虛擬儀器論文1

　　虛擬儀器是以一種全新的理念來(lái)設計和發(fā)展的儀器。和傳統儀器不同,虛擬儀器本質(zhì)上是一個(gè)開(kāi)放式的結構,用戶(hù)能夠根據自己的需要定義儀器的功能。VXI總線(xiàn)測試平臺是公認的21世紀儀器總線(xiàn)系統和自動(dòng)測試系統的優(yōu)秀平臺。VXI總線(xiàn)模塊儀器的優(yōu)良的交互操作性,數據傳輸速率高,可靠性高。體積小,重量輕,功耗低、可移動(dòng)性好、易維修,價(jià)格與傳統自動(dòng)測試系統相比具有巨大的潛力。它的出現為虛擬儀器的發(fā)展提供了新的動(dòng)力,進(jìn)一步增強了虛擬儀器的功能。

　　1 VXI總線(xiàn)與虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

　　20世紀80年代后期,儀器制造商發(fā)現GPIB總線(xiàn)和VME總線(xiàn)產(chǎn)品無(wú)法再滿(mǎn)足軍用測控系統的需求了。在這種情況下,HP、Tekronix等五家國際著(zhù)名的儀器公司成立了VXIbus聯(lián)合體,并于1987年發(fā)布了VXI規范的第一個(gè)版本。幾經(jīng)修改和完善,與1992年被IEEE接納為IEEE-1155-1992標準。

　　VXIbus規范是一個(gè)開(kāi)放的體系結構標準,其主要目標是使VXIbus器件之間、VXIbus器件與其它標準的器件(計算機)之間能夠以明確的方式開(kāi)放地通信;使系統體積更小;通過(guò)使用高帶寬的吞吐量,為開(kāi)發(fā)者提供高性能的測試設備;采用通用的接口來(lái)實(shí)現相似的儀器功能,使系統集成軟件成本進(jìn)一步降低。

　　VXIbus規范發(fā)布后,由于軍方對測控系統的大量需求,許多儀器生產(chǎn)廠(chǎng)商都加入到VXIplug&play(VXI既插既用)聯(lián)盟。聯(lián)盟是VXIbus聯(lián)合體的固有補充機構。聯(lián)盟通過(guò)規定連接器的統一方法、UUT接口和測試夾具、共享存儲器通信的儀器協(xié)議、可選VXI特性的統一使用方法以及統一文件的編制方法來(lái)增加硬件的兼容性,并開(kāi)發(fā)一種統一的校準方法。聯(lián)盟還通過(guò)規定和推廣標準系統軟件框架來(lái)實(shí)現系統軟件的“plug&play”互換性。

　　虛擬儀器(Vitual Instrumentation,VI)最早是適應PC卡式儀器于1986年由NI公司提出的。所謂虛擬儀器,簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一組完成傳統儀器功能的硬件和軟件部件。VI通過(guò)軟件將通用計算機與儀器硬件結合起來(lái),用戶(hù)可以通過(guò)友好的圖形界面(通常稱(chēng)為虛擬面板)

　　操作這臺計算機,就象在操作自己定義、自己設計的一臺單個(gè)傳統儀器一樣。VI透明地將計算機資源和儀器硬件(如A/D、D/A、數字I/0、定時(shí)器和信號調理器等)的測試、控制能力結合在一起,通過(guò)軟件實(shí)現地數據的分析處理和表達,從而能更迅速、更經(jīng)濟、更靈活地解決測試問(wèn)題,并有效地降低了系統組建成本。

　　2 VXI總線(xiàn)系統規范簡(jiǎn)介

　　VXI總線(xiàn)系統或者其子系統由一個(gè)VXIbus主機箱、若干VXIbus器件、一個(gè)VXIbus資源管理器和主控制器組成,零槽模塊完成系統背板管理,包括提供時(shí)鐘源和背板總線(xiàn)仲裁等,當然它也可以同時(shí)具有其它的儀器功能。資源管理器在系統上電或者復位時(shí)對系統進(jìn)行配置,以使系統用戶(hù)能夠從一個(gè)確定的狀態(tài)開(kāi)始系統操作。在系統正常工作后,資源管理器就不再起作用。主機箱容納VXIbus儀器,并為其提供通信背板、供電和冷卻。

