1、1.5  虛擬儀器技術       通過前面的介紹，相信對虛擬儀器已經有了基本的了解，可能也很想在實際工程中應用一番。但是如何才能得到虛擬儀器呢？要想獲得虛擬儀器的使用通常有兩種途徑：       一是，由專業(yè)的虛擬儀器系統(tǒng)集成商提供，他們具有豐富的、專業(yè)的虛擬儀器開發(fā)技能和經驗。他們會按照你的要求為你專門設計開發(fā)虛擬儀器，并可提供專業(yè)級的維護和升級。這種方式特別適合儀器綜合技術性能要求高，而應用面又比較窄的情況下。    &

2、#160;  二是，采用虛擬儀器技術由自己設計實現(xiàn)，通過學習和實踐將自己塑造成為具有專業(yè)虛擬儀器開發(fā)技能和經驗的開發(fā)者。只要掌握了一定的虛擬儀器技術，就可以按項目要求自行設計虛擬儀器。如果條件成熟，甚至你也可以發(fā)展成為專業(yè)級的虛擬儀器系統(tǒng)集成商。       什么是虛擬儀器技術？本節(jié)將介紹什么是虛擬儀器技術以及虛擬儀器技術和虛擬儀器之間的關系。    1.5.1  虛擬儀器技術概述       首先要說明的是：我們之前所談到的

3、“虛擬儀器”概念和這里所要介紹的“虛擬儀器技術”概念是兩個完全不同的概念。虛擬儀器指虛擬儀器技術的具體應用實例。通俗地講：“虛擬儀器”是“虛擬儀器技術”的產物或結果。虛擬儀器技術指設計實現(xiàn)虛擬儀器的設計方法和高效的開發(fā)環(huán)境和硬件體系架構，包括軟、硬件之間的有效連接，是一整套很復雜的現(xiàn)代技術集合。       事實上，美國NI公司不僅是虛擬儀器概念的創(chuàng)建和提出者，同時還創(chuàng)造、發(fā)明了一整套虛擬儀器設計、制造方法被我們稱之為：虛擬儀器技術。這其中包括一個開放的、靈活的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境以及與軟件平臺相適應的硬件體系架構和管理體系。

4、0;      NI公司良好愿景是：提供完整的與現(xiàn)代科學技術同步發(fā)展的虛擬儀器技術，讓所有科學家和工程師都能夠通過虛擬儀器技術來輕松地參與并主宰工業(yè)自動化測量和應用。簡單的講，采用虛擬儀器技術將降低科學家和工程師在工業(yè)自動化測量和應用方面的門檻。現(xiàn)在，世界上眾多的科學家和工程師借助于NI公司的圖形化系統(tǒng)設計平臺，徹底改變了測試、測量與控制應用程序的設計開發(fā)。無論是否有相關的經驗，工程師和科學家都能夠迅速、高效地連接測量與控制硬件、分析數(shù)據(jù)、共享結果并發(fā)布最新的應用系統(tǒng)。       2

5、0多年來NI公司始終保持著這樣的愿景，從來未發(fā)生過動搖和改變。目前，NI公司也是全球唯一一個即可提供圖形化系統(tǒng)設計開發(fā)平臺，又可提供各種硬件模塊支持的虛擬儀器技術專業(yè)制造、開發(fā)商。這種軟、硬件都來自同一個公司的好處是：軟件和硬件之間是無縫鏈接的，可以充分發(fā)揮和利用軟、硬件的全部技術特性。當然，最大的受益者應該還是它的使用者。       虛擬儀器技術發(fā)展到今天，NI公司的宗旨就是結合現(xiàn)代科學技術不斷的改進和提高虛擬儀器技術，并充分利用各種方式宣傳、指導和推廣虛擬儀器技術的應用。比如：利用網絡資源無償?shù)奶峁┮曨l技術講座、技術文檔（技術白

