基于虚拟仪器技术的多轴步进电机控制系统 

    近年来，虚拟仪器技术在航空、航天、航海、通信、汽车、半导体、生物医学等众多领域得
到了广泛应用，从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测控和工业自动化，从大学实验室
到工业现场，从探索研究到技术集成，可以发现虚拟仪器技术应用的很多实例。国内外学
者对此作了很多的研究工作，也发表了不少相关文章或论文，但在运动控制方面，却探
讨的不多。因此，笔者想就虚拟仪器技术在步进电机控制系统中的应用，谈谈自己的一些

 

初步探讨和体会。
    

 

一、虚拟仪器与运动控制

    1. 虚拟仪器与图形化编程语言-LabVIEW 
    虚拟仪器(即 Virtual Instrument，简称 NI)是一种基于计算机的仪器，就是在通用计算机
上加上软件和(或)硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设
计的专用的传统电子仪器。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软
件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改

“

”

变、增减仪器系统的功能与规模，所以有 软件就是仪器 之说。虚拟仪器技术的出现，彻
底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，虚拟仪器技术给用户一个充分发
挥自己的才能、想象力的空间。用户(而不是厂家)可以随心所欲地根据自己的需求，设计

 

自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求。
    虚拟仪器系统是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。它利用 PC 计算机强大的图
形编程环境和在线帮助功能，结合相应的硬件，快速建立人机交互界面的虚拟仪器面板 ，
完成对仪器或设备的控制、数据分析与显示，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪
器的价格，使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能，方便地对其进行维护、扩展、升

 

级等。
    LabVIEW 是美国 NI 公司利用虚拟仪器(virtual instnlments)技术开发的 32 位，主要面向
计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台。LabVIEW 同时也是一一种功能强大的图形编
程语言，但它与传统的文本编程语言(如 c 语言)不同，采用了一种基于流程图的图形化编
程形式，因此也被称为 G 语言(graphical language)。这种图形化的编程形式，方便了非软
件专业的工程师快速编制程序。LabVIEW 也不同于传统文本式的编程语言的顺序执行方
式，而是采用了数据流的执行方式，这种方式要求程序仅在各节点已获得它的全部数据

 

后才执行。
    多任务并行处理一般是通过多线程技术来实现的，不同的任务实际上通过各自的线程
轮流占用 CPU

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”

时间片来达到 同时 处理的目的。LabVIEW 也采用了多线程技术，而且与

传统文本式的编程语言相比，有两大优点：LabVIEW 把线程完全抽象出来，编程者不需
对线程进行创建、撤销及同步等操作；LabVIEW 使用图形化的数据流的执行方式，因此
在调试程序时，可以非常直观地看到代码的并行运行状态，这使编程者很容易理解多任

 

务的概念。
    LabVIEW 图形化编程语言有效地利用了当今图形用户接口的点击特性。编写程序只包

 

含以下的一些简单步骤：
    

 

用鼠标选择仪器函数作为对象；

    

 

描述测试步骤和对象之间的关系；

    

 

建立初始条件。

    2. 

 

运动控制

    运动控制卡是一种基于 PC 机、用于各种运动控制场合(包括位移、速度、加速度等)的上

 

位控制单元。它的出现主要是因为：