【文章內(nèi)容簡介】 同的設(shè)備8 / 20考慮這樣一個(gè)特殊的例子，一位工程師正在實(shí)驗(yàn)室的臺(tái)式計(jì)算機(jī) PCI 總線上使用 LabVIEW 和 M 系列 DAQ 設(shè)備開發(fā)一個(gè)應(yīng)用程序，以創(chuàng)建一個(gè)直流（ DC）電壓和溫度測量應(yīng)用。在完成了系統(tǒng)構(gòu)建之后，他需要在一個(gè)生產(chǎn)層 PXI 系統(tǒng)上配置應(yīng)用程序以完成新產(chǎn)品的測試?；蛘撸赡苄枰獞?yīng)用程序具有便攜性，所以他選擇了 NI USB DAQ 產(chǎn)品來完成任務(wù)。在這個(gè)例子中，無論是何種選擇，在這三種情況下，他都可以僅在一個(gè)程序中使用虛擬儀器而無需改變代碼。圖 2. 許多應(yīng)用程序，一個(gè)設(shè)備考慮另外一個(gè)工程師，她剛剛完成了一個(gè)利用最新的 M 系列 DAQ 設(shè)備和積分編碼器測量電機(jī)位置的項(xiàng)目。他她的下一個(gè)項(xiàng)目是監(jiān)視和記錄這個(gè)電機(jī)的功率。即使任務(wù)完全不同她也可以重用同樣的 M系列 DAQ 設(shè)備。她他所需要做的就是使用虛擬儀器軟件開發(fā)出新的應(yīng)用程序。此外，如果需要的話，項(xiàng)目既可以與一個(gè)單一的應(yīng)用程序結(jié)合也可以運(yùn)行在一個(gè)單一的 M 系列 DAQ 設(shè)備。圖 9 / 20如何比較虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器硬件性能？ 虛擬儀器的重要概念就是驅(qū)使實(shí)際虛擬儀器軟件和硬件設(shè)備加速的策略。NI 致力于適應(yīng)或使用諸如Microsoft、Intel、Analog Devices、Xilinx 以及其他公司的高投入技術(shù)。NI 使用 Microsoft 在操作系統(tǒng)（OS）和開發(fā)工具方面的巨大投資。在硬件方面，NI 基于 Analog Devices 在 A/D 轉(zhuǎn)換器方面的投資。由于虛擬儀器是基于軟件的，所以基本上如果你可以對它數(shù)字化，就可以對它進(jìn)行測量。因此，測量硬件可在兩個(gè)坐標(biāo)軸上觀察，即分辨率（位）和頻率。參考下圖可以看出虛擬儀器硬件測量性能與傳統(tǒng)儀器的比較。NI的目標(biāo)就是將曲線在頻率和分辨率上延伸并且在曲線內(nèi)進(jìn)行創(chuàng)新。圖 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器兼容嗎？許多工程師和科學(xué)家都在實(shí)驗(yàn)室里將虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器相結(jié)合。除此之外，一些傳統(tǒng)儀器提供了特定的測量，即工程師和科學(xué)家寧愿廠商定義而不愿自定義的測量。這就引出了一個(gè)問題，“虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器兼容嗎？”虛擬儀器無一例外地與傳統(tǒng)儀器相兼容。虛擬儀器軟件通常提供了與常用普通儀器總線相連接的庫，例如GPIB、串行總線和以太網(wǎng)。 除了提供庫之外，200 多家儀器廠商向 NI 儀器驅(qū)動(dòng)庫提供了 4000 余種的儀器驅(qū)動(dòng)。儀器驅(qū)動(dòng)提供了一套高層且人工可讀的函數(shù)以與儀器接口。每一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)都專為儀器某一特定的模型而設(shè)計(jì)，從而為它獨(dú)特的性能提供接口。欲尋求儀器驅(qū)動(dòng)或了解如何為儀器創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)，請?jiān)L問 10 / 20虛擬儀器和綜合性儀器的區(qū)別是什么？ 自動(dòng)測試工業(yè)里一個(gè)基本的趨勢就是向基于軟件的測試系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)變。例如，美國國防部（DoD）是世界上最大的自動(dòng)測試設(shè)備（ATE）客戶之一。為了減少測試系統(tǒng)的成本并提高重用率，DoD 通過海軍的 NxTest計(jì)劃已經(jīng)確定：將來的 ATE 要使用建立在模塊化硬件和可重復(fù)配置的軟件之上的體系結(jié)構(gòu)，稱為綜合性儀器。采用綜合性儀器代表了將來軍用 ATE 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的重大發(fā)展，并且反映出可重復(fù)配置的軟件處于將來系統(tǒng)核心地位這一基本轉(zhuǎn)變。基于軟件測試系統(tǒng)的成功應(yīng)用，例如綜合性儀器，需要對硬件平臺(tái)和市場上軟件工具的理解，以及對系統(tǒng)級體系結(jié)構(gòu)和儀器級體系結(jié)構(gòu)之間區(qū)別的理解。 綜合性儀器執(zhí)行團(tuán)體將綜合性儀器定義為“一個(gè)可重復(fù)配置的系統(tǒng)，它通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口連接一系列基本硬件和軟件組件，從而產(chǎn)生信號(hào)或者使用數(shù)值處理技術(shù)進(jìn)行測量”。這與虛擬儀器的許多性質(zhì)相同，虛擬儀器是“一個(gè)軟件定義的系統(tǒng)，其中基于用戶需要的軟件定義了通用測量硬件的功能”。兩種定義享有共同的性質(zhì)，即運(yùn)行于商用硬件之上的可自定義軟件的儀器。通過將測量功能轉(zhuǎn)向用戶可接觸并可重復(fù)配置的硬件，那些采用這種體系結(jié)構(gòu)的儀器從具有更大靈活性和可重復(fù)配置功能的系統(tǒng)中受益，而且這些系統(tǒng)反過來又提高了性能同時(shí)減少了成本。