虚拟仪器的系统组成和基本功能

　　1．虚拟仪器的系统构成
　　
　　虚拟仪器由硬件和软件两大部分构成，如下图所示。硬件是虚拟仪器的基础，软件是虚拟仪器的核心。

　　虚拟仪器硬件通常包括基础硬件平台和外围测试硬件设备，它们共同组成通用仪器硬件平台。基础硬件平台采用各种类型的通用计算机，如笔记本电脑、台式计算机或工作站等。外围测试硬件设备可以选择GPIB系统、VXI系统、PXI系统、DAQ系统或串口系统等，也可以选择由两种或两种以上系统构成的混合系统。其中，最简单、最廉价的形式是采用基于ISA或PCI总线的数据采集卡(DAQ)，或是基于RS232或USB串行总线的便携式数据采集模块。
　　
　　虚拟仪器的软件包括操作系统、仪器驱动器和应用软件三个层次。操作系统是虚拟仪器软件系统的基础平台，它可以选择Windows98/NT/2000、SUNOS、Linux等。仪器驱动器软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，它建立在I／0接口操作软件的基础上，是连接应用软件与外围硬件模块的桥梁。应用软件包括实现仪器功能的测试程序和实现虚拟面板的界面程序。用户通过虚拟面板与虚拟仪器进行对话。

　　
　　2．虚拟仪器的通用仪器硬件平台
　　
　　(1)通用仪器硬件平台的基本功能结构根据测试的基本要求，作为通用硬件平台应具备两种基本仪器的功能：
　　
　　①采集信号，构成各种信号检测仪器；②产生信号，构成各种信号发生器。或者两者同时兼而有之。因此，外围硬件设备的基本功能结构应以实现A/D转换和D/A转换功能为核心，再配备适当的前端信号调理，数据存储、数字I/O等功能，共同完成虚拟仪器的信号采集、产生和控制功能，如下图所示。
　　
　　(2)基本功能模块
　　
　　①高速数据采集模块。高速数据采集模块将被测的模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号，即数字化功能，其核心器件是A/D转换器。A/D转换器的主要指标包括：采集速率、分辨率、输入动态范围、采集通道数量、建立时间等。
　　
　　②信号前端调理模块。信号前端调理模块的作用就是将外部输入信号加以调节，向高速数据采集模块提供符合要求的信号。信号前端调理模块可对信号隔离、限幅、衰减、放大、滤波等。

　　它将输入信号与A/D转换器隔离，抗共模干扰，以保证安全；对小信号进行放大，提高分辨率；低通滤波器滤出被测信号中不需要的高频成分，防止A/D转换中出现混叠现象，并降低噪声，抗串模干扰，提高测量精确度。广义的信号调理还包括频率变换、阻抗变换、波形变换、参量变换等。
　　
　　③模拟信号产生模块。当虚拟仪器要向外提供测试激励信号时，需要提供一个模拟信号产生设备，如任意波形发生器，因此必须使用模拟信号产生模块，其核心器件是D/A转换器。D/A转换器把计算机软件产生的波形数据转换成波形信号。D/A转换器输出的信号也需进行信号调理，如输出信号的滤波、放大、衰减等，以便输出用户所需波形和幅值的信号。
　　
　　④大容量存储器阵列模块。在对高速信号进行测试时，当采集模块的采集速率很快，产生的数据量巨大、而又不能将数据实时地传递给计算机，或者计算机来不及进行实时处理，此时就需要将测试数据暂时保存在快速大容量存储器阵列模块中，然后用适当的速率传送给计算机，再进行后处理。
　　
　　⑤数字信号输入/输出模块。数字信号输入/输出模块常常用于过程控制的场合，通常包括数字驱动或隔离模块，将数字I/O信号转换为功率信号，去监视与控制工业系统中的高电压、大电流设备。

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