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虚拟仪器技术是将测试技术和计算机技术相结合，以计算机为基础，配以相应测试功能的硬件和接口，通过虚拟仪器软件开发平台在计算机上虚拟出仪器的面板并实现相应的功能，使得使用者通过操作计算机完成相应的测试工作，提高测试效率[1]。虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素，硬件功能是获取被测的物理信号，提供信号传输的通道；软件则是实现数据采集、分析、处理、显示等功能，并将其集成为仪器操作与运行的一体化环境。总体而言，虚拟仪器硬件以GPIB、VXI、PXI等计算机接口总线发展为标志，而软件技术则是以VISA、SCPI、IVA等标准和LabVIEW、LabWindows/CVI等先进开发平台为核心，构成一个完整的虚拟仪器技术体系。
一、测试系统设计
本测试系统在NI LabVIEW虚拟仪器平台基础上开发，由仪器硬件平台和系统软件平台组成，其功能框图如图 1。硬件平台以GPIB/RS232总线为基础，基于工业控制计算机为处理平台，以信号源、频谱分析仪、网络分析仪等程控测试仪器完成信号参量和网络参量的测试功能；应用软件基于NI LabVIEW为平台，使用图形化编程语言LabVIEW设计开发，处理特点既采用面向对象程序设计方法，又保持面向过程的灵活性。从设备底层到高层界面表述、数据库处理，充分利用LabVIEW的优点，完成软件设计和代码编写。
图 1 测试系统功能组成框图
（一）软件开发工具NI LabVIEW
测试系统的软件设计基于虚拟仪器开发平台NI LabVIEW实现，NI LabVIEW具有图形化的仪器编程环境，采用“画流程图式”的编程方法进行程序设计和调试，每个方框图代表一个功能模块即子VI，程序执行的过程是条件满足方式，当一个功能模块的所有输入都齐备后，此功能模块产生输出，传送给下一个模块。程序的动态流程可以通过点亮程序框图工具栏上的“高亮显示执行过程”小灯泡看到[2]。测试程序的设计包括3部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板模拟真实仪表的前面板，用于输入信号各项参数的设置和输出信号的显示，每一个程序前面板都对应着相应的程序框图；框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点被用来实现函数和功能调用，图框被用来实现结构化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流动方向；图标/连接器是子VI被其它VI程序调用的接口。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。
（二）测试系统子模块设计
为简化设计和调试流程，将测试系统中各个模块分类并进行子程序设计，包括电源子程序设计和测试仪器子程序设计。测试系统的电源采用DPS6333L，其程控指令通过RS232总线传输；测试仪器的程控是通过GPIB总线实现的，其程控指令集均符合SCPI规范。仪器的GPIB接口与计算机的连接通过NI公司的USB转GPIB接口卡完成，安装完相应的I/O接口库以及VISA驱动包后，就可以完成各仪器的程序控制。
以电源“工作模式设置”子VI程序设计为例，因其程控指令通过RS232总线传输，应首先对串口进行初始化配置：波特率为默认值9600、8位数据位、1位停止位、无校验位、串口号为1，并设置I/O接收和发送缓冲区；然后通过VISA Write.vi向电源发送“O2/O3/O4/O5”等工作模式选择指令，以确定电源的输出模式，即串联/并联/正常/跟踪模式；由于LabVIEW的串行通信子VI只允许对字符串的读写，因此在数据处理时，须进行数字与字符串之间的转换，在此通过调用一个“数值至十进制字符串转换”子VI来实现；调用“清空I/O缓冲区”子VI后，发送指令“rm”检查并输出此时电源的工作模式，对整个“设置电源工作模式”的程序进行封装，电源工作模式设置的框图程序如图 2。按同样方法进行设置电压/电流、电源保护、电源输出等子VI程序的设计，最后连接电源模块的所有子VI程序，对电源的前面板配置参数界面进行设计并对电源模块的子程序进行封装，最终完成电源设计。电源的前面板图与程序框图分别如图 3和图 4。
图 2 电源工作模式设置的框图程序
图 3 直流程控电源DPS6333L前面板图
图 4 直流程控电源DPS6333L程序框图
依次进行信号源、频谱仪、网络分析仪等模块的子程序设计，连接其框图程序，完成测试系统主程序的的开发。图 5是某放大器的部分设计程序。
图 5 放大器测试程序前面板图
二、测试结果
在系统搭建完成之后，进行了放大器的测试，测试时通过按下窗口左上角的“运行”按钮，等待两分钟后，便可得到放大器的频率特性的曲线和记录数据。测试结果如图 6。
图 6 放大器频率特性曲线测试结果
三、结论
实际开发中，在程序设计和调试方面，LabVIEW表现了很好的灵活性。本文中的设计是基于LabVIEW的测试仪器控制系统，该自动测试系统基本涵盖了基本的信号参量测试、网络参量测试；具有自动化、高效化、准确化的特点，大大缩短了测试时间，提高了测试效率，完善了测试数据的存储和处理能力[3]。鉴于虚拟仪器开放性好、智能化程度高、界面友好以及可根据自己的需求设计仪器系统的优势，正在被越来越多的工程测试人员所采用，而且随着未来测控技术的发展，虚拟仪器必将会在更多的领域发挥重要作用。
参考文献
[]梁秋明，田梦君.基于LabVIEW的虚拟示波器的设计与实现[J].电子测量技术，2009，34（3）.
