用于測試、控制和設(shè)計的虛擬儀器技術(shù)

分類：技術(shù)教程日期：2009-06-08 11:40:07 來源：

虛擬儀器技術(shù)已在測試和測量領(lǐng)域廣為應(yīng)用。利用不斷革新的LabVIEW軟件以及數(shù)以百計的測量硬件設(shè)備，虛擬儀器技術(shù)逐漸擴大了它所觸及的應(yīng)用范圍。今天，NI率先將這一技術(shù)擴展到了控制和設(shè)計部分。曾經(jīng)促進了測試發(fā)展的益處正開始加速控制和設(shè)計的發(fā)展。工程師和科學(xué)家不斷提高對虛擬儀器的要求，以希望有效地滿足世界范圍的需要，他們正是這一加速背后的驅(qū)動力。

虛擬儀器技術(shù)在測試中的應(yīng)用
虛擬儀器技術(shù)在工業(yè)I/O和控制的的應(yīng)用
虛擬儀器技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用
其他虛擬儀器技術(shù)資源

虛擬儀器技術(shù)在測試中的應(yīng)用

測試一直是虛擬儀器技術(shù)成熟應(yīng)用的領(lǐng)域。超過25,000家公司 (大部分是測試和測量公司) 在使用NI的虛擬儀器技術(shù)。現(xiàn)在，許多公司都迅速地采用了具有高達200MS/s數(shù)字化性能的產(chǎn)品。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟擁有60多個成員，提供了數(shù)以百計的產(chǎn)品，而且數(shù)以萬計的R&D、驗證和產(chǎn)品測試工程師和科學(xué)家正在使用成千上萬的儀器驅(qū)動。

而且，現(xiàn)在客戶對于測試的需求越來越大。隨著創(chuàng)新的步伐越來越快，希望更多具有競爭力的新產(chǎn)品更快投入市場的壓力也越來越大。消費者的期望在不斷地增高。以電子市場為例，消費者要求不同的功能可以更低的成本在一個更小的空間得到集成。近年來經(jīng)濟的低迷并沒有阻止革新的需要，但是卻要求使用更少資源。滿足這些需要是商業(yè)成功的一個因素——能夠快速、一貫并且最可靠地滿足這些需要的公司一定能在競爭中占有決定性的優(yōu)勢。

所有這些條件都驅(qū)使著對新的驗證、檢驗和生產(chǎn)測試技術(shù)的高要求。一個能與創(chuàng)新保持同步的測試平臺不是可有可無的，而是必需的。這個平臺必須包含具有足夠適應(yīng)能力的快速測試開發(fā)工具以在整個產(chǎn)品開發(fā)流程中使用。產(chǎn)品快速上市和高效生產(chǎn)產(chǎn)品的需要要求有高吞吐量的測試技術(shù)。為了測試消費者所要求的復(fù)雜多功能產(chǎn)品需要精確的同步測量能力，而且隨著公司不斷地創(chuàng)新以提供有競爭力的產(chǎn)品，測試系統(tǒng)必須能夠進行快速調(diào)整以滿足新的測試需求。

虛擬儀器是應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的一種革新性的解決方案。它將快速軟件開發(fā)和模塊化、靈活的硬件結(jié)合在一起從而創(chuàng)建用戶定義的測試系統(tǒng)。虛擬儀器提供了：

用于快速測試開發(fā)的直觀的軟件工具
基于創(chuàng)新商用技術(shù)的快速、精確的模塊化I/O
具有集成同步功能的基于PC的平臺，以實現(xiàn)高精確度和高吞吐量

近來NI 加速測試、控制和設(shè)計創(chuàng)新的一個例子就是使用LabVIEW FPGA進行編程的基于FPGA的硬件。如果工程師需要一個新的硬件性能，如板載DSP，或者新的觸發(fā)模式，您甚至可以在同樣的軟件中定義這種性能并且將它應(yīng)用在板載的FPGA上。之前，工程師和科學(xué)家已經(jīng)可以通過使用LabVIEW和模塊化I/O來創(chuàng)建高度集成的用戶自定義系統(tǒng)，而現(xiàn)在他們還可以將可自定義配置功能擴展至硬件本身。這種用戶可配置功能和透明度將會改進工程師構(gòu)建測試系統(tǒng)的方式。