6、皮書）、實例代碼、開辦社區(qū)論壇等。廣大工程師和科學家充分利用這些資源深入探討、交流虛擬儀器技術實例代碼和應用案例，從而更加促進了虛擬儀器技術的不斷發(fā)展。       NI公司的商業(yè)運作模式是為系統(tǒng)集成商及科學家和工程師提供完整的虛擬儀器技術，并為虛擬儀器技術的應用提供全方位的技術支持。當然，這其中包括一些收費的技術培訓和開發(fā)資質認證工作。換句話說，NI公司在提供虛擬儀器技術的同時，并不參與虛擬儀器系統(tǒng)集成的具體業(yè)務。這完全符合虛擬儀器的基本特點，由用戶來定義或設計虛擬儀器的測量功能。唯一的例外出現(xiàn)在模塊化儀器方面，為展示虛擬儀器特點提

7、供一些應用程序實例。               幾年來，我們通過在圖形化系統(tǒng)設計平臺上不斷進行虛擬儀器設計和開發(fā)的實踐，已經明顯感覺到自身技術實力得到穩(wěn)定地提升。其實，除了努力學習之外，找到一個理想的、適合的工具圖形化系統(tǒng)設計平臺無疑是十分重要的一個因素。       實事求是的講，虛擬儀器技術是一門綜合性很強的工程設計、應用開發(fā)技術，是多種現(xiàn)代科學技術的完美融合。正是有了NI公司所提供的完整的虛擬儀器技術作為全面

8、的支撐，虛擬儀器才有了今天的廣泛應用。       為什么總是在強調NI公司所提供的虛擬儀器技術呢？我們先看看虛擬儀器技術的基本構成。虛擬儀器技術可以簡單的分解為以下幾個主要部分：虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境虛擬儀器硬件體系架構虛擬儀器管理體系架構       世界上有許多公司也在開發(fā)虛擬儀器技術，比如：各種硬件模塊、分析處理軟件等，但是在這三方面作的性能最好的、連接最有效的、系統(tǒng)級的只有NI公司。       NI公司的虛

9、擬儀器技術體系架構請參見圖1.5.1-1。圖中從上至下分別是系統(tǒng)管理軟件、三種不同的開發(fā)語言環(huán)境、眾多的硬件平臺。   圖1.5.1-1      下面就這幾部分內容做以介紹，以期大家能夠對虛擬儀器技術有一個更加深入的了解。  1.5.2  虛擬儀器技術之一虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境       軟件在虛擬儀器中的重要性無須再多說了。軟件指為計算機編寫的程序集合，說到程序也必將涉及到計算機的編程語言。虛擬儀器技術中的軟件開發(fā)環(huán)境應指針對某種計算機語言的

10、程序設計、調試、發(fā)布等一系列編程環(huán)境。       其實，虛擬儀器程序設計，并非一定要局限在使用那種特定的計算機語言上，現(xiàn)有的許多種計算機編程語言，比如：象C+、C、C#、Java、VB、VC 等都可以實現(xiàn)虛擬儀器的程序設計。但是縱觀虛擬儀器的發(fā)展歷史，可以說用于虛擬儀器程序設計的最方便、最好的編程環(huán)境還得說是NI LabVIEW。這早已經獲得業(yè)界的一致公認。  NI LabVIEW       NI LabVIEW是NI公司20多年前推出的一個虛擬儀

11、器軟件開發(fā)環(huán)境，現(xiàn)已發(fā)展現(xiàn)已成為一個符合工業(yè)標準的多平臺、多語言、多用途、一體化的系統(tǒng)級虛擬儀器技術軟、硬件開發(fā)環(huán)境。       這其中包括了LabVIEW 圖形化編程語言在內的虛擬儀器應用項目管理、調試、運行、發(fā)布等等一整套環(huán)節(jié)。          在虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境中，NI Developer Suite（NI 開發(fā)者套件）應該是一個最有效的、開放的、靈活的、適應多種需求的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺。其中包括三種不同的計算機語言環(huán)境：LabVIEW，L

12、abVIEW是NI公司的旗艦產品。是強大、開放、圖形化的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境（也是本書要介紹的主要內容）。由于LabVIEW采用的是圖形化的編程方法，所以無論是否有過編程經驗的工程師或科學家使用它時都可以快速、高效地與測量和控制硬件通信，并進行數(shù)據(jù)分析及處理。LabWindows/CVI，它是一種久經驗證的ANSIC集成開發(fā)環(huán)境，專為習慣使用C語言的工程師和科學家提供用于創(chuàng)建測試和控制應用的全套編程工具。NI LabWindows/CVI兼有ANSIC的耐用性、復用性和特定的工程性能，并適用于于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、分析和用戶界面的開發(fā)。Measurement Studio，是一個專為Visua

