虚拟仪器体验之旅xq课件.ppt

1、虚拟仪器体验之旅虚拟仪器体验之旅xq目 录 一、课程背景介绍一、课程背景介绍 二、虚拟仪器概述二、虚拟仪器概述 1 1、仪器的概念、仪器的概念 2 2、什么是虚拟仪器？、什么是虚拟仪器？3 3、虚拟仪器应用技术的理解、虚拟仪器应用技术的理解 4 4、虚拟仪器的历史、虚拟仪器的历史 5 5、虚拟仪器的功能、虚拟仪器的功能 6 6、虚拟仪器的构成、虚拟仪器的构成 7 7、虚拟仪器的应用（案例演示）、虚拟仪器的应用（案例演示）课程背景介绍课程背景介绍本课程先修（相关）专业基础本课程先修（相关）专业基础虚拟仪器应用技术虚拟仪器应用技术计算机计算机基基 础础电子电子技术技术基础基础传感器传感器测测 试试

2、技技 术术程序程序设计设计语言语言本课程相关专业本课程相关专业PLCMPS单片机单片机虚拟仪器虚拟仪器研华工控研华工控课程教学目标课程教学目标总体目标总体目标1能力目标能力目标2知识目标知识目标3素质目标素质目标4总体目标总体目标通过本课程的学习，使学生建立起通过本课程的学习，使学生建立起虚拟仪器的基本概念，能根据具体虚拟仪器的基本概念，能根据具体的工程应用需求，运用虚拟仪器技的工程应用需求，运用虚拟仪器技术构建基本的数据采集系统，并能术构建基本的数据采集系统，并能调试成功。调试成功。能力目标能力目标熟悉数据采集系统的构建过程，熟悉数据采集系统的构建过程，能根据工程应用的实际需求构建能根据工程

3、应用的实际需求构建数据采集系统。数据采集系统。能熟练使用能熟练使用LabVIEWLabVIEW软件编写基软件编写基本的虚拟仪器程序，并能够调试本的虚拟仪器程序，并能够调试运行。运行。知识目标知识目标理解虚拟仪器的基本概念，掌握理解虚拟仪器的基本概念，掌握LabViewLabView图图形化编程语言的结构设计与各种数据类型形化编程语言的结构设计与各种数据类型掌握虚拟仪器简单程序的设计与调试方法掌握虚拟仪器简单程序的设计与调试方法掌握掌握ELVISELVIS虚拟仪器套件的使用虚拟仪器套件的使用掌握基本文件的管理方法掌握基本文件的管理方法掌握数据采集的相关理论与数据采集系统掌握数据采集的相关理论与数

4、据采集系统方案的设计方案的设计素质目标素质目标通过分组完成项目任务，培养学生团队协作精神，通过分组完成项目任务，培养学生团队协作精神，锻炼学生沟通交流、自我学习的能力锻炼学生沟通交流、自我学习的能力通过项目需求分析与方案论证，培养学生搜集信息、通过项目需求分析与方案论证，培养学生搜集信息、整理信息，发现问题、分析问题、解决问题的能力整理信息，发现问题、分析问题、解决问题的能力通过项目实施、系统调试与答辩，提高学生实践动手通过项目实施、系统调试与答辩，提高学生实践动手能力、观察与创新思维能力、解决问题能力及书面与能力、观察与创新思维能力、解决问题能力及书面与口头表达能力。口头表达能力。通过分组完

5、成项目任务，培养学生团队协作精神，通过分组完成项目任务，培养学生团队协作精神，锻炼学生沟通交流、自我学习的能力。锻炼学生沟通交流、自我学习的能力。本课程教学方式本课程教学方式项目教学项目教学项目四项目四项目三项目三项目二项目二项目一项目一自动流水线检测系统设计自动流水线检测系统设计 交通信号灯控制系统设计交通信号灯控制系统设计 电烤箱温度测控系统设计电烤箱温度测控系统设计 虚拟仪器体验之旅虚拟仪器体验之旅 电气设备性能测试系统设计电气设备性能测试系统设计 自动称重系统设计自动称重系统设计 电路板质量检测系统设计电路板质量检测系统设计 项目五项目五项目六项目六项目七项目七本课程考核方式本课程考核

