簡述虛擬儀器技術及LabVIEW編程課程的認識和理解

　　虛擬儀器--軟件就是儀器

　　虛擬儀器,虛擬示波器,虛擬儀器技術,虛擬儀器軟件,虛擬儀器開發,虛擬儀器組成

　　一、引言

　　當前多媒體計算機、信息高速公路和計算機網絡是計算機信息科學的三個重要發展方向。它們相互聯系、相互促進、共同發展，已經滲透到人們日常工作、生活、學習、娛樂的各個方面，逐步地由辦公室、實驗室走向家庭。

　　虛擬現實是多媒體計算機的一個重要應用領域，多媒體技術是虛擬現實的技術基礎。虛擬現實（VirtualReality）是利用多媒體計算機技術生成的一個具有逼真的視覺、聽覺、觸覺及嗅覺的模擬現實環境。用戶可以用人的自然技能對這一虛擬的現實進行交互體驗，而用戶體驗到的結果－－該虛擬現實的反應與用戶在相應的真實現實中的體驗結果相似或完全相同。虛擬現實的概念包括如下三個層次的含義：

　　1、虛擬現實是利用計算機技術而生成的逼真的實體，人們對該實體具有真實的三維視覺、立體聽覺、質感的觸覺和嗅覺。

　　2、人們可以通過自然技能與虛擬現實進行對話，即人的頭、眼、四肢等的各種動作在虛擬現實中的反應具有真實感。

　　3、虛擬現實技術往往要借助一些三維傳感設備來完成交互動作，如頭盔式立體顯示器、數據手套、數據衣服、三維操縱器等。

　　虛擬現實技術雖然現在還處于初級階段，但已在科學可視化、CAD、飛行器／汽車／外科手術、虛擬儀器等的操作模擬等方面得到了應用。已經在航空航天、國防軍事、生物醫學、教育培訓、娛樂游戲、旅游等領域顯示出廣闊的應用前景。

　　虛擬儀器(VirtualInstrument--VI)是虛擬現實在儀器儀表領域中的一個重要應用，目前已在國際上悄然興起。虛擬儀器是以多媒體計算機作為基礎，使用圖形界面編程技術，模擬實際儀器的面板、功能和操作，從而生成完成各種任務的專用儀器。

　　由于科學技術的高度發展，導致了各種功能強大、越來越復雜的儀器不斷涌現，其中很多儀器都以計算機作為基礎，出現了儀器計算機化的趨勢，其主要表現為：

　　1、硬件與計算機的接口標準化

　　2、硬件軟件化

　　3、軟件模塊化

　　4、模塊控件化

　　5、系統集成化

　　6、程序設計圖形化

　　7、科學計算可視化

　　8、硬件接口軟件驅動化

　　由于計算機軟、硬件技術的不斷發展，加之實際應用的需要，使人們對虛擬儀器的興趣越來越濃厚，研制虛擬儀器也成為了現實的可能。研制虛擬儀器主要源于以下目的：

　　1、節省儀器開發的時間和經費

　　2、充分利用計算機數據處理和分析的功能

　　3、統一儀器的用戶界面

　　4、增強儀器的功能和適用范圍

　　5、集成儀器的需要

　　6、使儀器容易擴展

　　虛擬儀器主要由以下幾部分組成：

　　1、界面控件庫

　　2、數據輸入、輸出

　　3、數據處理方法庫

　　4、數據表示庫

　　5、數據存儲與管理

　　6、任意信號發生

　　7、圖形界面編程環境

　　界面控件庫中包括一些常用儀器的面板部件，如指示器、計量表、發光二極管、按鈕、轉盤、刻度盤、滑動條等，每個控件都帶有可編程的函數與屬性。

　　數據輸入與輸出是指從外部設備獲取數據進入計算機或從計算機輸出數據去控制外部設備，需要建立與數據采集板、串并口、以及其他標準化接口（IEEE-488、GPIB、RS-232、RS-422、SCSI、VXI等）通信的驅動軟件，從而擴展儀器的適用

　　范圍與應用領域。

　　數據處理方法庫中集中了許多數據處理方法，如FFT計算、濾波、建模、參數估計等，并提供這些處理方法的編程接口，只需把這些方法簡單的組合即可完成各種復雜的任務。

　　數據表示是指用一定的方式來顯示數據和處理結果，其中包括數字顯示、曲線顯示、直方圖、散點圖、二維圖形、三維網格圖形、三維填充圖形、四維圖形、圖象乃至動態圖形或圖象等，使得數據表示十分直觀，易于理解。

　　數據存儲與管理主要是指提供數據存儲的格式、數據查詢方法、數據瀏覽方法等。

　　信號產生是指根據需要產生任意信號，其中一些標準信號可以用于儀器測試和自檢之用。

　　圖形編程環境是指用戶可以任意組合控件與方法，將其聯接成一個整體，形成專用儀器的工具。利用虛擬儀器用戶可以象搭積木一樣很快生成所需要的各種儀器。

　　二、現有虛擬儀器與集成環境舉例

　　1、MATLAB：高性能數值計算和數據分析軟件

　　MATLAB是由美國Mathworks公司研制的高性能數值計算和數據分析軟件。它已經成為工程和科學研究的工業標準，它具有獨特的用戶交互界面、復雜的數值計算、強大的數據分析、靈活的科學圖形、快速的計算、方便的擴展等特點，是高產和創造性科學研究的首選軟件。

　　MATLAB的基本功能有：

　　※矩陣運算

　　※矩陣分解

　　※矩陣特征值與特征向量計算

　　※信號卷積

　　※譜估計

　　※復數運算

　　※一維和二維FFT

　　※濾波器設計與濾波

　　※曲線擬合

　　※三次樣條擬合

　　※貝賽爾函數

　　※非線性優化

　　※線性方程組求解

　　※微分方程

　　MATLAB包括的工具箱有：

　　※數字信號處理工具箱

　　※控制系統設計工具箱

　　※系統辨識工具箱

　　※自擴展工具箱

　　MATLAB包括的繪圖函數：

　　※直方圖

　　※散點圖

　　※曲線圖

　　※三維網格圖

　　※三維填充圖

　　※等值線圖

　　※極坐標圖形

　　※X－Y繪圖

　　※圖象顯示