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综合以上的技术，目前所提出的各种方式都仍有其优缺点，但随着时间的进步，这些问题也渐渐的被解决，正如当初的彩色显示器代替了黑白显示器，液晶显示器代替CRT显示器一样，随着显示技术的革新，没有辅助设备的三维显示技术代替平面显示技术将是必然趋势。随着科技的不断发展，相信3D技术会越来越完善，同时给人们提供更美好的视听享受。
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第3章 软件环境介绍
3.1 虚拟仪器的原理及系统
3.1.1 虚拟仪器的概念
虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是日益发展的计算机硬、软件和总线技术向其它相关技术领域密集渗透的过程中，与测试技术、仪器仪表技术密切结合共同孕育出的一项全新成果。20世纪中期，美国国家仪器公司（National Instruments Corporaion，简称NI）首先提出了虚拟仪器的概念，认为虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。如果再做进一步说明，那么虚拟仪器是一种以计算机作为仪器统一硬件平台，充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等基本智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合起来融为一体，这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器一致，同时又充分享用计算机智能资源的全新的仪器系统。由于仪器的专业化功能和面板控件都是由软件形成，因此国际上把这类新型的仪器称为“虚拟仪器”。
作为一种新的仪器模式与传统的硬件化仪器比较，虚拟仪器主要有以下特点：功能软件化、功能软件模块化、模块控件化、仪器控件模块化、硬件接口标准化、系统集成化、程序设计图形化、计算可视化、硬件接口软件驱动化。
3.1.2 虚拟仪器的硬件系统
虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台可以是各种类型的计算机。计算机管理着虚拟仪器的硬软件资源，是虚拟仪器的硬件支撑。计算机技术在显示、存储能力、处理性能、网格、总线标准等方面的发展，推动者虚拟仪器系统的发展。
1.GPIB（General Purpose Interface Bus）通用接口总线
这种接口总线是计算机和仪器间的标准通讯协议。GPIB的硬件规格和软件协议已纳入国际工业标准IEEE488.1和 IEEE488.2。他是最早的仪器总线，目前多数仪器都配置了遵循IEEE-488的GPIB接口。
2.VXI（VMEbus eXtension for Instrimentation ）总线系统
VXI总线系统是VME总线在仪器领域的扩展，它是在1987年VME总线、Eurocard标准和IEE488标准等的基础上，由主要仪器制造商共同定制的开放性仪器总线标准。VXI系统可包含256个装置，有主机箱、零槽控制器、具有多种功能的模块仪器、驱动软件和系统应用软件等组成。系统中各功能模块可随意更换，即插即用组成新系统。
3.PXI（PCI eXtension for Instrimentation）总线系统
PXI总线系统是PCI在仪器领域的扩展。它是NI公司于1997年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范。PXI是在PCI内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。PXI增加了用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于精确定时的星型触发总线，以及用于相邻模块间高速通信的局部总线等。
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4.DAQ（Data AcQuisition）数据采集系统
DAQ数据采集系统是指基于PC计算机标准总线（如ISA，PCI，USB等）的数据采集功能模块。它充分的利用计算机资源，大大地增加了测试系统的灵活性和扩展性。利用DAQ可方便快速的组建基于计算机的仪器，实现“一机多用”。在性能上，随着A/D转换技术、信号调理技术的迅速发展，DAQ的采样速率已达到Gbit/s，并能结合数字I/O、计数器/定时器等通道。在PC计算机上挂接DAQ功能模块，配合相应软件，就可以构成一台具有若干功能的PC仪器。
3.1.3 虚拟仪器的软件系统
虚拟仪器的核心思想是利用计算机的硬件资源和软件资源，使本来由硬件实现的功能软件化（虚拟化），以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性。“软件及仪器”这一口号正是基于软件在虚拟仪器中的重要作用而提出的。VPP系统联盟提出了系统框架、驱动程序、VISA、软面板、部件知识库等一系列VPP软件标准，推动了软件标准化的进程。虚拟仪器的软件框架从底层到顶层包括三部分：VISA库、仪器驱动程序、仪器开发软件。如图3-1所示，表示虚拟仪器软件的结构框架。
1.VISA虚拟仪器软件结构体系
VISA体系结构是标准I/O函数库及其相关规范的总称。一般称这个I/O函数库为VISA库。它驻留于计算机系统中，执行仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器的程控。
2.驱动程序
每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序，仪器厂商以源代码的形式提供给用户。
3.应用软件
应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供直观友好的测控界面、丰富的数据分析与处理功能，来完成自动测试任务。 系统管理
虚拟仪器开发软件
虚拟仪器驱动程序
DAQ接口
DAQ D/A卡 信号
A/D卡 调理器
图3-1 虚拟仪器的软件结构 1.1.4 虚拟仪器的形成
1.测试集成
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现今，无论在实验室生产车间或户外现场对机械设备、电气设备、通讯设备和环境污染或其他对象动态测试时，通常除传感器和信号调理器之外还需多台仪器。对于复杂的测试系统，还需很多其它设备。
为了从根本上改变现行测试系统模式，必须从概念更新入手，建立新型现代测试系统。“测试集成”新概念便是建立全新测试系统的新思想。所谓“测试集成”便是对多种硬件化测试仪的功能进行“集成”，即将众多的测试仪器功能集成在PC机的一个“测试功能软件库”中，通过与专用的模块卡和接口搭配，使之在一台PC机中精确无误的实现被集成的测试仪器的全部功能。从而代替其他仪器，大大降低成本。
2．虚拟仪器的形成
传统的硬件仪器，主要由机箱和底盘，插在底盘上的反映仪器功能、性能、精度指标的电子卡和与电子卡有序连接、用以控制仪器的工作状态、调用仪器功能和参数的面板控件等四部分组成。若在计算机的总线插槽内插入模块化数据采集卡，并在测试对象与模块卡之间接入传感器，这样虚拟仪器便可和被测对象进行数据交换和进行测试与分析了。
3．虚拟仪器库的形成
如果在一台PC机内只包含一台虚拟仪器，远不能充分体现虚拟仪器的优点，也没有对PC机进行充分利用。虚拟仪器的一大优点是具有集成性，通过“测试集成”可将多台仪器功能集成在一个“测试功能库”中；同样，也可将多种仪器的面板控件软件化后一一集成于“控件库”中，并使这些仪器的功能软件和控件软件在机内的开发系统中进行软装配、软调试等操作，最后在一台PC机内便形成一个多品种的虚拟仪器库，这时用户便可从仪器库中调用自己需要的仪器或多个仪器。
3.2 LabVIEW的概述
3.2.1 LabVIEW软件的介绍
虚拟仪器（Virtual Instrumention）是基于计算机的仪器。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。下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。如图3-2所示。
被信数数 虚拟仪器测号据据 面板 对调采处
象 理 集 理
图3-2 虚拟仪器方案
同时，虚拟仪器技术的四大优势 ：
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1．性能高
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，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。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。
2．扩展性强
NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再圈囿于当前的技术中。得益于NI软件的灵活性，只需更新您的计算机或测量硬件，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您的整个系统。在利用最新科技的时候，您可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。
3．开发时间少
在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架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，使您轻松地配置、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。
4．无缝集成
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地趋于复杂，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。NI的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个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。
虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。
虚拟仪器的起源可以追朔到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。
普通的PC有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统。性能不太高，目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的VXI机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的PXI标准仪器。
虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前使用较多的是IEEE488或GPIB协议。未来的仪器也应当是网络化的。
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。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485
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