第八章 微机在测试技术中的应用
§ 8.1 数据采集及自动测试系统
§ 8.2 系统现场总线与智能仪
器
§ 8.3 虚拟仪器与系统
数据采集及自动测试系统
§ 8.1.1 信号采集系统的基本功能
§ 8.1.2 信号采集系统的基本组成单元
（ 1）连续量的时间离散化
（ 2）连续量的数值化
（ 1）信号调理
（ 2）采样 /保持
（ 3）摸 /数转换
（ 4）虑波
数据采集及自动测试系统
§ 8.1.3 信号测试系统结构形式
（ 1）单通道数据采集系统
（ 2）多通道数据采集系统
（ 3）多通道同步型
（ 4）多通道一般型
数据采集及自动测试系统
§ 8.1.4 微机系统检测系统
?一个自动测试系统，一般由四部
分组成：第一是 微机或微处理器,
它是整个系统的核心；第二是被
控制的测量仪器或设备，称为 可
程控仪器 ；第三是 接口 ；第四是
软件 。
数据采集及自动测试系统
§ 8.1.4 微机系统检测系统
系统现场总线与智能仪器
§ 8.2.1 现场总线
§ 8.2.2 现场总线控制系统中现场总线仪表的特点
（ 1）现场通信网络
（ 2）现场设备互连
（ 3）互操作性
（ 4）分散功能块
（ 5）通信线供电
（ 6）开放失互连网络
（ 1）控制功能
（ 2）智能化功能
（ 3）开放性与互换性
（ 4）带有总线接口
（ 5）通讯功能
系统现场总线与智能仪器
8.2.3 现场总线与智能仪器表的基本结构
（ 1）现场总线的基本结构
（ 2）现场总线仪表的基本结构
系统现场总线与智能仪器
8.2.4 HART协议简介
（ 1） HAPT协议现场总线技术
（ 2）实现通讯功能的硬件介绍（ HAPT协议）
系统现场总线与智能仪器
8.2.5 现场总线仪表实例 简介
（ 1）系统硬件结构
（ 2）系统软件结构
系统现场总线与智能仪器
8.3.1 虚拟仪器概述
虚拟仪器（ Virtual Instrument简称 VI） 是计算
机技术同仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪
器，是对传统仪器概念的重大突破，是仪器领域内
的一次革命。虚拟仪器是继第一代仪器 ——模拟式
仪表,第二代仪器 ——
分立元件式仪表,第三代仪器 ——数字式仪表,第
四代仪器 ——智能化仪器 之后的新一代仪器
虚拟仪器与系统
1,虚拟仪器的内部功能
测量仪器的内部功能可划分为：输入信号的测量、转换、数据分析
处理及测量结果的显示四个部分。虚拟仪器也不例外，但是实现
上述功能的方式不同，下面按三个部分来叙述。
（ 1）信号采集与控制功能
虚拟仪器是由计算机和仪器硬件组成的硬件平台，实现对信号的采
集、测量 /转换与控制的。硬件平台由两部分组成,
1、计算机可以是笔记本计算机,PC机或工作站；
2、仪器硬件：可以是插入式数据采集板（含信号调理电路,A／ D转
换器、数字 I／ O,定时器,D／ A转换器等），或者是带标准总线
接口的仪器，如 GPIB仪器,VXI仪器,RS－ 232仪器等 )。
8.3.1 虚拟仪器概述
虚拟仪器与系统
(2)数据分析处理功能
虚拟仪器充分利用了计算机的存储、运算功能，并通过软件实现
对输入信号数据的分析处理。处理内容包括进行数字信号处理＼
数字滤波统计处理、数值计算与分析等。 虚拟仪器比传统仪器以
及以微处理器为核心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能 。
(3) 测量结果的表达
虚拟仪器充分利用计算机资源如内存、显示器等，对测量结果数
据的表达与输出有多种方式，这也是传统仪器远不能及的。例如，
虚拟仪器可以实现,
? 通过总线网络进行数据传输；
? 通过磁盘、光盘硬拷贝输出；
? 通过文件存于硬盘内存中；
? 计算机屏幕显示。
8.3.1 虚拟仪器概述
VI系统有多种构成方式,
? PC— DAQ测量系统,是以数据采集卡、信号调理电
路及计算机为仪器硬件平台组成的测试系统。
? GPIB系统,是以 GPIB标准总线仪器与计算机为硬件
平台组成的测试系统。
? VXI系统,是以 VXI标准总线仪器与计算机为硬件平
台组成的测试系统。
? 串口系统,是以 Seial标准总线仪器与计算机为硬件
平台组成的测试系统。
? 现场总线系统,是以 Fieldbus标准总线仪器与计算机
为硬件平台组成的测试系统。
虚拟仪器与系统
8.3.1 虚拟仪器概述
被测信号
GPIB仪器
串口仪器
VXI模块
PXI模块
PC-DAQ
计算机
虚拟仪器与系统
8.3.1 虚拟仪器概述
I/O接口设备
无论上述哪种 VI系统，都是通过应用软件
将仪器硬件与各类计算机相结合，其中 PC-
DAQ测试系统是构成 VI的基本方式。因为，实
际上数据采集系统 DAS是构成各种标准总线仪