[]赵振华，冯涓.基于LabVIEW的单片机温度自动测试系统[J].现代电子技术，2007，15.
[]杨井胜.基于Labview的雷达接收自动测试系统设计[J].四川兵工学报，2009，30（7）.
（作者单位：青岛海盾船舶电子技术研究所）
一、测试系统设计
本测试系统在NI LabVIEW虚拟仪器平台基础上开发，由仪器硬件平台和系统软件平台组成，其功能框图如图 1。硬件平台以GPIB/RS232总线为基础，基于工业控制计算机为处理平台，以信号源、频谱分析仪、网络分析仪等程控测试仪器完成信号参量和网络参量的测试功能；应用软件基于NI LabVIEW为平台，使用图形化编程语言LabVIEW设计开发，处理特点既采用面向对象程序设计方法，又保持面向过程的灵活性。从设备底层到高层界面表述、数据库处理，充分利用LabVIEW的优点，完成软件设计和代码编写。
图 1 测试系统功能组成框图
（一）软件开发工具NI LabVIEW
测试系统的软件设计基于虚拟仪器开发平台NI LabVIEW实现，NI LabVIEW具有图形化的仪器编程环境，采用“画流程图式”的编程方法进行程序设计和调试，每个方框图代表一个功能模块即子VI，程序执行的过程是条件满足方式，当一个功能模块的所有输入都齐备后，此功能模块产生输出，传送给下一个模块。程序的动态流程可以通过点亮程序框图工具栏上的“高亮显示执行过程”小灯泡看到[2]。测试程序的设计包括3部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板模拟真实仪表的前面板，用于输入信号各项参数的设置和输出信号的显示，每一个程序前面板都对应着相应的程序框图；框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点被用来实现函数和功能调用，图框被用来实现结构化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流动方向；图标/连接器是子VI被其它VI程序调用的接口。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。
（二）测试系统子模块设计
为简化设计和调试流程，将测试系统中各个模块分类并进行子程序设计，包括电源子程序设计和测试仪器子程序设计。测试系统的电源采用DPS6333L，其程控指令通过RS232总线传输；测试仪器的程控是通过GPIB总线实现的，其程控指令集均符合SCPI规范。仪器的GPIB接口与计算机的连接通过NI公司的USB转GPIB接口卡完成，安装完相应的I/O接口库以及VISA驱动包后，就可以完成各仪器的程序控制。
以电源“工作模式设置”子VI程序设计为例，因其程控指令通过RS232总线传输，应首先对串口进行初始化配置：波特率为默认值9600、8位数据位、1位停止位、无校验位、串口号为1，并设置I/O接收和发送缓冲区；然后通过VISA Write.vi向电源发送“O2/O3/O4/O5”等工作模式选择指令，以确定电源的输出模式，即串联/并联/正常/跟踪模式；由于LabVIEW的串行通信子VI只允许对字符串的读写，因此在数据处理时，须进行数字与字符串之间的转换，在此通过调用一个“数值至十进制字符串转换”子VI来实现；调用“清空I/O缓冲区”子VI后，发送指令“rm”检查并输出此时电源的工作模式，对整个“设置电源工作模式”的程序进行封装，电源工作模式设置的框图程序如图 2。按同样方法进行设置电压/电流、电源保护、电源输出等子VI程序的设计，最后连接电源模块的所有子VI程序，对电源的前面板配置参数界面进行设计并对电源模块的子程序进行封装，最终完成电源设计。电源的前面板图与程序框图分别如图 3和图 4。
图 2 电源工作模式设置的框图程序
图 3 直流程控电源DPS6333L前面板图
图 4 直流程控电源DPS6333L程序框图
依次进行信号源、频谱仪、网络分析仪等模块的子程序设计，连接其框图程序，完成测试系统主程序的的开发。图 5是某放大器的部分设计程序。
图 5 放大器测试程序前面板图
二、测试结果
在系统搭建完成之后，进行了放大器的测试，测试时通过按下窗口左上角的“运行”按钮，等待两分钟后，便可得到放大器的频率特性的曲线和记录数据。测试结果如图 6。
图 6 放大器频率特性曲线测试结果
三、结论
实际开发中，在程序设计和调试方面，LabVIEW表现了很好的灵活性。本文中的设计是基于LabVIEW的测试仪器控制系统，该自动测试系统基本涵盖了基本的信号参量测试、网络参量测试；具有自动化、高效化、准确化的特点，大大缩短了测试时间，提高了测试效率，完善了测试数据的存储和处理能力[3]。鉴于虚拟仪器开放性好、智能化程度高、界面友好以及可根据自己的需求设计仪器系统的优势，正在被越来越多的工程测试人员所采用，而且随着未来测控技术的发展，虚拟仪器必将会在更多的领域发挥重要作用。
参考文献
[]梁秋明，田梦君.基于LabVIEW的虚拟示波器的设计与实现[J].电子测量技术，2009，34（3）.
[]赵振华，冯涓.基于LabVIEW的单片机温度自动测试系统[J].现代电子技术，2007，15.
[]杨井胜.基于Labview的雷达接收自动测试系统设计[J].四川兵工学报，2009，30（7）.
（作者单位：青岛海盾船舶电子技术研究所）