6、方式项目一项目一 1%1%项目二项目二 21%21%项目三项目三 15%15%项目四项目四 20%20%项目五项目五 10%10%项目六项目六 8%8%项目七项目七 5%5%期末考核期末考核 20%20%孔子：工欲善其事，必先利其器。孔子：工欲善其事，必先利其器。门捷列夫：门捷列夫：科学是从测量开始的。科学是从测量开始的。1、仪、仪 器器仪器发展仪器发展模拟式模拟式仪仪 器器数字式数字式仪仪 器器智能化智能化仪仪 器器虚虚 拟拟仪仪 器器2、虚拟仪器？、虚拟仪器？虚拟仪器是现代仪器技术与计算机技虚拟仪器是现代仪器技术与计算机技术深层次结合的产物。计算机与仪器的密术深层次结合的产物。计算机与仪器

7、的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。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将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓的智能化仪器。另一种方式是将仪器装谓的智能化仪器。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入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托。虚拟仪器主要指这种方式。统为依托。虚拟仪器主要指这种方式。2、虚拟仪器？、虚拟仪器？虚拟仪器（虚拟仪器（Virtual InstrumentVirtual Instrument，简，简称称VIVI）,即是在通用计算机平台上，用

8、户即是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求来定义和设计仪器的测量根据自己的需求来定义和设计仪器的测量功能。其实质是以计算机为基础，配以相功能。其实质是以计算机为基础，配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口口,完成信号的采集、测量与调理完成信号的采集、测量与调理,从而完从而完成各种测试功能的一种计算机化仪器系统。成各种测试功能的一种计算机化仪器系统。2、虚拟仪器？、虚拟仪器？它利用虚拟仪器软件开发平台（例它利用虚拟仪器软件开发平台（例如如labviewlabview，labwindow/CVIlabwindow/CVI），在计算），在计算机的屏幕上形象

9、地模拟各种仪器的面板机的屏幕上形象地模拟各种仪器的面板（包括显示器、按钮、指示灯、旋钮、（包括显示器、按钮、指示灯、旋钮、开关等）以及相应的功能。用户在屏幕开关等）以及相应的功能。用户在屏幕上通过虚拟仪器面板对仪器的操作就如上通过虚拟仪器面板对仪器的操作就如同在真实仪器上操作一样直观、方便、同在真实仪器上操作一样直观、方便、灵活。灵活。2、虚拟仪器？、虚拟仪器？文本文本文本文本文本基基 于于计算机计算机的仪器的仪器虚拟仪器虚拟仪器实际是一实际是一个按照仪个按照仪器需求组器需求组织的数据织的数据采集系统采集系统计算机是载体计算机是载体软件是核心高质量的软件是核心高质量的A/DA/D采集卡及调理放

10、大器是关键采集卡及调理放大器是关键 数据采集系统构建常用方案数据采集系统构建常用方案Step 1Step 2Step 5被测对象被测对象信号调理信号调理Step 3Step 4数据采集卡数据采集卡数据处理数据处理人机界面人机界面3、虚拟仪器应用技术、虚拟仪器应用技术“虚拟仪器虚拟仪器”往往是应用性或者说实用性往往是应用性或者说实用性更突出，表现形式通常是应用实例。而更突出，表现形式通常是应用实例。而“虚拟仪器技术虚拟仪器技术”它应该是能提供强有力它应该是能提供强有力的开发手段或方法，这包括一个开放的、的开发手段或方法，这包括一个开放的、灵活的虚拟仪器软件开发环境及与软件平灵活的虚拟仪器软件开发

11、环境及与软件平台相适应的硬件体系。台相适应的硬件体系。通俗地讲：通俗地讲：“虚拟仪器虚拟仪器”应该是应该是“虚拟仪虚拟仪器技术器技术”的产物或结果。的产物或结果。4、虚拟仪器的历史、虚拟仪器的历史 虚拟仪器的起源可以追朔到虚拟仪器的起源可以追朔到2020世纪世纪7070年代，年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有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。了相当的发展。PCPC机出现以后，仪器级的计算机机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在化成为可能，甚至在MicrosoftMicrosoft公司的公司的WindowsWindows诞诞生之前，生之前，NINI公司已

12、经在公司已经在MacintoshMacintosh计算机上推出了计算机上推出了LabVIEW2.0LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEWLabVIEW长长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。公认的权威。NI公司简介公司简介 1976 1976年，年，James TruchardJames Truchard、Jeff KodoskyJeff Kodosky和和Bill NowlinBill Nowlin在在奥斯汀成立了奥斯汀成立了NINI公司。三十年后公司。三十年后NINI已经成长为一个成功的