　　VXIbus不是設計來(lái)替代現存標準的,其目的只是提高測試和數據采集系統的總體性能提供一個(gè)更先進(jìn)的平臺。因此,VXIbus規范定義了幾種通信方法,以方便VXIbus系統與現存的VMEbus產(chǎn)品、GPIB儀器以及串口儀器的混合集成。

　　2.1 VXI總線(xiàn)系統機械結構

　　VXIbus規范定義了四種尺寸的VXI模塊。較小的尺寸A和B是VMEbus模塊定義的尺寸,并且從任何意義上來(lái)說(shuō),它們都是標準的VEMbus模塊。較大的C和D尺寸模塊是為高性能儀器所定義的,它們增大了模塊間距,以便對包含用于高性能測量場(chǎng)合的敏感電路的模塊進(jìn)行完全屏蔽。A尺寸模塊只有P1、P2和P3連接器。

　　目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的是C尺寸的VXIbus系統,這主要是因為C尺寸的VXIbus系統體積較小,成本相對較低,又能夠發(fā)揮VXIbus作為高性能測試平臺的優(yōu)勢。

　　2.2 VXI總線(xiàn)系統電氣結構

　　VXIbus完全支持32位VME計算機總線(xiàn)。除此之外,VXIbus還增加了用于模擬供電和ECL供電的額外電源線(xiàn)、用于測量同步和觸發(fā)的儀器總線(xiàn)、模擬相加總線(xiàn)以及用于模塊之間通信的本地總線(xiàn)。

　　VXIbus規范定義了3個(gè)96針的DIN連接器P1、P2和P3。P1連接器是必備的,P2和P3兩個(gè)連接器可選。三個(gè)連接器的具體的信號分配可參見(jiàn)文獻[2]。下面對VXIbus在VMEbus總線(xiàn)基礎上增加的用于高性能儀器的部分總線(xiàn)作一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。

　　CLK10時(shí)鐘線(xiàn) 是一個(gè)10MHz的系統時(shí)鐘,用于模塊之間的精確同步。該信號源于0號槽,被分別差分送至各個(gè)模塊插槽。

　　MODID線(xiàn) 模塊識別線(xiàn),可以通過(guò)特有的物理位置或插槽類(lèi)識別邏輯器件。這些線(xiàn)自0號槽分別送至1號槽至12號槽。系統自動(dòng)配置時(shí)必須用到MODID線(xiàn)。

　　TTL觸發(fā)線(xiàn) 包括TTLTRG0~TTLTRG7,是一組用于模塊間通信的、集電極開(kāi)路的TTL信號線(xiàn)。包括0號槽在內所有模塊都可以驅動(dòng)這些線(xiàn)或者從這些線(xiàn)上接受信息。這是一組通用線(xiàn),可用于觸發(fā)、掛鉤、時(shí)鐘或邏輯狀態(tài)的傳送。VXIbus規范已經(jīng)定義了同步(SYNC)觸發(fā)、時(shí)鐘傳送、數據傳送、起/停(STST)和外部觸發(fā)緩沖7種標準工作方式。

　　ECL觸發(fā)線(xiàn) 包括ECLTRG0-ECLTRG5,同TTL觸發(fā)線(xiàn)一樣,是一組用于模塊之間通信和定時(shí)的信號線(xiàn),但具有更高的工作速度。VXIbus規范已經(jīng)定義了7種跟TTL觸發(fā)線(xiàn)類(lèi)似的標準工作方式。

　　SUMBUS 相加總線(xiàn)是VXIbus背板上的一條模擬相加接點(diǎn)。每個(gè)模塊都可以用一個(gè)模擬電流源驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)這條線(xiàn),或者通過(guò)一個(gè)高阻接收器如一個(gè)高阻抗模擬放大器。接收來(lái)自該總線(xiàn)的信息。