器的基础，故虚拟仪器是基于,信息的数据采
集 (ADC)-信号的分析与处理 (DSP)-输出 (DAC)
及显示” 的结构模式建立通用仪器硬件平台。
在这个通用仪器硬件平台上，调用不同的测量
软件就构成了不同功能的仪器 。
虚拟仪器与系统
8.3.1 虚拟仪器概述
VI构成要素,
虚拟仪器系统是由 计算机、应用
软件和仪器硬件 三大要素构成的。
计算机与仪器硬件又称为 VI的 通用
仪器硬件平台
虚拟仪器与系统
8.3.1 虚拟仪器概述
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
虚拟仪器与系统
软件技术是虚拟仪器的核心技术。常用的
仪器用开发软件有 LabVIEW,LabWindows/CVI、
VEE等等。这些软件已相当完善，而且还在升级、
提高。以 LabVIEW为例，这是基于图形化编程
语言 G的开发环境，用于如 GPIB,VXI,PXI、
PCI仪器及数据采集卡等硬件的系统构成，而且，
具有很强的分析处理能力。
虚拟仪器与系统
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
LabView软件组成
1、编程设计图形化软件模块 提供图形化
编程环境，通过调用控件、库函数原码
模块进行仪器面板设计和数据分析处理。
2、仪器驱动程序（ Instrument Drivers)与
用户接口开发工具（ User Interface
Development)标准软件模块。
虚拟仪器与系统
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
虚拟仪器与系统
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
LabView
虚拟仪器与系统
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
虚拟仪器与系统
虚似仪器和传统仪器的比较
虚拟仪器
传统仪器
开发和维护费用低
开发和维护费用高
技术是更新周期短
（ 0.5~1年 ）
技 术 更 新 周 期 长
（ 5~10年 ）
软件是关键
硬件是关键
价格低
价格昂贵
开放灵活与计算机同
步, 可重复用和重配
置
固定
可用网络联络周边各
仪器
只可连有限的设备
自动, 智能化, 远距
离传输
功能单一, 操作不便
§ 8.1 数据采集及自动测试系统
§ 8.2 系统现场总线与智能仪
器
§ 8.3 虚拟仪器与系统
数据采集及自动测试系统
§ 8.1.1 信号采集系统的基本功能
§ 8.1.2 信号采集系统的基本组成单元
（ 1）连续量的时间离散化
（ 2）连续量的数值化
（ 1）信号调理
（ 2）采样 /保持
（ 3）摸 /数转换
（ 4）虑波
数据采集及自动测试系统
§ 8.1.3 信号测试系统结构形式
（ 1）单通道数据采集系统
（ 2）多通道数据采集系统
（ 3）多通道同步型
（ 4）多通道一般型
数据采集及自动测试系统
§ 8.1.4 微机系统检测系统
?一个自动测试系统，一般由四部
分组成：第一是 微机或微处理器,
它是整个系统的核心；第二是被
控制的测量仪器或设备，称为 可
程控仪器 ；第三是 接口 ；第四是
软件 。
数据采集及自动测试系统
§ 8.1.4 微机系统检测系统
系统现场总线与智能仪器
§ 8.2.1 现场总线
§ 8.2.2 现场总线控制系统中现场总线仪表的特点
（ 1）现场通信网络
（ 2）现场设备互连
（ 3）互操作性
（ 4）分散功能块
（ 5）通信线供电
（ 6）开放失互连网络
（ 1）控制功能
（ 2）智能化功能
（ 3）开放性与互换性
（ 4）带有总线接口
（ 5）通讯功能
系统现场总线与智能仪器
8.2.3 现场总线与智能仪器表的基本结构
（ 1）现场总线的基本结构
（ 2）现场总线仪表的基本结构
系统现场总线与智能仪器
8.2.4 HART协议简介
（ 1） HAPT协议现场总线技术
（ 2）实现通讯功能的硬件介绍（ HAPT协议）
系统现场总线与智能仪器
8.2.5 现场总线仪表实例 简介
（ 1）系统硬件结构
（ 2）系统软件结构
系统现场总线与智能仪器
8.3.1 虚拟仪器概述
虚拟仪器（ Virtual Instrument简称 VI） 是计算
机技术同仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪
器，是对传统仪器概念的重大突破，是仪器领域内
的一次革命。虚拟仪器是继第一代仪器 ——模拟式
仪表,第二代仪器 ——
分立元件式仪表,第三代仪器 ——数字式仪表,第
四代仪器 ——智能化仪器 之后的新一代仪器
虚拟仪器与系统
1,虚拟仪器的内部功能