圖1、LabVIEW提供用戶可自定義的儀器以及可自定義的硬件

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虛擬儀器技術(shù)在工業(yè)I/O和控制的的應(yīng)用

PC和PLC在控制和工業(yè)應(yīng)用中都發(fā)揮著十分重要的作用。PC帶來了更大的軟件靈活性和更多的性能，而PLC則提供了優(yōu)良的穩(wěn)定性和可靠性。但是隨著控制需求越來越復(fù)雜，提高性能并同時保持穩(wěn)定性和可靠性就成為公認的需要。

獨立的工業(yè)專家們已經(jīng)意識到了對工具的需要，這種工具應(yīng)該能夠滿足不斷增長的對更加復(fù)雜、動態(tài)、自適應(yīng)和基于算法控制的需要。PAC正是工業(yè)的需求也是虛擬儀器技術(shù)的回答。

一個獨立的研究公司定義了可編程自動控制器(PAC)來解決這個問題。ARC研究機構(gòu)的Craig Resnick將PAC定義成：

多域功能（邏輯、運動、驅(qū)動和過程）——這個概念支持多種I/O類型。邏輯、運動和其他功能的集成是不斷增長的復(fù)雜控制方法的要求
單一的多學(xué)科開發(fā)平臺——單一的開發(fā)環(huán)境必須能支持各種I/O和控制方案
用于設(shè)計貫穿多個機器或處理單元的應(yīng)用程序的軟件工具——這個軟件工具必須能適應(yīng)分布式操作
一組de facto網(wǎng)絡(luò)和語言標準——這個技術(shù)必須利用高投入技術(shù)
開放式、模塊化體系結(jié)構(gòu)——設(shè)計和技術(shù)標準與規(guī)范必須是在實現(xiàn)中開放的、模塊化的和可結(jié)合的

PAC給PC軟件的靈活性增添了PLC的穩(wěn)定性和可靠性。LabVIEW軟件和穩(wěn)定、實時的控制硬件平臺對于創(chuàng)建PAC是十分完美的。

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虛擬儀器技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

使用各種仿真設(shè)計工具的設(shè)計工程師們必須使用硬件來測試設(shè)計原型。通常，在設(shè)計階段和測試/驗證階段之間沒有一個良好的接口，這就意味著設(shè)計必須經(jīng)歷一個完成階段而后進入測試/驗證階段。測試階段發(fā)現(xiàn)的問題需要不斷反復(fù)設(shè)計階段。

圖2、測試在當今電子設(shè)備的設(shè)計和生產(chǎn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用

事實上，開發(fā)過程有兩個完全不同且分離的階段——設(shè)計和測試是兩個單獨的實體。在設(shè)計方面，EDA工具廠商承受著巨大的壓力與不斷增長的半導(dǎo)體設(shè)計和生產(chǎn)集團復(fù)雜要求相互作用。工程師和科學(xué)家們要求隨著產(chǎn)品從原理圖設(shè)計到仿真再到物理層，EDA應(yīng)具有從一個工具到其他的工具可重復(fù)使用設(shè)計的能力。相似地，測試系統(tǒng)開發(fā)正朝模塊化方式發(fā)展。這兩個世界之間的間隙在傳統(tǒng)上一直被忽視，直到在新的產(chǎn)品原型設(shè)計階段才第一次引起注意。傳統(tǒng)上，這一階段是產(chǎn)品設(shè)計者使用臺式儀器將物理原型與他們的設(shè)計對照，進行完整性檢查以獲得正確性。設(shè)計者手工地進行測量，在他們的儀器上探測電路并監(jiān)測信號以發(fā)現(xiàn)問題或性能局限。隨著設(shè)計反復(fù)地經(jīng)歷建立－測量－調(diào)整－重建立這個過程，設(shè)計者再次需要同樣的測量。此外，這些測量可能十分復(fù)雜——需要頻率、幅值和溫度自始至終地隨所采集和分析的數(shù)據(jù)而變動。由于工程師注重于設(shè)計工具，所以他們不愿意學(xué)習(xí)如何將他們的測試自動化。

具有內(nèi)在集成屬性的系統(tǒng)容易擴展并且能適應(yīng)不斷增長的產(chǎn)品功能。一旦需要新的測試，工程師只需要簡單地給平臺添加新的模塊以完成測量。虛擬儀器軟件的靈活性和虛擬儀器硬件的模塊化使得虛擬儀器成為加速開發(fā)周期的必需。

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