　　LBUS 本地總線(xiàn)是一種菊花鏈總線(xiàn),可以用于相鄰安裝模塊的本地通信。規范已經(jīng)規定了使用LBUS傳送TTL、ECL、模擬低、模擬中和模擬高五種信號的標準。

　　CLK100和SYNC100 分別是100MHz系統時(shí)鐘和100MHz同步信號。用于系統中更高精度的定時(shí)和觸發(fā)。

　　STARX和STARY 星形觸發(fā)線(xiàn)提供了模塊間的異步通信。兩條STAR線(xiàn)連接在各模塊插槽和0號槽之間。0號槽可提供一個(gè)交叉矩陣開(kāi)關(guān),通過(guò)對該開(kāi)關(guān)進(jìn)行編程可以確定任何兩根STARX和STARY線(xiàn)之間的信號路徑。

　　電源線(xiàn) VXIbus加大了+5和+12V電壓的供電功率,增加了+12V(為模擬電路提供)和-2V、-5.2V(為ECL電路提供)電源線(xiàn)。

虛擬儀器論文2

　　摘要：隨著(zhù)經(jīng)濟與科技的不斷發(fā)展，教育已經(jīng)成為了當前社會(huì )最為重視的問(wèn)題之一。近幾年信息技術(shù)進(jìn)步飛快，電子技術(shù)演示實(shí)驗的應用率越來(lái)越高。本篇文章將闡述當前電子技術(shù)演示存在的不足，探討基于虛擬儀器的電子技術(shù)演示實(shí)驗，并列舉具體案例進(jìn)行詳細分析。

　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器；演示實(shí)驗；多媒體

　　引言

　　電子技術(shù)本身是一門(mén)具有較強實(shí)踐性的課程，在實(shí)際教學(xué)的過(guò)程中往往有大量實(shí)驗教學(xué)。這其中應用價(jià)值最強的便是演示實(shí)驗，對于學(xué)生的學(xué)習興趣和積極性的激發(fā)有著(zhù)非常重要的影響。為此，教師理應針對這一方面進(jìn)行深入研究，在了解其不足的基礎上對其不斷改進(jìn)。

　　一、電子技術(shù)演示存在的不足

　�。ㄒ唬�實(shí)物演示的方式

　　實(shí)物演示方法是最為傳統的一種方法，同時(shí)也是最具說(shuō)服力的方法，學(xué)生們能夠直接觀(guān)察到最原始的實(shí)驗結果。但是，由于電子技術(shù)實(shí)驗需要使用大量實(shí)驗儀器，且這些儀器非常笨重，不便于搬運，同時(shí)由于顯示器過(guò)小，實(shí)驗觀(guān)察難度較大。

　�。ǘ�）視頻演示的方式

　　視頻演示主要依靠教師提前錄制好的視頻配合相應的解說(shuō)以及字幕，之后通過(guò)多媒體設備在課堂中進(jìn)行播放。這種實(shí)驗方式本身觀(guān)察效果較強，同時(shí)也具有較強的真實(shí)性。但是實(shí)驗操作的靈活性較差，教師無(wú)法掌控全局。

　�。ㄈ�）CAI課件演示的方式

　　CAI課件演示主要依靠多媒體工具將具體實(shí)驗過(guò)程做成相關(guān)課件，并由教師在課堂中進(jìn)行播放。這種方式的表現形式與視頻演示的方式十分接近，知識實(shí)驗本身過(guò)于抽象化和理想化，缺乏一定的可信度。

　�。ㄋ模┯嬎銠C仿真演示的方式

　　模擬仿真主要依靠相關(guān)軟件代替原編號實(shí)驗的具體操作，能夠對實(shí)驗的各個(gè)環(huán)節進(jìn)行模仿和確定，拓寬了原本實(shí)驗教學(xué)的思路。但是盡管其已經(jīng)具備了足夠的仿真度，但是仍然無(wú)法達到具體實(shí)驗的效果[1]。

