【正文】 。對于越來越復雜的被測系統(tǒng)，如果仍然使用傳統(tǒng)的測試儀器必然會需要眾多的儀器設備，面對各個生產廠家的不同設備，使用者需要學習不同設備的使用方法后方可使用。這樣的測試儀器不僅使用效率及利用效率都很低，而且硬件存在巨大的冗余。微計算機的廣泛使用，給基于微計算機的測試儀器提供了巨大的市場，人們在使用計算機及測試儀器時越來越明顯的感覺到測試儀器的許多功能不僅可以由已有的計算機來完成，而且需要增加某種測試功能時，只增加少量的模塊化功能硬件即可，同時基于微計算機的測試儀器具有更多的優(yōu)點。可見，一方面電子技術及市場的發(fā)展從客觀上要求測試儀器向自動化及柔性化的方向發(fā)展，另一方面，電子技術及市場的發(fā)展也給虛擬儀器的產生提供了可能。在這種形式下，基于微計算機的虛擬儀器逐步變得現實，它的出現和廣泛使用為測試系統(tǒng)的設計提供一個極佳的模式，并且使工程師們在測量和控制方面得到強大功能和靈活性。虛擬儀器(Virtual Instrument，簡稱VI)的概念是由美國國家儀器公司(NI)在20世紀80年代最早提出的。虛擬儀器就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義、具有虛擬前面板、測試功能由測試軟件實現的一種計算機儀器系統(tǒng)。其核心的思想是利用計算機的強大資源使本來需要硬件實現的技術軟件化，以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)功能與靈活性。虛擬儀器代表著從傳統(tǒng)硬件為主的測試系統(tǒng)到以軟件為中心的測試系統(tǒng)的根本性轉變。虛擬儀器的出現是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流，對科學技術的發(fā)展和工業(yè)生產的進步將產生不可估量的影響。虛擬儀器利用個人計算機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對儀器的控制，數據分析與顯示，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，改變傳統(tǒng)儀器的使用方式，提高儀器的功能和使用效率，大幅度降低儀器價格，使用戶可以根據自己的需要定義儀器的功能。虛擬儀器可廣泛應用于電子測量、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學分析、故障診斷及教學科研等諸多領域。 虛擬儀器的分類虛擬儀器隨著計算機的發(fā)展和采用總線方式的不同，一般可分為五種類型。PC總線——插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計算機內的數據采集卡與專用的軟件如LABVIEW相結合。美國NI公司的LABVIEW是圖形化編程工具，它可以通過各種控件自己組建各種儀器。LABVIEW/cvi是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過三種編程語言Visual C++, Visual Basic, LABVIEW/cvi構成測試系統(tǒng)，它充分利用計算機的總線、機箱、電源及軟件的便利。但是受PC機機箱和總線限制，且有電源功率不足，機箱內部的噪聲電平較高，插槽數目也不多，插槽尺寸比較小，機箱內無屏蔽等缺點。另外，ISA總線的虛擬儀器已經淘汰，PCI總線的虛擬儀器價格比較昂貴。并行口式虛擬儀器最新發(fā)展的一系列可連接到計算機并行口的測試裝置，它們把儀器硬件集成在一個采集盒內。儀器軟件裝在計算機上，通?？梢酝瓿筛鞣N測量測試儀器的功能，可以組成數字存儲示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計、數字萬用表、功率計、程控穩(wěn)壓電源、數據記錄儀、數據采集器。美國LINK公司的DSO2XXX系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式PC機相連，實現臺式和便攜式兩用，非常方便。由于其價格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學實驗室應用。GPIB總線方式的虛擬儀器GPIB技術是IEEE488標準的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現使電子測量獨立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展，典型的GPIB系統(tǒng)由一臺PC機、一塊GPIB接口卡和若干臺BPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。