测量仪器的内部功能可划分为：输入信号的测量、转换、数据分析
处理及测量结果的显示四个部分。虚拟仪器也不例外，但是实现
上述功能的方式不同，下面按三个部分来叙述。
（ 1）信号采集与控制功能
虚拟仪器是由计算机和仪器硬件组成的硬件平台，实现对信号的采
集、测量 /转换与控制的。硬件平台由两部分组成,
1、计算机可以是笔记本计算机,PC机或工作站；
2、仪器硬件：可以是插入式数据采集板（含信号调理电路,A／ D转
换器、数字 I／ O,定时器,D／ A转换器等），或者是带标准总线
接口的仪器，如 GPIB仪器,VXI仪器,RS－ 232仪器等 )。
8.3.1 虚拟仪器概述
虚拟仪器与系统
(2)数据分析处理功能
虚拟仪器充分利用了计算机的存储、运算功能，并通过软件实现
对输入信号数据的分析处理。处理内容包括进行数字信号处理＼
数字滤波统计处理、数值计算与分析等。 虚拟仪器比传统仪器以
及以微处理器为核心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能 。
(3) 测量结果的表达
虚拟仪器充分利用计算机资源如内存、显示器等，对测量结果数
据的表达与输出有多种方式，这也是传统仪器远不能及的。例如，
虚拟仪器可以实现,
? 通过总线网络进行数据传输；
? 通过磁盘、光盘硬拷贝输出；
? 通过文件存于硬盘内存中；
? 计算机屏幕显示。
8.3.1 虚拟仪器概述
VI系统有多种构成方式,
? PC— DAQ测量系统,是以数据采集卡、信号调理电
路及计算机为仪器硬件平台组成的测试系统。
? GPIB系统,是以 GPIB标准总线仪器与计算机为硬件
平台组成的测试系统。
? VXI系统,是以 VXI标准总线仪器与计算机为硬件平
台组成的测试系统。
? 串口系统,是以 Seial标准总线仪器与计算机为硬件
平台组成的测试系统。
? 现场总线系统,是以 Fieldbus标准总线仪器与计算机
为硬件平台组成的测试系统。
虚拟仪器与系统
8.3.1 虚拟仪器概述
被测信号
GPIB仪器
串口仪器
VXI模块
PXI模块
PC-DAQ
计算机
虚拟仪器与系统
8.3.1 虚拟仪器概述
I/O接口设备
无论上述哪种 VI系统，都是通过应用软件
将仪器硬件与各类计算机相结合，其中 PC-
DAQ测试系统是构成 VI的基本方式。因为，实
际上数据采集系统 DAS是构成各种标准总线仪
器的基础，故虚拟仪器是基于,信息的数据采
集 (ADC)-信号的分析与处理 (DSP)-输出 (DAC)
及显示” 的结构模式建立通用仪器硬件平台。
在这个通用仪器硬件平台上，调用不同的测量
软件就构成了不同功能的仪器 。
虚拟仪器与系统
8.3.1 虚拟仪器概述
VI构成要素,
虚拟仪器系统是由 计算机、应用
软件和仪器硬件 三大要素构成的。
计算机与仪器硬件又称为 VI的 通用
仪器硬件平台
虚拟仪器与系统
8.3.1 虚拟仪器概述
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
虚拟仪器与系统
软件技术是虚拟仪器的核心技术。常用的
仪器用开发软件有 LabVIEW,LabWindows/CVI、
VEE等等。这些软件已相当完善，而且还在升级、
提高。以 LabVIEW为例，这是基于图形化编程
语言 G的开发环境，用于如 GPIB,VXI,PXI、
PCI仪器及数据采集卡等硬件的系统构成，而且，
具有很强的分析处理能力。
虚拟仪器与系统
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
LabView软件组成
1、编程设计图形化软件模块 提供图形化
编程环境，通过调用控件、库函数原码
模块进行仪器面板设计和数据分析处理。
2、仪器驱动程序（ Instrument Drivers)与
用户接口开发工具（ User Interface
Development)标准软件模块。
虚拟仪器与系统
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
虚拟仪器与系统
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
LabView
虚拟仪器与系统
8.3.2 虚拟仪器开发工具及方法
虚拟仪器与系统
虚似仪器和传统仪器的比较
虚拟仪器
传统仪器
开发和维护费用低
开发和维护费用高
技术是更新周期短
（ 0.5~1年 ）
技 术 更 新 周 期 长
（ 5~10年 ）
软件是关键
硬件是关键
价格低
价格昂贵
开放灵活与计算机同
步, 可重复用和重配
置
固定
可用网络联络周边各
仪器
只可连有限的设备
自动, 智能化, 远距
离传输
功能单一, 操作不便
