管、按鈕、轉(zhuǎn)盤、刻度盤、滑動條等，每個控件都帶有可編程的函數(shù)與屬性。數(shù)據(jù)輸入與輸出是指從外部設(shè)備獲取數(shù)據(jù)進入計算機或從計算機輸出數(shù)據(jù)去控制外部設(shè)備，需要建立與數(shù)據(jù)采集板、串并口、以及其他標準化接口（IEEE-488、GPIB、RS-232、RS-422、SCSI、VXI等）通信的驅(qū)動軟件，從而擴展儀器的適用范圍與應(yīng)用領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)處理方法庫中集中了許多數(shù)據(jù)處理方法，如FFT計算、濾波、建模、參數(shù)估計等，并提供這些處理方法的編程接口，只需把這些方法簡單的組合即可完成各種復(fù)雜的任務(wù)。數(shù)據(jù)表示是指用一定的方式來顯示數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，其中包括數(shù)字顯示、曲線顯示、直方圖、散點圖、二維圖形、三維網(wǎng)格圖形、三維填充圖形、四維圖形、圖象乃至動態(tài)圖形或圖象等，使得數(shù)據(jù)表示十分直觀，易于理解。

數(shù)據(jù)存儲與管理主要是指提供數(shù)據(jù)存儲的格式、數(shù)據(jù)查詢方法、數(shù)據(jù)瀏覽方法等。信號產(chǎn)生是指根據(jù)需要產(chǎn)生任意信號，其中一些標準信號可以用于儀器測試和自檢之用。

圖形編程環(huán)境是指用戶可以任意組合控件與方法，將其聯(lián)接成一個整體，形成專用儀器的工具。利用虛擬儀器用戶可以象搭積木一樣很快生成所需要的各種儀器。

二、現(xiàn)有虛擬儀器與集成環(huán)境舉例1、MATLAB：高性能數(shù)值計算和數(shù)據(jù)分析軟件MATLAB是由美國Mathworks公司研制的高性能數(shù)值計算和數(shù)據(jù)分析軟件。它已經(jīng)成為工程和科學(xué)研究的工業(yè)標準，它具有獨特的用戶交互界面、復(fù)雜的數(shù)值計算、強大的數(shù)據(jù)分析、靈活的科學(xué)圖形、快速的計算、方便的擴展等特點，是高產(chǎn)和創(chuàng)造性科學(xué)研究的首選軟件。

MATLAB的基本功能有：※ 矩陣運算※ 矩陣分解※ 矩陣特征值與特征向量計算※ 信號卷積※ 譜估計※ 復(fù)數(shù)運算※ 一維和二維FFT※ 濾波器設(shè)計與濾波※ 曲線擬合※ 三次樣條擬合※ 貝賽爾函數(shù)※ 非線性優(yōu)化※ 線性方程組求解※ 微分方程MATLAB包括的工具箱有：※ 數(shù)字信號處理工具箱※ 控制系統(tǒng)設(shè)計工具箱※ 系統(tǒng)辨識工具箱※ 自擴展工具箱MATLAB包括的繪圖函數(shù)：※ 直方圖※ 散點圖※ 曲線圖※ 三維網(wǎng)格圖※ 三維填充圖※ 等值線圖※ 極坐標圖形※ X-Y繪圖※ 圖象顯示2、DADiSP：科學(xué)家和工程師的數(shù)據(jù)分析與圖形軟件DADiSP軟件由美國DSP Development Corporation公司研制，主要作為科學(xué)家和工程師用于數(shù)據(jù)分析和圖形。

4.什么是虛擬儀器

第一章 虛擬儀器及LabVIEW入門

1.1 虛擬儀器概述

虛擬儀器（virtual instrumention）是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。

虛擬儀器的主要特點有：

? 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。

? 可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。

? 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。

虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機語言是美國NI公司的LabVIEW。

虛擬儀器的起源可以追朔到20世紀70年代，那時計算機測控系統(tǒng)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展。PC機出現(xiàn)以后，儀器級的計算機化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計算機上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對虛擬儀器和LabVIEW長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認的權(quán)威。

普通的PC有一些不可避免的弱點。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計算機測試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計算機化儀器的一個重要發(fā)展方向是制定了VXI標準，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計算機屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標準的VXI機箱，再與計算機相連，就組成了一個測試系統(tǒng)。VXI儀器價格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的PXI標準儀器。

虛擬儀器研究的另一個問題是各種標準儀器的互連及與計算機的連接。目前使用較多的是IEEE 488或GPIB協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當是網(wǎng)絡(luò)化的。

1.2 LabVIEW是什么？

LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。

圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。

利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。

1.3 LabVIEW的運行機制

1. 3.1 LabVIEW應(yīng)用程序的構(gòu)成

所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），它包括前面板（front panel）、流程圖（block diagram）以及圖標/連結(jié)器（icon/connector）三部分。

5.測控技術(shù)與儀器的專業(yè)基礎(chǔ)知識是什么

測控技術(shù)與儀器專業(yè)以光、機、電、計算機一體化為特色，培養(yǎng)具有現(xiàn)代科學(xué)創(chuàng)新意識、知識面寬、基礎(chǔ)理論扎實、計算機和外語能力強，可從事計算機應(yīng)用、電子信息、智能儀器、虛擬儀器、測量與控制等多領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、企業(yè)管理等多方面的高級工程技術(shù)及經(jīng)營管理人才。同時因為他們專業(yè)知識面寬廣，具有很強的適應(yīng)能力和廣泛的發(fā)展空間，也可從事計量、測試、控制工程、智能儀器儀表、計算機軟件和硬件等高新技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計、制造、開發(fā)和應(yīng)用等工作，轉(zhuǎn)行比較容易。

畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識和能力：

1. 具有較扎實的自然科學(xué)基礎(chǔ)，較好的人文、藝術(shù)和社會科學(xué)基礎(chǔ)及正確運用本國語言、文字的表達能力；

2. 較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領(lǐng)域?qū)拸V的技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，主要包括機械學(xué)、電工電子學(xué)、光學(xué)、傳感器技術(shù)、測量與控制、市場經(jīng)濟及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識；

3. 掌握光、機、電、計算機相結(jié)合的當代測控技術(shù)和實驗研究能力，具有現(xiàn)代測控系統(tǒng)與儀器的設(shè)計、開發(fā)能力；

4. 具有較強的外語應(yīng)用能力；

5. 具有較強的自學(xué)能力、創(chuàng)新意識和較高的綜合素質(zhì)。

主干學(xué)科

儀器科學(xué)與技術(shù)。

主要課程

電工學(xué)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、傳感器原理及應(yīng)用、微機原理及應(yīng)用、控制工程基礎(chǔ)、信號與測試系統(tǒng)、智能機械設(shè)計、數(shù)字化測控技術(shù)、精密儀器設(shè)計、測控電路設(shè)計、智能儀器設(shè)計、微機電系統(tǒng)。

實踐教學(xué)

包括軍訓(xùn)、金工、電工、電子實習(xí)，認識實習(xí)，生產(chǎn)實習(xí)，社會實踐，課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計（論文）等，一般應(yīng)安排40周以上。