13、跨国企已经成长为一个成功的跨国企业。业。NI NI提出提出“软件即是仪器软件即是仪器”的的概念，推出了概念，推出了LabVIEWLabVIEW直观的流直观的流程图编程风格的软件开发和运行程图编程风格的软件开发和运行平台，引发了测控技术领域的一平台，引发了测控技术领域的一场重大变革，使得计算机和网络场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，开技术得以长驱直入仪器领域，开启了虚拟仪器的先河。启了虚拟仪器的先河。5、虚拟仪器的功能、虚拟仪器的功能数据分析数据分析和处理和处理虚拟仪器充分利用了计算机的高速存储和运算功能，虚拟仪器充分利用了计算机的高速存储和运算功能，并通过软件实现对输入信号

14、的分析处理，如数值计并通过软件实现对输入信号的分析处理，如数值计算、信号分析、统计处理、数字滤波等。算、信号分析、统计处理、数字滤波等。信号调理信号调理与采集与采集对被测信号进行调理和采集是虚拟仪器的基本功能。对被测信号进行调理和采集是虚拟仪器的基本功能。此项功能主要是由虚拟仪器的硬件平台完成的。仪此项功能主要是由虚拟仪器的硬件平台完成的。仪器硬件可以是：插入式数据采集卡器硬件可以是：插入式数据采集卡DAQDAQ、带标准总、带标准总线接口的仪器，如线接口的仪器，如GPIBGPIB、VXIVXI、PXIPXI等。等。参数设置参数设置结果表达结果表达 虚拟仪器充分利用计算机的人机对话功能，完成仪器

15、的虚拟仪器充分利用计算机的人机对话功能，完成仪器的各种工作参数的设置，如量程、频率等参数的设置，对各种工作参数的设置，如量程、频率等参数的设置，对测量结果的表达与输出有多种方式，如屏幕显示，绘图测量结果的表达与输出有多种方式，如屏幕显示，绘图打印、网络传输等。打印、网络传输等。6、虚拟仪器的构成、虚拟仪器的构成硬件平台硬件平台应用软件应用软件Text计算机计算机I/O接口设备接口设备应用程序应用程序驱动程序驱动程序虚拟仪器的构成框架虚拟仪器的构成框架5、虚拟仪器技术的应用领域、虚拟仪器技术的应用领域无所不在的应用无所不在的应用 “NINI共提供共提供10001000多款软硬件产品，应用遍布多款

16、软硬件产品，应用遍布电子、机械、通信、汽车制造、生物、医药、化工电子、机械、通信、汽车制造、生物、医药、化工、科研、教育等各个行业领域。从日本的、科研、教育等各个行业领域。从日本的HondaHonda汽汽车测试、澳洲的心脏起搏器设计车测试、澳洲的心脏起搏器设计/验证验证,到英国电到英国电信电话线路性能测试，全世界数以万计的工程师和信电话线路性能测试，全世界数以万计的工程师和科学家们都在使用科学家们都在使用NINI的产品达到他们共同的目的的产品达到他们共同的目的更快、更好、更省钱。目前，超过更快、更好、更省钱。目前，超过90%90%的全球的全球500500强制造型企业是强制造型企业是NINI虚拟

17、仪器技术的用户。虚拟仪器技术的用户。”虚拟仪器应用视频演示虚拟仪器应用视频演示产品包装测试产品包装测试温度自动检测系统温度自动检测系统本课程学习目的本课程学习目的仪器仪器 and 程序设计程序设计 and more项目一项目一 项目一教学目标知识知识目标目标1 1.掌握虚拟仪器的功能与构成，虚拟仪器与传统仪器的区别掌握虚拟仪器的功能与构成，虚拟仪器与传统仪器的区别2 2.掌握掌握ELVISELVIS设备的软件及硬件资源情况设备的软件及硬件资源情况3 3.掌握掌握E ELVISLVIS套件套件万用表、示波器、函数发生器等常规仪器万用表、示波器、函数发生器等常规仪器的使用方法的使用方法 能力能力目

