1、實驗一學用DRVI可重構虛擬儀器實驗平臺一. 實驗目地通過本實驗讓學生了解虛擬儀器地概念和基于組件地裝配式軟件設計方法，掌握用DRVI可重構虛擬儀器平臺進行計算機測試系統設計地方法二. DRVI可重構虛擬儀器實驗平臺簡介1、概述DRVI可重構虛擬儀器實驗平臺是華中科技大學何嶺松教授項目組和深圳市德普施科技有 限公司聯合開發出地一種自主知識產權地新型裝配架構地虛擬儀器，其設計思想是按照汽車和PC機地裝配式生產模式，將計算機虛擬儀器測試系統分解為一個軟件裝配底盤和若干實現獨立 功能地軟部件模塊然后，根據測量任務需求，用軟體底盤把所需地軟部件模塊裝配起來，形成一個滿足特定需求地測試系統當測試任務發生

2、變化時，對軟體底盤上裝配地軟部件模塊進行重新組合 和裝配就可以快速調整為另一個新地測量系統DRVI地主體為一個帶軟件控制線和數據線地軟主板，其上可插接軟儀表盤、軟信號發生器、軟信號處理電路、軟波形顯示芯片等軟件芯片組，并能與A/D卡、I/O卡等信號采集硬件進行組合與連接直接在以軟件總線為基礎地面板上通過簡單地可視化插/拔軟件芯片和連線，就可以完成對儀器功能地裁減、重組和定制，快速搭建一個按應用需求定制地虛擬儀器測量系統圖1、虛擬儀器軟件總線結構圖2、軟件安裝和運行從光盤啟動DRVI可重構虛擬儀器實驗平臺安裝程序 DRVISetup.exe（或從深圳市德普施科 技有限公司網站下載該軟件 ，運行該

3、安裝程序后出現如下界面，按提示進行軟件安裝，分別填寫用 戶名、單位，并設定軟件工作路徑等參數 ，直至出現結束畫面為止.安裝完成后在 WINDOWS桌面上出現圖標 筑,在程序組中出現 DRVI即，雙擊該圖標就可以啟動DRVI軟件.下二步翻.圖2、DRVI軟件安裝界面DRVI啟動后點擊紅色箭頭所示按鈕從DRVI采集卡、運動控制卡，或網絡在線進行注冊登記，獲取軟件使用權限，然后就可以使用了 硏晝澤BBVI -換速町車粗虛擬實驗平臺/VB Script an系編工且殺編弱服務需擴展件工具關于e砒住IS |轡卵刃豐,岳不* an函劃® | ：H昏園電嘆祈岱Imidims com地址圖3、DRV

4、I軟件運行界面3、插接軟件芯片DRVI通過在前面板上可視化插接虛擬儀器軟件芯片來搭構虛擬儀器或測量實驗插接軟件芯片地過程很簡單，從軟件芯片表中點擊需要地軟件芯片，將其添加到DRVI前面板上，然后在新插 入地軟件芯片上壓下鼠標不放，將其拖動到合適位置重復上述步驟，插入其它軟件芯片j點擊快捷工 ，就可以將其拖陽快速可垂如童幟牧琴實蛙平合/咋ScEipt OS儀器軟件芯片地屏幕位置是可以移動和調整地勺禹醯1J © IX炒曰垂舸*制 ，然后在待移動地軟件芯片上壓下鼠標不放動到新位置=從而實現屏幕布局地調整二irtlffldi d J 加iJ：圈古p 概念和軟 為實現虛擬儀器軟一DRVl前面板

5、上地虛擬 具條中地移動軟件芯片位置 圖標插接在10茄片地連線件芯片間地數據交換，DRVI中設單變量數據線和 32條DOUbie型數組型數據線，可傳輸轟甲H氏耳疋FFF .耳刖上r .耳舛等數組數悝虛躡器軟件芯片可以通過這組透明地數據總線進行數據傳輸和命令數據交換 兩個虛擬儀器軟件芯片只要連接在一條數據線上就可以在彼此間交換數據4、DRVI置了一組軟件總線，包括256條Double型效值等單變量數據，也可傳輸波形、頻譜.任何，就象在物理上用通訊iFi 3 k-t-tpV/wr*-. LuLdLms. con C（：20E Y：201ffii 生J 奇線路連接在一起地節點間可以彼此交換數據一樣連線

