虚拟仪器论文

虚拟仪器论文1

　　虚拟仪器是以一种全新的理念来设计和发展的仪器。和传统仪器不同,虚拟仪器本质上是一个开放式的结构,用户能够根据自己的需要定义仪器的功能。VXI总线测试平台是公认的21世纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台。VXI总线模块仪器的优良的交互操作性,数据传输速率高,可靠性高。体积小,重量轻,功耗低、可移动性好、易维修,价格与传统自动测试系统相比具有巨大的潜力。它的出现为虚拟仪器的发展提供了新的动力,进一步增强了虚拟仪器的功能。

　　1 VXI总线与虚拟仪器技术的发展过程

　　20世纪80年代后期,仪器制造商发现GPIB总线和VME总线产品无法再满足军用测控系统的需求了。在这种情况下,HP、Tekronix等五家国际着名的仪器公司成立了VXIbus联合体,并于1987年发布了VXI规范的第一个版本。几经修改和完善,与1992年被IEEE接纳为IEEE-1155-1992标准。

　　VXIbus规范是一个开放的体系结构标准,其主要目标是使VXIbus器件之间、VXIbus器件与其它标准的器件(计算机)之间能够以明确的方式开放地通信;使系统体积更小;通过使用高带宽的吞吐量,为开发者提供高性能的测试设备;采用通用的接口来实现相似的仪器功能,使系统集成软件成本进一步降低。

　　VXIbus规范发布后,由于军方对测控系统的大量需求,许多仪器生产厂商都加入到VXIplug&play(VXI既插既用)联盟。联盟是VXIbus联合体的固有补充机构。联盟通过规定连接器的统一方法、UUT接口和测试夹具、共享存储器通信的仪器协议、可选VXI特性的统一使用方法以及统一文件的编制方法来增加硬件的兼容性,并开发一种统一的校准方法。联盟还通过规定和推广标准系统软件框架来实现系统软件的“plug&play”互换性。

　　虚拟仪器(Vitual Instrumentation,VI)最早是适应PC卡式仪器于1986年由NI公司提出的。所谓虚拟仪器,简单地说就是一组完成传统仪器功能的硬件和软件部件。VI通过软件将通用计算机与仪器硬件结合起来,用户可以通过友好的图形界面(通常称为虚拟面板)

　　操作这台计算机,就象在操作自己定义、自己设计的一台单个传统仪器一样。VI透明地将计算机资源和仪器硬件(如A/D、D/A、数字I/0、定时器和信号调理器等)的测试、控制能力结合在一起,通过软件实现地数据的分析处理和表达,从而能更迅速、更经济、更灵活地解决测试问题,并有效地降低了系统组建成本。

　　2 VXI总线系统规范简介

　　VXI总线系统或者其子系统由一个VXIbus主机箱、若干VXIbus器件、一个VXIbus资源管理器和主控制器组成,零槽模块完成系统背板管理,包括提供时钟源和背板总线仲裁等,当然它也可以同时具有其它的仪器功能。资源管理器在系统上电或者复位时对系统进行配置,以使系统用户能够从一个确定的状态开始系统操作。在系统正常工作后,资源管理器就不再起作用。主机箱容纳VXIbus仪器,并为其提供通信背板、供电和冷却。

　　VXIbus不是设计来替代现存标准的,其目的只是提高测试和数据采集系统的总体性能提供一个更先进的平台。因此,VXIbus规范定义了几种通信方法,以方便VXIbus系统与现存的VMEbus产品、GPIB仪器以及串口仪器的混合集成。

　　2.1 VXI总线系统机械结构

　　VXIbus规范定义了四种尺寸的VXI模块。较小的尺寸A和B是VMEbus模块定义的尺寸,并且从任何意义上来说,它们都是标准的VEMbus模块。较大的C和D尺寸模块是为高性能仪器所定义的,它们增大了模块间距,以便对包含用于高性能测量场合的敏感电路的模块进行完全屏蔽。A尺寸模块只有P1、P2和P3连接器。

　　目前市场上最常见的是C尺寸的VXIbus系统,这主要是因为C尺寸的VXIbus系统体积较小,成本相对较低,又能够发挥VXIbus作为高性能测试平台的优势。

　　2.2 VXI总线系统电气结构

　　VXIbus完全支持32位VME计算机总线。除此之外,VXIbus还增加了用于模拟供电和ECL供电的额外电源线、用于测量同步和触发的仪器总线、模拟相加总线以及用于模块之间通信的本地总线。

　　VXIbus规范定义了3个96针的DIN连接器P1、P2和P3。P1连接器是必备的,P2和P3两个连接器可选。三个连接器的具体的信号分配可参见文献[2]。下面对VXIbus在VMEbus总线基础上增加的用于高性能仪器的部分总线作一个简要的介绍。