虛擬儀器應(yīng)用領(lǐng)域虛擬儀器技術(shù)在過去的 25 年里是如何發(fā)展的？虛擬儀器技術(shù)一直在測試和測量領(lǐng)域廣泛使用。而且，通過不斷的 LabVIEW 革新和數(shù)以百計(jì)的測量硬件設(shè)備，虛擬儀器技術(shù)逐漸擴(kuò)大了它所觸及的應(yīng)用范圍。今天，NI 率先將這一技術(shù)擴(kuò)展到控制和設(shè)計(jì)部分。曾促進(jìn)了測試發(fā)展的益處正開始加速控制和設(shè)計(jì)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(dòng)力。近來 NI 加速測試、控制和設(shè)計(jì)創(chuàng)新的一個(gè)例子就是使用 LabVIEW FPGA 進(jìn)行編程的基于 FPGA 的硬件。如果工程師需要一個(gè)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。工程師和科學(xué)家一直可以通過使用 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)在他們也可以將可自定義配置能力擴(kuò)展至硬件本身。這種用戶可配置能力和透明度將會(huì)改變工程師建立測試系統(tǒng)的方式。11 / 20圖 使用戶定義的儀器和可自定義的硬件成為可能虛擬儀器給自動(dòng)測試應(yīng)用帶來的益處是什么？測試一直是虛擬儀器長期應(yīng)用的領(lǐng)域。超過 25,000 家公司（大部分是測試和測量公司）使用 NI 的虛擬儀器?，F(xiàn)在，許多公司都迅速地采用了具有高達(dá) 200MS/s 數(shù)字化性能的產(chǎn)品。PXI 系統(tǒng)聯(lián)盟擁有 60 多個(gè)成員，提供了數(shù)以百計(jì)的產(chǎn)品，而且數(shù)以萬計(jì)的 Ramp。D、驗(yàn)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(dòng)。而且，現(xiàn)在對于測試的需要越來越大。隨著創(chuàng)新的步伐越來越快，希望新的不同的產(chǎn)品更快地進(jìn)入市場的壓力越來越大。消費(fèi)者的期望在不斷的增加。以電子市場為例，消費(fèi)者要求不同的功能可以更低的成本在一個(gè)更小的空間得到集成。近年來經(jīng)濟(jì)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(gè)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)使新的驗(yàn)證、檢驗(yàn)和生產(chǎn)測試需要。一個(gè)能與創(chuàng)新保持同步的測試平臺(tái)不是或有或無的，而是必需的。這個(gè)平臺(tái)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(gè)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)品的需要要求高吞吐量的測試。為了測試消費(fèi)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結(jié)合創(chuàng)新以提供不同的產(chǎn)品，測試系統(tǒng)必須快速地調(diào)整以測試這些新特性。 虛擬儀器是對這些挑戰(zhàn)的一種革新性解決方案。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)的直觀軟件工具 12 / 20? 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(tái)，以實(shí)現(xiàn)高精確度和高吞吐量 虛擬儀器技術(shù)如何應(yīng)用于控制和工業(yè)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，加速性能并同時(shí)保持穩(wěn)定性和可靠性就成為公認(rèn)的需要。獨(dú)立的工業(yè)專家已經(jīng)意識(shí)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(dòng)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的回答。一個(gè)獨(dú)立的研究公司定義了可編程自動(dòng)控制器（PAC）來解決這個(gè)問題。ARC 研究機(jī)構(gòu)的 Craig Resnick 將PAC 定義成：1. 多領(lǐng)域功能（邏輯、運(yùn)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)和過程）——這個(gè)概念支持多種 I/O 類型。邏輯、運(yùn)動(dòng)和其他功能的集成是不斷增長的負(fù)責(zé)控制方法的要求。2. 單一的多學(xué)科開發(fā)平臺(tái)——單一的開發(fā)環(huán)境必須能支持各種 I/O 和控制方案3. 用于設(shè)計(jì)貫穿多個(gè)機(jī)器或處理單元的應(yīng)用程序的軟件工具——這個(gè)軟件工具必須能適應(yīng)分布式操作。4. 一組 de facto 網(wǎng)絡(luò)和語言標(biāo)準(zhǔn)——這個(gè)技術(shù)必須利用高投入技術(shù)。 5. 開放式、模塊化體系結(jié)構(gòu)——設(shè)計(jì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范必須是在實(shí)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(shí)時(shí)的控制硬件平臺(tái)對于創(chuàng)建 PAC 是十分完美的。虛擬儀器技