6、地方法是在軟件芯片上點擊右鼠標趣drv彈出虛芯片地屬性表，修改其中地連接數據線號就可以實現軟件芯片間地連線圖5、虛擬儀器軟件芯片地連線5、虛擬儀器設計樣例：李沙育圖形若將兩路不同相位地同頻正弦 波信號分別作為 X軸和Y軸信號 輸入X-Y信號示波器,其信號波形 是一個橢圓，稱為李沙育圖形在DRVI中設計李沙育圖形很 簡單,用兩片數字信號發生器芯片 產生同頻地正弦波信號，然后用一 片旋鈕芯片控制其中一個數字信號 發生器芯片地相位，最后用一片 X-圖6、李沙育圖形實驗演示系統Y曲線顯示芯片顯示李沙育圖形就可以了轉動旋鈕就可以產生出不同相位差地正弦波信號合成地李沙育圖形6、DRVI常用軟件芯片表名稱功

7、能圖標標簽芯片標簽芯片地作用是插入一條文字信息顯示標簽，以顯示一些說明性文字另外它也可以與軟件總線上地一條數據線相連，動態顯示數據線上地數據值Aii箭頭芯片箭頭線地作用是在屏幕上繪制一條箭頭線，用來指示芯片地工作順序，或信號地流向開/關類芯 片開/關類芯片地作用是提供類似物理設備中開關地功能它與一條數據線相連，可控制連接在該數據線上其他軟件芯片啟/停運行地目地JJJB1按鈕芯片按鈕芯片地作用是：通過鼠標對此芯片圖標地點擊來向其他芯片發岀一個 單次運行地直接控制命令數字輸入 類芯片數字輸入類地作用是為用戶提供物理旋鈕、推桿功能類似地芯片 它與一條 數據線相連，用戶可以通過鼠標拖動來改變芯片上指針

8、位置 ，調整數據線上地值， 從而達到改變連接在該數據線上其他軟件芯片工作參數地目地It!E3創單變量顯 示類芯片單變量顯示類芯片地作用是提供類似溫度計、表頭地功能 相連,數據線上數據地變化會使其示值同步變化.它與一條數據線波形/頻譜顯示芯片曲線組顯示芯片偽彩色圖顯示芯片X-Y曲線 顯示芯片波形/頻譜顯示芯片地作用是在屏幕上用二維曲線萬式顯示所連接地數組型 數據線上地波形或頻譜數據，可通過調節控件大小來對顯示曲線進行展縮曲線組顯示芯片地作用是在屏幕上用二維曲線萬式顯示所連接地多條數組 型數據線上地波形或頻譜數據，在屏幕顯示一組曲線.偽彩色圖顯示芯片地作用是在屏幕上用偽彩色萬式顯示一組曲線 小波分

9、析結果地顯示.,主要用于X-Y曲線顯示芯片地作用是顯示以X、Y方式同步輸入地兩條數組型數據線 上地兩通道信號所組成地信號波形，如軸心軌跡、李沙育圖形等.數據采集類芯片數據采集芯片地作用是控制A/D卡或聲卡進行信號采集.將掛接地傳感器信號轉化為數字量，并存放在連接地數組型數據線上.數據輸岀類芯片信號發生器芯片腳本類芯片波形參數 計算芯片數據輸岀類芯片地作用是控制D/A卡或聲卡進行信號輸岀.將連接地數組型數據線上地數據轉化為模擬信號輸岀.信號發生器芯片用于產生軟件模擬地標準信號波形數據 波、方波、三角波、拍波、線性掃頻波、對數掃頻波,包括白噪聲、正弦相關系數 計算芯片頻譜運算-FP- LL.心片F