　　二、基于虛擬儀器的電子技術(shù)演示實(shí)驗

　�。ㄒ唬┨摂M儀器的概念

　　所謂虛擬儀器，主要是指在傳統以電腦作為主要核心的硬件平臺上，按照用戶(hù)自身的設定所形成的全新儀器系統，里面包括虛擬儀器面板以及測試功能。這其中，“虛擬”的概念主要是指儀器面板本身以及依靠軟件完成儀器的測量工作。在某種程度上可以說(shuō)，虛擬儀器的技術(shù)中將電腦本身的軟硬件資源全部發(fā)揮了出來(lái)，并將相關(guān)軟件作為基礎平臺，在擋墻電腦屏幕中虛擬出與儀器本身十分類(lèi)似的顯示面板。使用者可以依靠鍵盤(pán)以及鼠標的方式對其進(jìn)行操作，調整開(kāi)關(guān)和旋鈕，完成儀器虛擬運行的工作，同時(shí)還能了解儀器目前的使用狀態(tài)，并對之前的實(shí)驗結果進(jìn)行讀取�；�本上虛擬儀器能夠完成傳統儀器中的所有功能，從某種意義上可以將其稱(chēng)之為傳統儀器的模塊化以及軟件化表現[2]。

　�。ǘ�）基于虛擬儀器的演示實(shí)驗系統

　　現如今最為常用的演示實(shí)驗系統主要為NIELVIS，其主要將原本LabVIEW編程作為基礎，將實(shí)驗中常用的儀器功能進(jìn)行集成。因此，NIELVIS可以算是一種多功能數據采集的設備，內部主要是一個(gè)完全自定義的工作臺，在其上方有一個(gè)實(shí)驗面板。一般而言，其主要功能為信號的分析、數字萬(wàn)用表、信號源、定時(shí)以及直流電源。從上述可以發(fā)現，虛擬儀器系統可以將傳統實(shí)驗中的大部分功能完全代替，并完成電子技術(shù)課程的絕大多數實(shí)驗演示。不僅如此，還可以對原有功能進(jìn)行拓展，從而滿(mǎn)足更多不同實(shí)驗的具體需求。在實(shí)際教學(xué)的過(guò)程中，當教師需要進(jìn)行實(shí)驗的時(shí)候，可以先將NIELVIS安裝在電腦的PCI插槽位置，之后再進(jìn)行線(xiàn)路的搭建工作，并完成具體實(shí)驗的操作。如此一來(lái)，只需要將實(shí)驗演示的內容投到教室的大屏幕上，學(xué)生們便能夠清晰地觀(guān)察整個(gè)實(shí)驗的所有操作以及實(shí)驗結果，促使實(shí)驗的演示效果進(jìn)一步提升。而且由于電路本身有實(shí)驗元件直接搭建，使得實(shí)驗的可信度也得到了相應的提升。