　　CLK10时钟线 是一个10MHz的系统时钟,用于模块之间的精确同步。该信号源于0号槽,被分别差分送至各个模块插槽。

　　MODID线 模块识别线,可以通过特有的物理位置或插槽类识别逻辑器件。这些线自0号槽分别送至1号槽至12号槽。系统自动配置时必须用到MODID线。

　　TTL触发线 包括TTLTRG0~TTLTRG7,是一组用于模块间通信的、集电极开路的TTL信号线。包括0号槽在内所有模块都可以驱动这些线或者从这些线上接受信息。这是一组通用线,可用于触发、挂钩、时钟或逻辑状态的传送。VXIbus规范已经定义了同步(SYNC)触发、时钟传送、数据传送、起/停(STST)和外部触发缓冲7种标准工作方式。

　　ECL触发线 包括ECLTRG0-ECLTRG5,同TTL触发线一样,是一组用于模块之间通信和定时的信号线,但具有更高的工作速度。VXIbus规范已经定义了7种跟TTL触发线类似的标准工作方式。

　　SUMBUS 相加总线是VXIbus背板上的一条模拟相加接点。每个模块都可以用一个模拟电流源驱动器来驱动这条线,或者通过一个高阻接收器如一个高阻抗模拟放大器。接收来自该总线的信息。

　　LBUS 本地总线是一种菊花链总线,可以用于相邻安装模块的本地通信。规范已经规定了使用LBUS传送TTL、ECL、模拟低、模拟中和模拟高五种信号的标准。

　　CLK100和SYNC100 分别是100MHz系统时钟和100MHz同步信号。用于系统中更高精度的定时和触发。

　　STARX和STARY 星形触发线提供了模块间的异步通信。两条STAR线连接在各模块插槽和0号槽之间。0号槽可提供一个交叉矩阵开关,通过对该开关进行编程可以确定任何两根STARX和STARY线之间的信号路径。

　　电源线 VXIbus加大了+5和+12V电压的供电功率,增加了+12V(为模拟电路提供)和-2V、-5.2V(为ECL电路提供)电源线。

虚拟仪器论文2

　　摘要：随着经济与科技的不断发展，教育已经成为了当前社会最为重视的问题之一。近几年信息技术进步飞快，电子技术演示实验的应用率越来越高。本篇文章将阐述当前电子技术演示存在的不足，探讨基于虚拟仪器的电子技术演示实验，并列举具体案例进行详细分析。

　　关键词：虚拟仪器；演示实验；多媒体

　　引言

　　电子技术本身是一门具有较强实践性的课程，在实际教学的过程中往往有大量实验教学。这其中应用价值最强的便是演示实验，对于学生的学习兴趣和积极性的激发有着非常重要的影响。为此，教师理应针对这一方面进行深入研究，在了解其不足的基础上对其不断改进。

　　一、电子技术演示存在的不足

　　（一）实物演示的方式

　　实物演示方法是最为传统的一种方法，同时也是最具说服力的方法，学生们能够直接观察到最原始的实验结果。但是，由于电子技术实验需要使用大量实验仪器，且这些仪器非常笨重，不便于搬运，同时由于显示器过小，实验观察难度较大。

　　（二）视频演示的方式

　　视频演示主要依靠教师提前录制好的视频配合相应的解说以及字幕，之后通过多媒体设备在课堂中进行播放。这种实验方式本身观察效果较强，同时也具有较强的真实性。但是实验操作的灵活性较差，教师无法掌控全局。

　　（三）CAI课件演示的方式

　　CAI课件演示主要依靠多媒体工具将具体实验过程做成相关课件，并由教师在课堂中进行播放。这种方式的表现形式与视频演示的方式十分接近，知识实验本身过于抽象化和理想化，缺乏一定的可信度。

　　（四）计算机仿真演示的方式

　　模拟仿真主要依靠相关软件代替原编号实验的具体操作，能够对实验的各个环节进行模仿和确定，拓宽了原本实验教学的思路。但是尽管其已经具备了足够的仿真度，但是仍然无法达到具体实验的效果[1]。

　　二、基于虚拟仪器的电子技术演示实验

　　（一）虚拟仪器的概念

　　所谓虚拟仪器，主要是指在传统以电脑作为主要核心的硬件平台上，按照用户自身的设定所形成的全新仪器系统，里面包括虚拟仪器面板以及测试功能。这其中，“虚拟”的概念主要是指仪器面板本身以及依靠软件完成仪器的测量工作。在某种程度上可以说，虚拟仪器的技术中将电脑本身的软硬件资源全部发挥了出来，并将相关软件作为基础平台，在挡墙电脑屏幕中虚拟出与仪器本身十分类似的显示面板。使用者可以依靠键盘以及鼠标的方式对其进行操作，调整开关和旋钮，完成仪器虚拟运行的工作，同时还能了解仪器目前的使用状态，并对之前的实验结果进行读取。基本上虚拟仪器能够完成传统仪器中的所有功能，从某种意义上可以将其称之为传统仪器的模块化以及软件化表现[2]。