10、FT頻譜校正芯片概率密度/分布函數-FP- LL.心片譜窗函數-FP- LL.心片頻譜細化分析芯片倍頻程分析芯片譜陣芯片傳遞函數-FP- LL.心片數字濾波類芯片包絡檢波-FP- LL.心片功率倒頻譜芯片離散小波變換芯片AR模型分析芯片和1忸CD£3=1-6 i. 1bE-腳本類芯片地作用是 Signal VBScript寫一段用戶自定義功能地小程序，如生成特殊信號，某種特殊地信號分析方法等.波形參數計算芯片作用是對連接地數組型數據線上地波形數據進行分析 算信號地有效值、均值、方差等參數，計算結果輸岀到另一條數據線上.相關系數芯片作用是對所連接地兩條數組型數據線上地波形數據進行相關

11、分析,計算信號地自相關系數或互相關系數，結果輸岀到另一條數組型數據線上頻譜運算芯片作用是對所連接地數組型輸入數據線上地波形數據進行FFT變換，計算信號地實頻/虛頻、功率譜、幅頻/相頻，并將計算結果輸岀到兩條數 組型數據線上.FFT譜校正芯片作用是對所連接地數組型輸入數據線上地波形數據進行FFT變換和頻譜校正，計算信號地實頻/虛頻、功率譜、幅頻/相頻，并將計算結果輸 岀到兩條數組型數據線（軟件芯片 上.概率密度/分布函數芯片地作用是：對所連接地數組型輸入數據線上地波形 數據進行概率密度或概率分布計算，并將計算結果輸岀到一條數組型數據線上譜窗函數芯片地作 用是在時域 用窗函數（矩形、Hanning

12、、Hamming BlackMan、平頂窗 對信號進行截斷和加窗，減小后續FFT頻譜計算中地能量泄 漏.頻譜細化分析芯片地作用是對選定地頻率段進行局部放大 辨率顯示頻譜地細節.,以更高地頻率分倍頻程分析芯片地作用是采用FFT算法計算聲音輸入地聲音信號/噪聲信號地倍頻程譜，顯示倍頻程譜.譜陣芯片地作用是對一個長時間段地信號進行連續觀測，分段計算信號地頻譜，并以三維譜陣地方式顯示，從而在一個長地觀測時間段內以時 -頻聯合分析地 方法了解信號頻率成分隨時間地變化情況 .傳遞函數芯片地作用是對所接收地系統激勵信號和系統響應信號進行傳遞 函數分析，計算信號地傳遞函數和相干函數.信號數字濾波芯片地作用是提

13、供一個和物理低通/高通/帶通濾波器功能相似地芯片.對輸入信號進行濾波，去除頻率通帶外地干擾頻率成份.包絡檢波芯片地作用是用垂直濾波器對信號進行帶通濾波和Hilbert 變換方法,提取信號中地包絡成分.功率倒頻譜運算芯片地作用是對所連接地數組型輸入數據線上地波形數據進行FFT變換,計算信號地對數功率譜，然后再對其進行FFT變換,計算信號頻譜 地功率譜，分析信號頻譜中地周期成分.離散小波變換芯片地作用是按照設定地小波濾波器系數對信號進行二進小 波變換/正交小波變換/小波包變換，對信號進行小波分解.AR模型分析芯片地作用是對所連接地數組型輸入數據線上地波形數據進行 AR模型分析，計算AR模型系數和A

14、R功率譜.多自由度 振動模型-FP- LL. 心片多自由度振動模型芯片采用單輸入、多輸出N自由度振動模型對振動系統進行仿真.用戶可以改變模型自由度數、激振力作用點位置、各節點質量、阻 尼、剛度參數.用戶可以通過外加地激振力對其激振，并測取系統地響應信號.n網絡數據 采集芯片網絡數據米集芯片地作用是通過網絡獲取網絡上其他主機上運行地DRVI中數組型數據線上地數據，從而達到數據采集卡、傳感器等硬件資源共享地目地.網絡命令Zp.、平一FP l_L. 發送心片網絡命令發送芯片地作用是通過網絡向網上其它運行 DRVI地主機發送直接 軟件芯片工作命令，驅動遠端主機 DRVI軟件上插接地軟件芯片工作，從而達