GPIB技術可用計算機實現對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統(tǒng)。GPIB測量系統(tǒng)的結構和命令簡單，主要應用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。VXI總線方式虛擬儀器VXI總線是一種高速計算機總線VME總線在VI領域的擴展，它具有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標準開放、結構緊湊、數據吞吐能力強、定時和同步精確、模塊可重復利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點，很快得到廣泛的應用。經過多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢。然而，組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。PXI總線方式虛擬儀器PXI總線方式是PCI總線內核技術增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。PXI的高度可擴展性。PXI具有8個擴展槽，而臺式PCI系統(tǒng)只有34個擴展槽，通過使用PCI—PCI橋接器，可擴展到256個擴展槽，臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優(yōu)勢結合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺。虛擬儀器由硬件設備與接口、設備驅動軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設備與接口可以是各種以PC為基礎的內置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、VXI總線儀器接口等設備，或者是其它各種可程控的外置測試設備，設備驅動軟件是直接控制各種硬件接口的驅動程序，虛擬儀器通過底層設備驅動軟件與真實的儀器系統(tǒng)進行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計算機屏幕上顯示與真實儀器面板操作元素相對應的各種控件。用戶用鼠標操作虛擬儀器的面板就如同操作真實儀器一樣真實與方便。虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機硬件平臺和測控功能硬件。計算機硬件平臺可以是各種類型的計算機，如臺式計算機、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。它管理著虛擬儀器的軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎。因此，計算機技術在顯示、存儲能力、處理器性能、網絡、總線標準等方面的發(fā)展，導致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。按照測控功能硬件的不同，VI可分為DAQ、GPIB、VXI、PXI和串口總線五種標準體系結構，它們主要完成被測輸入信號的采集、放大、模/數轉換。測試軟件是虛擬儀器的主心骨。NI公司在提出虛擬儀器概念并推出第一批實用成果時，就用軟件就是儀器來表達虛擬儀器的特征，強調軟件在虛擬儀器中的重要位置。NI公司從一開始就推出豐富而又簡潔的虛擬儀器開發(fā)軟件。使用者可以根據不同的測試任務，在虛擬儀器開發(fā)軟件的提示下編制不同的測試軟件，來實現當代科學技術復雜的測試任務。在虛擬儀器系統(tǒng)中用靈活強大的計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件，特別是系統(tǒng)中應用計算機直接參與測試信號的產生和測量特性的分析，使儀器中的一些硬件甚至整個儀器從系統(tǒng)中消失，而由計算機的軟硬件資源來完成它們的功能。虛擬儀器測試系統(tǒng)的軟件主要分為以下四部分。儀器面板控制軟件儀器面板控制軟件即測試管理層，是用戶與儀器之間交流信息的紐帶。利用計算機強大的圖形化編程環(huán)境，使用可視化的技術，從控制模塊上選擇你所需要的對象，放在虛擬儀器的前面板上。數據分析處理軟件利用計算機強大的計算能力和虛擬儀器開發(fā)軟件功能強大的函數庫可以極大提高虛擬儀器系統(tǒng)的數據分析處理能力，節(jié)省開發(fā)時間。儀器驅動軟件虛擬儀器驅動程序是處理與特定儀器進行控制通信的一種軟件。儀器驅動器與通信接口及使用開發(fā)環(huán)境相聯系，它提供一種高級的、抽象的儀器映像，它還能提供特定的使用開發(fā)環(huán)境信息。儀器驅動器是虛擬儀器的核心，是用戶完成對儀器硬件控制的紐帶和橋梁。