　　（二）基于虚拟仪器的演示实验系统

　　现如今最为常用的演示实验系统主要为NIELVIS，其主要将原本LabVIEW编程作为基础，将实验中常用的仪器功能进行集成。因此，NIELVIS可以算是一种多功能数据采集的设备，内部主要是一个完全自定义的工作台，在其上方有一个实验面板。一般而言，其主要功能为信号的分析、数字万用表、信号源、定时以及直流电源。从上述可以发现，虚拟仪器系统可以将传统实验中的大部分功能完全代替，并完成电子技术课程的绝大多数实验演示。不仅如此，还可以对原有功能进行拓展，从而满足更多不同实验的具体需求。在实际教学的过程中，当教师需要进行实验的时候，可以先将NIELVIS安装在电脑的PCI插槽位置，之后再进行线路的搭建工作，并完成具体实验的操作。如此一来，只需要将实验演示的内容投到教室的大屏幕上，学生们便能够清晰地观察整个实验的所有操作以及实验结果，促使实验的演示效果进一步提升。而且由于电路本身有实验元件直接搭建，使得实验的可信度也得到了相应的提升。

　　三、电子技术演示实验应用的具体案例

　　本次案例的课程选取的实验内容为反向放大电路实验，以此对利用虚拟仪器技术进行实验教学演示进行详细说明。在实验开始之前，教师可以先向学生们播放多媒体视频，促使学生们对于本次实验所需要使用的元器件有所了解。本次实验所需要用到的元器件为741运算放大器、10千欧的电阻R1、100千欧的电阻RF以及若干导线。当元器件全部展示完毕之后，教师可以安排一名学生在虚拟仪器面板上进行电路的搭建工作，具体过程可以利用视频的方式进行展现，促使学生们能够观察到搭建的所有操作内容。电路内部的输入信号往往由虚拟信号的发生器产生出来，所以可以用导线将其中一端与工作台的“FGENFUNC_OUT”的引脚位置进行连接，而另一端则需要与“GROUND”相连接。同时，输出端则需要与“ACH0”相连接，以此当做虚拟示波器的主要输入信号，并将另一端与“GROUND”相连接。在进行实验的过程中，首先需要打开工作面板，利用鼠标对信号发生器进行调整，将其调到1kHZ的正弦波，而实际幅度可以调整到200mV。之后可以将示波器的面板打开，并开启CHA以及CHB两条通道，将第一个的“Source”设置为“ACH0”，而第二个的“Source”需要设置为“FGENFUNC_OUT”。如此一来，CHA主要负责信号的具体输出工作，而CHB则主要负责信号的输入工作。此时可以对其输出的波形颜色进行调整，从而能够对其予以区别。此时具体输入电压的数值为200mV，实际输出的电压为2V，所以反相放大器的具体放大倍数可以达到10倍左右，同时波形的具体相位差距则达到了180度左右。这一结果与理论中提出的要求基本上相吻合。从该实验能够发现，依靠虚拟仪器替换传统的工作仪器，方便了课前准备操作，教师不再需要提前将种类繁多且非常笨重的仪器带入教室，减轻了工作量。另外，由于虚拟仪器的内部显示面板全部集中在显示器中，教师便可以利用多媒体将具体实验操作以及实验结果的数据资料传到大屏幕上，增加了实验效果的可见性。不仅如此，由于电脑本身具备较强的储存功能，可以将具体实验现象保存到电脑之中，当进行课堂复习以及知识巩固的时候，能够将其随时调出来进行观看。如此一来，学生们的学习积极性大幅度提高，课堂教学的质量也随之提升。

　　四、结束语

　　综上所述，虚拟仪器在当前电子技术课程中有着较强的应用价值，能够模拟绝大多数实验内容。因此教师们应该对其继续研究，并予以推广。

　　参考文献：

　　[1]李文联.虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用[J].实验室研究与探索，20xx，23（1）：20-22.

　　[2]范蕴秋.电子技术演示实验中虚拟仪器的应用研究[J].电子技术与软件工程，20xx（20）：184-185.

虚拟仪器论文3

　　1.虚拟仪器在生物医学领域的重大意义

　　虚拟仪器的发明以计算机为母体，以软件为核心，利用计算机的升级和更新换代来不断新鲜自己的血液，扩充自己的价值，特别是在生物医学工程领域，它在数据分析，样本储蓄，传输速度和处理漏洞等方面至今无以匹敌。传统的医学仪器由于体积庞大，价格昂贵，功能不全等缺陷，使生物医学研究受到极大阻碍。而虚拟仪器在很大程度上打破了这些障碍，使科研变得更为便捷和精确。它不仅能迅速掌握患者的各项生理数据，还能自动实现数据储存，样本分析和资源共享。虚拟仪器的整个系统通过精密软件为依托，其精确性和稳定性都能得到可靠保障，且运行方便，节约成本，易于维修，逐渐成为代替传统仪器的主流生物医学工具。

　　2.总结

　　在科技如此飞速发展的当今，通讯网络技术的日益成熟，虚拟仪器在生物医学工程领域的步伐也饿越来越矫健，不断地向高速化，远程化和精密化发展，旨在为生物医学工程领域带来光明的前景和卓越的贡献。

　　作者：张玲 宋霄薇