15、到遠 程控制地作用.采樣數據 廣播芯片采樣數據廣播芯片地作用是通過IP廣播方式將數組型數據線上地測量數據發送到網絡上，從而達到數據采集卡、傳感器等硬件資源多人 同時共享地目地.廣播數據 接收芯片廣播數據接收芯片地作用是接收網絡上其它DRVI主機廣播地測量數據,進行遠程分析.定時器芯 片定時器芯片地作用是產生一個指定時間間隔地周期性事件，并在事件中發岀直接軟件芯片驅動命令，從而達到定期控制 DRVI中軟件芯片工作地目地.實驗內容1.2.設計一個李沙育圖形實驗演示系統設計一個李沙育圖形實驗演示系統，顯示兩路正弦波信號在不同相位差下地李沙育圖形，顯示兩路正弦波信號在不同頻率差下地李沙育圖形實驗儀器和

16、設備3.4.5.計算機1臺DRVI快速可重組虛擬儀器平臺打印機1臺實驗步驟及內容1. 運行DRVI主程序，點擊DRVI快捷工具條上地”聯機注冊"圖標，選擇其中地“ DRVI采集 儀主卡檢測”或“網絡在線注冊”進行軟件注冊2. 從芯片表中拖拉軟件芯片到軟件面板上，熟悉軟件芯片地放置、移動、連線和刪除操作；然后采用DRVI上地軟件芯片搭建一個李沙育圖形實驗演示系統3. 將設計完成地虛擬儀器實驗系統存盤保存.六. 實驗報告要求1. 簡述實驗地目地及原理.2. 拷貝實驗系統運行界面，插入到Word格式地實驗報告中，并附上所設計地虛擬儀器腳本 文件，用Win zip壓縮后通過Email上交實驗

17、報告.七. 思考題1. 什么是虛擬儀器，其本質特征是什么？2. 什么是基于組件地應用軟件開發，它和傳統地基于編程語言地應用軟件開發有什么區別 和特點？3. 簡述DRVI可重構虛擬儀器平臺地工作原理.八. 附錄：基于管道組件地裝配式虛擬儀器為提高軟件開發效率，許多大型應用軟件開發中采用了基于軟件組件地開發方式將組件用作軟件開發中地積木，以搭積木地方式裝配軟件系統，縮短軟件開發周期，降低維護成本該技術使應用程序開發由“程序 =主程序+子程序”演變為“程序 =構件+構件組裝”，程序開發重心 從編寫代碼轉移到組件裝配虛擬儀器組件地種類很多，組件接口形式隨組件地功能變化很大，給組件裝配接口地描述和裝 配

18、平臺地設計帶來較大困難在深入研究地基礎上，我們針對虛擬儀器測量系統特點對組件化開發 技術進行了簡化，提出一種簡明地用測量數據管線裝配地虛擬儀器模型管道（DRVI中解釋為數據線 > 是計算機進程間通信地程稱為管道服務O-o-H一種方法創建管道地進器,連接到管道地進程稱為管道客戶機連圖7是基于管道組件的虛擬儀器軟件架構接在管道兩端地進程可以通過管道傳遞數據，一個進程向管道中寫入數據后，另一進程就可以從管道地另一端將其讀取出來管道組件是用管道功能作為輸入輸出接口地軟件模塊，模塊間用管道連接就可以形成一個管道組件鏈每個管道組件接受前一組件地輸出作為輸入，一直到達管道地末端并產生最終輸出為止基于管道組件地軟件開發將一個復雜地軟件系統分解成很多相對獨立地模塊和處理步驟，每個模塊和步驟只完成一項簡單任務管道組件技術提高了程序地模塊化程度，簡化了程序地開發工作用戶只需要很少地配置文件設置工作就可以快速集成應用系統管道組件具有自描述、自組織和自運行地特點，通過管道將標準化接口地管道組件連接在一起，它們就可以自動構成應用系統，并在管道中數據流地驅動下運行系統中個體管道組件地行為很簡單，從前一管道接收輸入命令進行工作，然后將處理結果從后一管道輸出；但簡單行為地個體 管道組件通過管道集合在一起則可以對外體現出復雜地系統特征，也就是說可以構造出不同地測量應用1運算1-w i輸入輸出1圖