　　三、電子技術(shù)演示實(shí)驗應用的具體案例

　　本次案例的課程選取的實(shí)驗內容為反向放大電路實(shí)驗，以此對利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)演示進(jìn)行詳細說(shuō)明。在實(shí)驗開(kāi)始之前，教師可以先向學(xué)生們播放多媒體視頻，促使學(xué)生們對于本次實(shí)驗所需要使用的元器件有所了解。本次實(shí)驗所需要用到的元器件為741運算放大器、10千歐的電阻R1、100千歐的電阻RF以及若干導線(xiàn)。當元器件全部展示完畢之后，教師可以安排一名學(xué)生在虛擬儀器面板上進(jìn)行電路的搭建工作，具體過(guò)程可以利用視頻的方式進(jìn)行展現，促使學(xué)生們能夠觀(guān)察到搭建的所有操作內容。電路內部的輸入信號往往由虛擬信號的發(fā)生器產(chǎn)生出來(lái)，所以可以用導線(xiàn)將其中一端與工作臺的“FGENFUNC_OUT”的引腳位置進(jìn)行連接，而另一端則需要與“GROUND”相連接。同時(shí)，輸出端則需要與“ACH0”相連接，以此當做虛擬示波器的主要輸入信號，并將另一端與“GROUND”相連接。在進(jìn)行實(shí)驗的過(guò)程中，首先需要打開(kāi)工作面板，利用鼠標對信號發(fā)生器進(jìn)行調整，將其調到1kHZ的正弦波，而實(shí)際幅度可以調整到200mV。之后可以將示波器的面板打開(kāi)，并開(kāi)啟CHA以及CHB兩條通道，將第一個(gè)的“Source”設置為“ACH0”，而第二個(gè)的“Source”需要設置為“FGENFUNC_OUT”。如此一來(lái)，CHA主要負責信號的具體輸出工作，而CHB則主要負責信號的輸入工作。此時(shí)可以對其輸出的波形顏色進(jìn)行調整，從而能夠對其予以區別。此時(shí)具體輸入電壓的數值為200mV，實(shí)際輸出的電壓為2V，所以反相放大器的具體放大倍數可以達到10倍左右，同時(shí)波形的具體相位差距則達到了180度左右。這一結果與理論中提出的要求基本上相吻合。從該實(shí)驗能夠發(fā)現，依靠虛擬儀器替換傳統的工作儀器，方便了課前準備操作，教師不再需要提前將種類(lèi)繁多且非常笨重的儀器帶入教室，減輕了工作量。另外，由于虛擬儀器的內部顯示面板全部集中在顯示器中，教師便可以利用多媒體將具體實(shí)驗操作以及實(shí)驗結果的數據資料傳到大屏幕上，增加了實(shí)驗效果的可見(jiàn)性。不僅如此，由于電腦本身具備較強的儲存功能，可以將具體實(shí)驗現象保存到電腦之中，當進(jìn)行課堂復習以及知識鞏固的時(shí)候，能夠將其隨時(shí)調出來(lái)進(jìn)行觀(guān)看。如此一來(lái)，學(xué)生們的學(xué)習積極性大幅度提高，課堂教學(xué)的質(zhì)量也隨之提升。

　　四、結束語(yǔ)

　　綜上所述，虛擬儀器在當前電子技術(shù)課程中有著(zhù)較強的應用價(jià)值，能夠模擬絕大多數實(shí)驗內容。因此教師們應該對其繼續研究，并予以推廣。

　　參考文獻：

　　[1]李文聯(lián).虛擬儀器在電子技術(shù)演示實(shí)驗中的應用[J].實(shí)驗室研究與探索，20xx，23（1）：20-22.

　　[2]范蘊秋.電子技術(shù)演示實(shí)驗中虛擬儀器的應用研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，20xx（20）：184-185.

虛擬儀器論文3

　　1.虛擬儀器在生物醫學(xué)領(lǐng)域的重大意義

　　虛擬儀器的發(fā)明以計算機為母體，以軟件為核心，利用計算機的升級和更新?lián)Q代來(lái)不斷新鮮自己的血液，擴充自己的價(jià)值，特別是在生物醫學(xué)工程領(lǐng)域，它在數據分析，樣本儲蓄，傳輸速度和處理漏洞等方面至今無(wú)以匹敵。傳統的醫學(xué)儀器由于體積龐大，價(jià)格昂貴，功能不全等缺陷，使生物醫學(xué)研究受到極大阻礙。而虛擬儀器在很大程度上打破了這些障礙，使科研變得更為便捷和精確。它不僅能迅速掌握患者的各項生理數據，還能自動(dòng)實(shí)現數據儲存，樣本分析和資源共享。虛擬儀器的整個(gè)系統通過(guò)精密軟件為依托，其精確性和穩定性都能得到可靠保障，且運行方便，節約成本，易于維修，逐漸成為代替傳統儀器的主流生物醫學(xué)工具。

　　2.總結

　　在科技如此飛速發(fā)展的當今，通訊網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的日益成熟，虛擬儀器在生物醫學(xué)工程領(lǐng)域的步伐也餓越來(lái)越矯健，不斷地向高速化，遠程化和精密化發(fā)展，旨在為生物醫學(xué)工程領(lǐng)域帶來(lái)光明的前景和卓越的貢獻。

　　作者：張玲 宋霄薇