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(dāng)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(rèn)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)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(jì)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(dāng)?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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)儀器。

虛擬儀器研究的另一個問題是各種標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(biāo)/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(dāng)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(rèn)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。