18、标目标1 1.能熟练使用能熟练使用ELVISELVIS设备的常用集成式仪器进行测量和电路设备的常用集成式仪器进行测量和电路分析分析2.2.能根据学习需要查阅相关资料能根据学习需要查阅相关资料素质素质目标目标1.1.实训室实训室5S5S操作规范（整理、整顿、清扫、清洁、修身）操作规范（整理、整顿、清扫、清洁、修身）2.2.职业行为职业行为3.3.虚拟仪器网络资源的使用虚拟仪器网络资源的使用 教学过程预览 教学准备教学准备 介绍介绍ELVISELVIS教学套件；演示教学套件；演示NI ELVISNI ELVIS启动界面，以及相启动界面，以及相应操作应操作 操作训练：用万用表测电阻、电容；用示波器测

19、可调直操作训练：用万用表测电阻、电容；用示波器测可调直流电源、函数发生器信号；用阻抗分析仪分析电路阻抗流电源、函数发生器信号；用阻抗分析仪分析电路阻抗 学生分组讨论：对虚拟仪器的认识；虚拟仪器与传统仪学生分组讨论：对虚拟仪器的认识；虚拟仪器与传统仪器的区别器的区别 教师做总结、评价教师做总结、评价 任务布置：完成项目实训报告；查阅虚拟仪器相关资料；任务布置：完成项目实训报告；查阅虚拟仪器相关资料；项目二的预习工作项目二的预习工作实训设备准备实训设备准备 装有装有LABVIEWLABVIEW软件的软件的PCPC一台，配备一台，配备PCI-PCI-62516251数据采集卡数据采集卡 ELVISE

20、LVIS实验箱一台实验箱一台 电阻、电容各一只电阻、电容各一只 导线若干导线若干ELVIS套件 安装安装LabVIEWLabVIEW软件的电脑软件的电脑 数据采集卡数据采集卡 电缆电缆 ELVISELVIS原型设原型设计面板计面板 ELVISELVIS实验工实验工作台作台DAQ板卡板卡总线形式总线形式训练内容训练内容用示波器测用示波器测量可调直流量可调直流电源和函数电源和函数发生器的信发生器的信号号用万用表测用万用表测量电阻和电量电阻和电容容使用阻抗分使用阻抗分析仪分析析仪分析R-R-C C串联电路串联电路的阻抗的阻抗万用表万用表使用使用示波器示波器使用使用阻抗分析仪阻抗分析仪使用使用小组讨论

21、小组讨论议议 题题对虚拟仪对虚拟仪器的认识器的认识虚拟仪器虚拟仪器与传统仪与传统仪器的区别器的区别虚拟仪器和传统仪器的比较虚拟仪器虚拟仪器(vi)传统仪器传统仪器 软件使得开发与维护费软件使得开发与维护费用降至最低用降至最低 技术更新周期短技术更新周期短(12年年)关键是软件关键是软件 用户自定义仪器功能用户自定义仪器功能 开放、灵活可与计算机开放、灵活可与计算机同步发展同步发展 与网络及其它周边设备与网络及其它周边设备方便互联的面向应用的系方便互联的面向应用的系统统 开发与维护开销高开发与维护开销高技术更新周期长技术更新周期长关键是硬件关键是硬件厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能封闭固定封闭固

22、定功能单一、互联有限的功能单一、互联有限的独立设备独立设备总结评价 什么是虚拟仪器什么是虚拟仪器 数据采集系统方案数据采集系统方案 虚拟仪器技术的应用虚拟仪器技术的应用 虚拟仪器课程教学设计虚拟仪器课程教学设计 项目一虚拟仪器的体验之旅项目一虚拟仪器的体验之旅 评价实训环节评价实训环节课后任务课后任务任务二任务二任务三任务三任务一任务一实训报告实训报告1.1.虚拟仪器的概念以虚拟仪器的概念以及虚拟仪器的功能和及虚拟仪器的功能和构成构成2.2.使用使用ELVISELVIS设备的设备的专用仪器测得的元器专用仪器测得的元器件参数件参数3.3.虚拟仪器与传统仪虚拟仪器与传统仪器的区别器的区别4.4.对虚拟仪器的认识对虚拟仪器的认识与体会与体会 课后自主学习，查课后自主学习，查阅整理虚拟仪器相阅整理虚拟仪器相关资料，扩大知识关资料，扩大知识视野视野项目二预习项目二预习LABVIEW的相的相关知识关知识VI程序的三要素程序的三要素VI程序的调试技程序的调试技术术复习温度传感复习温度传感器以及温标的器以及温标的几种形式几种形式