虛擬儀器驅動程序的核心是驅動程序函數/VI集，函數/VI是指組成驅動的模塊化子程序。驅動程序一般分為兩層，底層是儀器的基本操作，如初始化儀器配置儀器輸入參數、收發(fā)數據、查看儀器狀態(tài)等。高層是應用函數/VI層，它根據具體測量要求調用底層的函數/VI。通用I/O接口軟件 在虛擬儀器系統(tǒng)中，I/O接口軟件作為虛擬儀器系統(tǒng)軟件結構中承上啟下的一層，其模塊化與標準化越來越重要。VXI總線即插即用聯盟，為其制定了標準，提出了自底向上的I/O接口軟件模型即VISA。作為通用I/O標準，VISA具有與儀器硬件接口無關性的特點， 即這種軟件結構是面向器件功能而不是面向接口總線的。應用工程師為帶GPIB接口儀器所寫的軟件，也可以于VXI系統(tǒng)或具有RS232接口的設備上，這樣不但大大縮短了應用程序的開發(fā)周期，而且徹底改變了測試軟件開發(fā)的方式和手段。性能高虛擬儀器技術是在PC技術的基礎上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現成即用的PC技術為主導的最新商業(yè)技術的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數據高速導入磁盤的同時就能實時地進行復雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網和越來越快的計算機網絡使得虛擬儀器技術展現其更強大的優(yōu)勢。擴展性強NI的軟硬件工具使得我們不再受限于當前的技術中。這得益于NI軟件的靈活性，只需更新計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進整個系統(tǒng)。在利用最新科技的時候，我們可以把它們集成到現有的測量設備，最終以較少的成本加速產品上市的時間。開發(fā)時間少在驅動和應用兩個層面上，NI高效的軟件構架能與計算機、儀器 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器構成比較儀表和通訊方面的最新技術結合在一起。NI設計這一軟件構架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。無縫集成虛擬儀器技術從本質上說是一個集成的軟硬件概念。隨著產品在功能上不斷地趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設備總是要耗費大量的時間。NI的虛擬儀器軟件平臺為所有的I/O設備提供了標準的接口，幫助我們輕松地將多個測量設備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務的復雜性。 虛擬儀器的發(fā)展方向虛擬儀器作為新興的儀器儀表，其優(yōu)勢在于用戶可自行定義儀器的功能和結構等，且構建容易、轉換靈活，它已廣泛應用于電子測量、聲學分析、故障診斷、航天航空、機械工程、建筑工程、鐵路交通、生物醫(yī)療、教學及科研等諸多方面。隨著計算機軟硬件技術、通信技術及網絡技術的發(fā)展，給虛擬儀器的發(fā)展提供了廣闊的天地，國內外儀器界正看中這個大市場。測控儀器將會向高效、高速、高精度和高可靠性以及自動化、智能化和網絡化的方向發(fā)展。開放式數據采集標準將使虛擬儀器走上標準化、通用化、系列化和模塊化的道路。虛擬儀器作為教學的新手段，已慢慢地走進了電子技術的課堂和實驗室，正逐漸改變著電子技術教學的傳統(tǒng)模式，這也是現代教育技術發(fā)展的必然。在電工電子實驗室的建設中，實驗室常規(guī)設備有的已經老化，有的技術上有些落后，在當前學校經費較少的情況下，如果配置常規(guī)儀器、儀表，學校財力難以支付，也不符合目前學校的實際。而且，隨著測試儀器的數字化、計算機化的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)測試儀器漸漸有被取代的趨勢。如果運用虛擬儀器技術，以微機為基礎，構建集成化測試平臺，代替常規(guī)儀器、儀表，不但滿足電工電子實驗教學的需要，而且將這批微機可作為其他有關計算機課程教學用機，大大提高了設備利用率，降低了實驗室建設的成本。當前應該解決的是如何使虛擬儀器和現有儀器配合，挖掘現有儀器的潛力，達到逐步淘汰和取代傳統(tǒng)儀器的目的。總之，虛擬儀器有很廣闊的發(fā)展空間，并最終要取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領域的主流產品，成為測量、分析、控制、自動化儀表的核心?！狶ABVIEW 簡介LABVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (實驗室虛擬儀器集成開發(fā)環(huán)境)的簡稱，是由美國國家儀器公司(Nation