13、l Studio 2005、Visual Studio .NET 2003和Visual Studio 6.0使用者設計的集成式套件，它包括用于測試、測量和自動化等應用的大量函數(shù)類和控件。Measurement Studio提供專為工程師們所設計的.NET和ActiveX用戶界面控件、先進的科學分析和為測試應用而優(yōu)化的數(shù)據(jù)采集(DAQ)和儀器控制類庫等，從而大大縮短了應用程序的開發(fā)時間。       Developer Suite中還包括其它核心組件和一些可定制的專業(yè)工具包以及相應的驅動軟件，這部分的內容可以通過NI公司的網站獲得，這

14、里就不多談了。       盡管NI公司為不同的虛擬儀器愛好者提供了不同的虛擬儀器編程環(huán)境LabVIEW，LabWindows/CVI， Measurement Studio，但受于本書的內容所限，我們還是以圖形化化編程語言LabVIEW為表述主體。      LabVIEW       LabVIEW是NI公司的旗艦產品，是一種圖形化的計算機編程語言，這種創(chuàng)新式的編程語言目前已經發(fā)展成為圖形化系統(tǒng)設計平臺。數(shù)百萬工程師和

15、科學家們使用 LabVIEW圖形化編程環(huán)境，借助于直觀的圖標和連線方法來開發(fā)復雜且類似流程圖的測量、測試和控制系統(tǒng)。LabVIEW既能無可比擬地集成了數(shù)千款硬件設備驅動，也能通過上百個內置庫實現(xiàn)高級分析和數(shù)據(jù)的可視化。LabVIEW平臺可在多個目標平臺和操作系統(tǒng)中擴展，所以自1986年推出后便成為行業(yè)領袖。       從最簡單的溫度測量到對全球最大粒子加速器的高速控制，工程師和科學家們使用LabVIEW圖形化系統(tǒng)設計平臺已解決諸多應用難題。此外，用戶還可將新的LabVIEW項目整合于現(xiàn)有系統(tǒng)，因為LabVIEW幾乎能連接任何測量設備

16、與設計工具。   圖-1在LabVIEW中，還包括了以下工具包：NI LabVIEW Signal ExpressDatabase Connectivity 工具包Internet 工具包Report Generation for MS Office  工具包Advanced Signal Processing 工具包Digital Filter Design 工具包PID and Fuzzy Logic 工具包DataFinder 工具包       在實際接觸LabVIEW之前，我們通常

17、將計算機應用劃分為軟件設計和硬件設計兩個體系，即便是在工程設計應用中也基本上是這樣劃分的。虛擬儀器的出現(xiàn)淡化了這兩部分間的界限，因為我們似乎無須再關注如何進行硬件設計，設計的重點已經轉向了軟件設計方面。這對過去一直從事硬件電路設計的工程師而言是一個難以接受的事實，因為他們十分懼怕程序設計工作。可是基于圖形化的編程語言LabVIEW的發(fā)明幫助我們解決了這個問題。這種圖形化的編程方法很適合我們，很適合我們的工程應用工作。特別是它在與硬件模塊（NI的硬件模塊）進行有效連接方面給于了更有力的支持。       在這樣一個平臺下，他們所缺乏的應

18、該只有高效實現(xiàn)測量任務的“想像力”。換句話說，現(xiàn)在他們將關心的重點放在了測量任務的本身，而不是如何實現(xiàn)測量的問題。   1.5.3  虛擬儀器技術之二虛擬儀器硬件體系架構       在虛擬儀器設計中我們似乎已經回避了硬件設計的問題，這是因為NI公司已經把這些工作全部承擔起來了。NI作為全球DAQ技術與市場的領先者，提供了基于各種總線的產品系列（USB, PCI, PCI Express, PXI, PXI Express, wireless, and Ethernet等），并不斷融合最前沿的商業(yè)技術，打造一個“數(shù)據(jù)采集超市”，讓工程師們根據(jù)自身應用需求選擇最適合的一款，實現(xiàn)工程創(chuàng)新！  圖1.5.3-1圖1.5.3-2       實際上，NI提供的硬件產品幾乎涵蓋了所有工業(yè)應用領域。   1.5.4  虛擬儀器技術之三虛擬儀器管理體